田素燕，鄭秀文，馬 軍*

(1.臨沂大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 臨沂 276005；2.臨沂大學(xué) 教務(wù)處，山東 臨沂 276005)

材料科學(xué)與工程是實(shí)踐性比較強(qiáng)的工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于提升材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有決定性的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的合理構(gòu)建和設(shè)計(jì)有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、運(yùn)用所學(xué)知識綜合創(chuàng)新能力以及分析和解決實(shí)際問題的能力，對于全面創(chuàng)新型高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有關(guān)鍵的意義[1-3]。

傳統(tǒng)的材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式導(dǎo)致多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)人才培養(yǎng)體系中處于從屬地位[4]，主要體現(xiàn)在：(1)實(shí)驗(yàn)的類型多以基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺少綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法陳舊，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)過程存在“照方抓藥”的現(xiàn)象。(3)實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系滯后，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)成績未能如實(shí)反映學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中僅進(jìn)行簡單的機(jī)械操作而無需進(jìn)行額外思考，甚至實(shí)驗(yàn)開始之前就已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析能力以及創(chuàng)新能力。

為貫徹新時(shí)代全國高等本科教育工作會(huì)議關(guān)于增加大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，打造金課、淘汰水課的要求，本文以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，構(gòu)建一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系“融入式、協(xié)同性、研究型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，有助于推進(jìn)材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量和水平。

1 建構(gòu)主義理論的內(nèi)涵

建構(gòu)主義是由瑞士著名心理學(xué)家皮亞杰(J.Piaget)在研究人類對客觀世界的學(xué)習(xí)和認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上提出來的一種認(rèn)知學(xué)習(xí)理論[5]。隨著時(shí)代的變遷和研究的深入，建構(gòu)主義逐漸演化出建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論這一重要的分支，并成為當(dāng)前國內(nèi)外主流的教學(xué)和學(xué)習(xí)理論之一，它關(guān)注的主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)者如何特定的情景中構(gòu)建知識的過程，進(jìn)而達(dá)到構(gòu)建意義的目的。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論具有以下特點(diǎn)：

1.1 “做中學(xué)”與“學(xué)中做”

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的過程即為學(xué)習(xí)者對認(rèn)知客體的“構(gòu)造”過程，學(xué)習(xí)者在特定的情境中憑借已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，對認(rèn)知客體進(jìn)行加工改造，并最終形成自己的見解。該過程中，情境、協(xié)作、會(huì)話、意義構(gòu)建相互關(guān)聯(lián)、相互作用，形成了“由學(xué)到做”，再“由做到學(xué)”的迭代認(rèn)知過程，進(jìn)而達(dá)到學(xué)習(xí)效果、實(shí)現(xiàn)構(gòu)建意義的目標(biāo)。

1.2 “錯(cuò)中悟”與“悟中得”

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)過程以學(xué)習(xí)者為核心，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性。由于學(xué)習(xí)者已有知識和經(jīng)驗(yàn)的限制，在認(rèn)知過程中會(huì)反復(fù)出現(xiàn)認(rèn)知的偏差，導(dǎo)致對認(rèn)知客體構(gòu)建意義的偏離，從而達(dá)不到學(xué)習(xí)的預(yù)期效果。教師扮演了學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識的指導(dǎo)者、推動(dòng)者和認(rèn)知過程和知識構(gòu)建方向性的保障者。通過對認(rèn)知過程中的偏差、偏析進(jìn)行分析、引導(dǎo)和迭代，鍛煉學(xué)習(xí)者自身能力，最終使學(xué)習(xí)者成為自我教育的主體。

2 建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.1 建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的基本概念

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是對建構(gòu)主義教學(xué)理論的繼承和發(fā)展。建構(gòu)主義的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是讓學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境中以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為目的，以問題探究為導(dǎo)向，以多學(xué)科知識的融合利用為手段，積極主動(dòng)探索問題、解決問題，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的意義構(gòu)建。

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有明確的目標(biāo)性和運(yùn)用知識的綜合性，不僅要求學(xué)生運(yùn)用已有的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能，而且要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷學(xué)習(xí)新的知識和技能并應(yīng)用到問題的解決過程中。因此研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生自我認(rèn)知能力、分析問題和解決問題的能力。

2.2 建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特征

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)產(chǎn)出為目標(biāo)的學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)、以問題為導(dǎo)向的主動(dòng)探索和意義構(gòu)建[6]。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的理論研究有如下特點(diǎn)：

