關于實驗教學的論文分為哪些類型的論文
一、實驗手段引入大學課堂教學早在十六七世紀，實驗方法已成為科學研究的基本手段，但由于深受中世紀經(jīng)院哲學方法論傳統(tǒng)的束縛和影響，實驗很少在學校教育中發(fā)揮作用。
隨著科學實驗與教育的發(fā)展，人們逐漸認識到科學實驗對教育發(fā)展的重要性，紛紛為實驗與教育的結合進行辯護。大教育家夸美紐斯呼吁，要用觀察和實驗教授物理學，而絕不能單靠閱讀亞里士多德派或其他人的教科書來教授。普利斯特列(JosephPriestley)對自然科學實驗很少用于教育深表遺憾，認為一個人如果要在理論研究中取得成就，就要在青年時代經(jīng)常做實驗并熟悉其操作， “如果我們愿意為哲學鑒別力和哲學研究打下很好的基礎的話，人們就應當在年輕時習慣于觀察實驗過程”①。
這些觀點對于人們擺脫經(jīng)院哲學殘余思想的羈絆、提高對實驗的教育價值的認識產(chǎn)生了積極影響。
17世紀中后期，反映近代科學知識的課程陸續(xù)進入歐洲各主要國家的大學課堂。英國學者格林(Robert Green)在1707年出版的《修學計劃》一書中，建議劍橋大學開設新的科學課程，如第三年上半年設置實驗哲學、礦物化學、植物學、動物學、解剖學，第三年下半年設置光學、屈光學、測光學等課程②。法國巴黎大學設置了包括自然科學、自然法在內(nèi)的課程，德國有的大學開設了物理、地理及實驗課等實用科學的內(nèi)容③。由于科學知識大多以實驗為基礎，教師為了讓學生理解科學概念和原理，重現(xiàn)知識被發(fā)現(xiàn)的過程，印證科學理論的正確性，紛紛在課堂演講之外增加了當堂進行實驗表演和示范操作環(huán)節(jié)。在“諾斯安普頓學院，力學、流體靜力學、物理學、解剖學和天文學在課程設置中占據(jù)重要地位。這些學習主要是在實地實驗與觀察的輔助之下完成的”固。這就是早期的實驗教學，它以驗證理論為目的，采用課堂演示的形象化教學形式將實驗方法與課堂教學有機結合起來。
二、大學實驗室與“師徒式” 的實驗訓練從19世紀20年代起，歐洲一些著名科學家利用他們在大學任教的機會，建立了自己的實驗室。
他們有的把自己的住家房間的一部分裝備成實驗場所，有的將大學里閑置或廢棄的房屋改造成實驗室。據(jù)梅森記載，1817年，英國化學家托馬斯·湯姆生(Thomas Thomson)最早在格拉斯哥大學建立化學實驗室⑤，此后，柏林大學的馬格努斯(Henry Gustavus Magnus)將他的寓所分出幾間作為物理實驗室。與上述僅供3—4人使用的大學私人實驗室不同的是，德國化學家李比希(Justusvon Liebig)1826年在吉森大學建成的化學實驗室體現(xiàn)了近代教育的特征，它不僅可供科學研究使用，而且可供大量學生同時使用。“實驗室可同時容納22名學生做實驗，并配有供120人聽課的教室、天平室、化學藥品儲藏室、洗滌室、助手室”@。1845年，李比希的學生霍夫曼則在英國皇家化學學院按吉森大學的形式建造了化學實驗室。
這些大學實驗室的建立， “的確是19世紀中最顯著、最重要的一個創(chuàng)新”⑦。從此，大學不僅是教學的場所，也是科研的場所;實驗不僅是科學研究的手段，也成為人才培養(yǎng)的重要途徑。由于德國大學實驗室表現(xiàn)得尤為突出， 取得了舉世公認的成效，德國模式的大學實驗室成為已經(jīng)從講課掌握科學的基本原理之地轉變?yōu)閺膶嶋H經(jīng)驗學習科學之地@。將實驗作為人才培養(yǎng)的重要途徑，并對世界各國大學的自然科學教育產(chǎn)生深遠影響的當屬李比希。
李比希認為，成功的實驗是一門藝術，這種藝術不能由講授所采用的那套形式化的教學獲得，只能通過親傳的學徒制才能學到。在言傳身教的實驗過程中，學生將會獲得化學的真諦，同時也有助于培養(yǎng)學生提出創(chuàng)造性問題的能力@。李比希把課堂搬到了實驗室，創(chuàng)造了一種新的大學化學教育法。
“開始，學生在學習講義的同時還要做實驗，先使用已知化合物進行定性分析和定量分析，然后從天然物質(zhì)中提純和鑒定新化合物以及進行無機合成和有機合成;學完這一課程后，在導師指導下進行獨立研究作為畢業(yè)論文項目”⑩。在學生實驗過程中，李比希要求他們自己尋找研究思路，鼓勵他們反復思考并更新實驗。李比希與學生在同一個實驗室里進行實驗，他說如果把實驗室比作一個圓的話，那么他就是這個圓的圓心�！熬唧w方法是我給每個學生以研究專題，并檢查他們實踐的情況，那如同是一個圓的半徑，有共同的中心一樣。我沒有對學生進行一般定義的指導，而是每天早晨聽取每個學生前一天研究進度的情況以及對自己研究工作的見解，最后我對他們表示贊成或反對 。這種實驗教學方式極大地激發(fā)了學生對實驗工作的熱忱和興趣。
李比希的這種“師徒式”實驗訓練不僅在化學教育中得到普及，而且還逐漸為物理學、生物學教育所采納。同時，由于德國培養(yǎng)的留學生越來越多，這種教育形式逐漸推廣到英國、俄國和美國等國家。從教學組織的角度看，這種“師徒式” 的實驗訓練是與當時教育規(guī)模小、理工科學生數(shù)量少的'狀況相適應的。但是，隨著學生數(shù)量的增加，這種個別傳授的方法就遭到了新的挑戰(zhàn)。
三、現(xiàn)代實驗教學制度的形成19世紀中后期，由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，歐美各主要資本主義國家急需大批懂得科學技術的實用人才，擴大高等教育規(guī)模的呼聲隨之高漲。
此時，大學教育結構中增添了一個前所未有的高級層次—— 研究生教育�？蒲信c教學的統(tǒng)一在研究生教育中得到實現(xiàn)，而高等教育大眾化的重任由大學本科來承擔。在這樣的時代背景下，大學實驗教學又發(fā)生了一次重大的變化。實驗不再只是用于個別學生的訓練和研究，進入實驗室也不再是學生的自由選修，而是以課程的形式出現(xiàn)在班級教學中，并且成為全體學生獲得學位的必修學分。
1870年，美國麻省理工學院皮克林(EdwardCharles Pickering)教授首開班級集體實驗教學的創(chuàng)舉，標志著現(xiàn)代實驗教學制度的形成。他編寫了世界教育史上最早出版的物理實驗指導書。此書可分為兩大部分：一部分是為專門訓練實驗方法和技能做準備的基礎性實驗，這些實驗是再現(xiàn)某些物理現(xiàn)象中的定理、定律、工作原理、工作特性或某些物理現(xiàn)象的驗證性實驗，且每個實驗都按著先介紹儀器、后描述實驗原理和操作步驟的順序進行了編排;另一部分是列出了100個供學生探索用的選做實驗，主要是培養(yǎng)學生運用已有知識去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。在準備基礎性實驗時，為了讓整班學生既能同時做實驗又能在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗，皮克林不僅在實驗內(nèi)容和過程上進行了簡化，而且在選擇一些簡單、便宜的儀器上花費不少心思。經(jīng)過一年多的試驗，皮克林提交了一個階段性報告，指出： “要能使2O個或30個學生做同一個實驗而又沒有重復的儀器，且要避免損壞精密儀器的危險，確有很大困難。我們的計劃是這樣：在兩間大房間(每間近100英尺長)內(nèi)安置一些桌子，準備好煤氣和水??在每一張桌子上放一個簡單的實驗儀器，這個儀器總是放在這個地方，因此就避免了搬動時打破它的危險。還要對每一個實驗作詳細的記錄。”@由于受當時儀器設備、實驗場所、師資力量及教學管理等諸多條件的制約，皮克林開列的探索性選用實驗難以得到實施。但是，他仍堅持認為學校應該讓學生通過實驗去探索未知， “否則恐怕他就會成為一部純粹的機器，僅僅是傳播知識，而決不能增進知識，舍此，我們就只能是訓練追隨者，而不是科學上的領先人物”@。