2.2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的明確性

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、分析問題和解決問題的能力為根本目標(biāo)，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中以獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果為目標(biāo)，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核依據(jù)的現(xiàn)狀。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的探究性

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式要求教師以教學(xué)產(chǎn)出和問題導(dǎo)向?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境下，依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和已有知識并通過查閱資料進(jìn)行主觀認(rèn)知和探索研究。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中學(xué)生照本宣科、照方抓藥的現(xiàn)狀，有助于培養(yǎng)學(xué)生自我探究的精神和能力。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)系的獨(dú)立性

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位、教師的指導(dǎo)地位。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中學(xué)生與教師的教學(xué)關(guān)系由傳統(tǒng)的相互依賴的關(guān)系轉(zhuǎn)變成相對獨(dú)立的教學(xué)關(guān)系。學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中僅作為教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)者和輔助者，教師與學(xué)生之間關(guān)系具有相對的獨(dú)立性。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式的協(xié)同性

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探究性決定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式的協(xié)同性。實(shí)驗(yàn)小組成員在各自已有知識和經(jīng)驗(yàn)以及查閱資料的基礎(chǔ)上，相互探究、協(xié)作，共同建構(gòu)知識、建構(gòu)意義的過程。

2.2.5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)的多樣性

以問題導(dǎo)向?yàn)橐劳械难芯啃蛯?shí)驗(yàn)教學(xué)不再以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為單一評價(jià)模式，而重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)小組成員對實(shí)驗(yàn)情境的理解程度、探究過程、方案設(shè)計(jì)、操作技能及結(jié)果分析等環(huán)節(jié)。

3 建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

3.1 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的基本思路

通過研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論方法研究，結(jié)合應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)要求，從創(chuàng)新精神、專業(yè)能力、實(shí)踐技能等方面培養(yǎng)和提升學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜問題的能力，具體思路如下：

(1)增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的挑戰(zhàn)度。對原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境的構(gòu)建，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度的挑戰(zhàn)性。

(2)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。以過程性、多樣化的考核模式激發(fā)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境下自主探究，主動(dòng)構(gòu)建知識。

(3)達(dá)成學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)。以學(xué)生為主體，教師輔助指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式保障實(shí)驗(yàn)過程中的問題導(dǎo)向和教學(xué)產(chǎn)出。

根據(jù)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的基本思路，結(jié)合我校材料科學(xué)與工程專業(yè)對學(xué)生在創(chuàng)新精神、實(shí)踐技能和專業(yè)能力等工程能力等方面的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建出研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生在不同學(xué)習(xí)階段的能力培養(yǎng)目標(biāo)體系，其矩陣表如表1所示。

表1 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力培養(yǎng)矩陣表

3.2 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

3.2.1 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建特征

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程具有協(xié)同化自主性的特征，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中以學(xué)生自主構(gòu)建為核心，以教師全程指導(dǎo)為保障，做到課上與課下相協(xié)同，教師與學(xué)生相協(xié)同，在問題導(dǎo)向和成果產(chǎn)出目標(biāo)下，完成學(xué)生的知識構(gòu)建和意義構(gòu)建[7]。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建如圖1所示。

圖1 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程圖

教師依據(jù)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的要求，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)設(shè)置教學(xué)情境。學(xué)生對教學(xué)情境進(jìn)行理解，通過實(shí)驗(yàn)小組成員共同協(xié)作，結(jié)合實(shí)驗(yàn)小組成員已有知識和經(jīng)驗(yàn)，自主進(jìn)行資料查閱、實(shí)驗(yàn)方案制定。指導(dǎo)教師對實(shí)驗(yàn)小組制定的方案進(jìn)行指導(dǎo)，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題導(dǎo)向和實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果產(chǎn)出。

學(xué)生依據(jù)自己制定的實(shí)驗(yàn)方案，利用課上時(shí)間進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，自主進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的交流和探討，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式增加了對學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，通過多元化的考核方式，激發(fā)學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生對教學(xué)目標(biāo)的自主構(gòu)建。

3.2.2 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建過程

以材料科學(xué)與工程專業(yè)《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》為例，對研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建過程進(jìn)行了詳細(xì)探討。