四、當代西方大學本科實驗教學改革趨勢自麻省理工學院首創(chuàng)班級集體實驗教學后的近一個世紀里，盡管大學本科對實驗的內(nèi)容進行不斷充實、儀器設備不斷更新，但教學方式基本上是在沿襲皮克林時代的模式。
這種模式雖然對學生掌握基本儀器的使用和加深對科學原理的理解方面有一定作用，但人們發(fā)現(xiàn)，當學生把教師為他們準備好的實驗一個個都做完后，卻不能自行設計一些相似的步驟去探索問題的結果。第二次世界大戰(zhàn)后，迅猛發(fā)展的科學技術對高等教育人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，實驗教學由于其獨特的探究性質(zhì)得到人們更多的關注。以美國為首的西方大學教學開始由傳統(tǒng)的致力于傳授知識向傳授知識與發(fā)展能力并重轉變，在實驗教學方面進行了大刀闊斧的改革。
一是增加設計性、探究性實驗。從20世紀60年代開始，美國大學本科教學實驗的設置已逐漸減少驗證性的基礎實驗，增加有一定難度的挑戰(zhàn)性實驗。在蘭格斯基(Lagowski)等人1977年所著的《化學的實驗室實驗》一書中，幾乎沒有定性驗證的實驗。書中共包括37次實驗，其中數(shù)據(jù)測定20次，占總數(shù)的54 ;合成制備3次， 占總數(shù)的8 ;分析鑒定14次，占總數(shù)的38 。在大學物理實驗方面，先后出臺了PSSC (物理科學學科委員會)方案、伯克利方案、倫塞來爾方案和麻省理工學院方案等。雖然這些實驗教學改革方案各有側重，但都有一個共同特點，即突出實驗的探索性，使學生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學習環(huán)境中，能積極、主動地觀察、思考問題。
二是實行“分組探究、集體討論” 的教學方式。在2O世紀80年代，霍夫斯坦(Hofstein)和盧尼塔(Lunetta)提出：實驗活動為學生建立合作互助的社會關系、對科學發(fā)展的認識形成積極的看法提供了可能@。自90年代開始，美國大學實驗教學開始實施了“分組探究、集體討論” 的教學方式，他們認為分組探究可以發(fā)揮學生主觀能動性，有利于培養(yǎng)相互合作的團隊精神。哈佛大學等11所高校的物理實驗“無一一不是學生以兩人為一組進行的”@，且高年級的實驗一般要求3人以上。
同時，美國大學實驗教學非常注重討論，教師不僅專門為學生安排了實驗討論的時間，而且有些實驗項目做得很深入，要完成這些實驗必須經(jīng)過討論。
討論的形式有多種，包括生生之間或師生之間、小組內(nèi)的或全班性的等。而且，討論貫穿于整個教學過程。實驗前，學生從不同的研究觀點出發(fā)， 提出不同的實驗方法，對實驗方案的合理性、可行性等進行探討;實驗完成后，除了按要求寫出實驗報告外，還要求學生作口頭報告。
五、對我國實驗教學改革的啟示我國高等學校的實驗教學起步較晚， 比歐美發(fā)達國家遲了近一個世紀。