3.2.2.1 教學(xué)情境

《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程，教師為學(xué)生提供單體、引發(fā)劑和溶劑的精制，尿醛樹脂的制備，界面聚合法制備尼龍-610，苯乙烯的懸浮聚合，醋酸乙烯酯的溶液聚合，乙酸乙烯酯的乳液聚合，離子交換樹脂的制備，聚乙烯醇縮甲醛的制備與分析，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制備，苯乙烯與馬來酸酐的交替共聚合等10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并為每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目確定明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢W(xué)生以實(shí)驗(yàn)小組為單位選擇其中8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.2.2.2 查閱資料

以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”為例，學(xué)生依據(jù)教師設(shè)置的教學(xué)情境，對該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行充分理解，并以小組為單位進(jìn)行討論，結(jié)合小組成員各自已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行人員分工和協(xié)作，分別查閱相關(guān)資料并及時(shí)進(jìn)行交流和匯總。

3.2.2.3 制定方案

實(shí)驗(yàn)小組在查閱資料的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的原料、設(shè)備，并對原料的處理、實(shí)驗(yàn)條件的選擇、實(shí)驗(yàn)過程的控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，制定詳細(xì)、可行的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)教師對實(shí)驗(yàn)小組制定的方案進(jìn)行評閱和指導(dǎo)，提出相應(yīng)修改意見并返回實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行修改，修改無誤后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)方案的制定過程充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)小組成員之間的協(xié)作以及指導(dǎo)教師和學(xué)生之間的協(xié)作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.2.2.4 實(shí)驗(yàn)過程

建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)間對自己構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可進(jìn)一步對實(shí)驗(yàn)所需理論知識進(jìn)行構(gòu)建，在培養(yǎng)和強(qiáng)化自己的實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí)，對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行進(jìn)一步的探討、分析以及重新構(gòu)建，真正做到“做學(xué)相長”。

3.2.2.5 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果交流

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)小組對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析和深入探究，進(jìn)一步增強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)原理的理解，同時(shí)依據(jù)分析結(jié)果可進(jìn)一步完善已構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各實(shí)驗(yàn)小組要對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行交流、探討，并對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行反思。

3.3 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的評價(jià)

建構(gòu)主義理論下的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評價(jià)模式相比，更注重過程性、綜合性評價(jià)[8]。

3.3.1 過程性評價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中具體表現(xiàn)，并結(jié)合文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)方案建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案凝練進(jìn)行過程性、綜合性評價(jià)，實(shí)現(xiàn)評價(jià)的重心由理論知識到綜合技能的轉(zhuǎn)變。過程性評價(jià)方式，既有利于學(xué)生對所學(xué)知識和技能的鞏固，同時(shí)也有利于教師發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，以便于改正和提高。

3.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)已有的知識、經(jīng)驗(yàn)，并借助文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)等，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的不同構(gòu)建。例如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”，各實(shí)驗(yàn)小組建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方案以及最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果各不相同，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核評價(jià)來源具有不確定性和非標(biāo)準(zhǔn)化的特征。非標(biāo)準(zhǔn)化化的特征有助于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識理論分析、解決問題的能力。

3.3.3 師生互評

研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以學(xué)生為中心的注重學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一種教學(xué)模式，該模式的評價(jià)方式是包含過程性評價(jià)和結(jié)果評價(jià)的師生互評機(jī)制，主要包括學(xué)生評價(jià)和教師評價(jià)兩部分。學(xué)生自我評價(jià)有助于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，教師評價(jià)有助于教師掌握實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的進(jìn)度以及檢驗(yàn)學(xué)生理論知識的掌握和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。

4 結(jié)論

建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，它貫穿于學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程。讓學(xué)生依據(jù)已有的知識、經(jīng)驗(yàn)并借助文獻(xiàn)查閱、小組討論等方式對實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行自我建構(gòu)，同時(shí)教師可對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)和進(jìn)一步凝練，制定出有針對性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案，以適應(yīng)不同層次學(xué)生對實(shí)驗(yàn)理論知識的掌握和對實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆诓牧峡茖W(xué)工程學(xué)院的具體實(shí)施情況來看，研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以問題為導(dǎo)向，以對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的自我建構(gòu)為抓手，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、能力自我提升過程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)由以教師為中心到以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變。建構(gòu)主義理論的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以教育規(guī)律為根本，同時(shí)體現(xiàn)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型大學(xué)課程改革的迫切要求。該模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可利用已有的知識并通過學(xué)習(xí)探索去分析問題、解決問題，進(jìn)而提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；同時(shí)又有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。