在20世紀9O年代以前，實驗教學的指導與管理方法基本上還是皮克林時代的模式。90年代之后，特別是進入21世紀以來，由于新技術革命浪潮的沖擊和高等教育教學改革的深入，各高校也在實驗教學方面進行了不同程度的改革，推出了多項改革舉措，如實驗室管理體制改革、實驗課程體系建設、增加綜合性與設計性實驗項目、鼓勵學生開展創(chuàng)新性實驗項目等。這些改革初步消除了傳統(tǒng)實驗教學不利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和探索能力的諸多弊端。然而，與世界各國正在謀劃、實施的創(chuàng)新教育以及我國建設創(chuàng)新型國家對高校人才培養(yǎng)的要求相比，我國大學本科現(xiàn)行的實驗教學依然需要進一步深化改革。
1.讓本科教學實驗中的一部分回歸科學實驗的探索性科學實驗的最大價值是探新，實驗教學的最大價值在于培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)造新知識的潛在能力。
100多年來，本科實驗教學經(jīng)歷了許多變革， 但優(yōu)秀教師對這一理念的追求從未中斷。李比希的“師徒式”實驗教學方式較圓滿地踐行了這種理念，而在MIT首開的班級集體實驗教學中，皮克林也曾極力倡導通過實驗教學培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新能力，但限于當時的科技、經(jīng)濟條件未能如愿。20世紀60年代以來，以美國為首的旨在培養(yǎng)能力為目標的本科實驗教學改革，正是以皮克林當年追求的理想為鵠的的。
我國高校實驗教學自引進之日起，就深深地打上了皮克林模式的烙印。由于社會經(jīng)濟條件的限制，也是為了保證教學效率，我國的實驗教學在許多場合弱化了實驗的探索性、不確定性，包括給出實驗設計方案、簡化實驗環(huán)境條件、實驗設備的“傻瓜化”等，其代價則是使實驗這種活動逐漸遠離了科學實驗的特性。即使在目前開設的“設計性實驗” 中，有不少都是要求學生設計實驗方案來驗證某某定律、定理，或者干脆由教師直接給出實驗方案。為此，使教學實驗中的一部分(不是全部)具有(或日回歸)科學實驗的特性，正是實驗教學改革的主要方向。
2. 消解現(xiàn)代大學培養(yǎng)學生實驗探究能力與班級授課制的矛盾在這方面美國大學為我們提供了重要參照。李比希時代的實驗教學是針對少數(shù)精英而言的，它以教師自己的實驗室為單位，以師生要研究的課題為設計、研究實驗的對象，而現(xiàn)代大學探究性實驗的教學是在大眾化背景下采取的班級授課制形式。班級授課制的優(yōu)勢是規(guī)模效益高，其弊端也是明顯的，容易導致標準化、壓抑個性和創(chuàng)新。誠如《學會生存：教育世界的今天和明天》的研究報告中所指出的：“人們不斷要求教育把所有人類意識的一切創(chuàng)造潛能都解決出來”，但“教育既有培養(yǎng)創(chuàng)造精神的力量，也有壓抑創(chuàng)造精神的力量�！�0這是當下本科實驗教學改革中面臨的難題，是一個無法回避的矛盾，也是一個亟需解決的問題。
當前美國大學本科提倡的“分組探究、集體討論”實驗教學方式，是在尋找一種介乎“師徒式”的研究生培養(yǎng)方式和“班級授課制” 的本科生培養(yǎng)方式之間的混合方式， 以適應多樣化的發(fā)展目標，培養(yǎng)學生探索、發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新的素養(yǎng)。雖然“分組探究、集體討論”還需要進一步的理論支持和時間檢驗，但其自身所具有的適應多樣化發(fā)展目標的優(yōu)勢和師生對這種教學方式的支持，無疑將推動這一趨勢的發(fā)展。
3. 大學要高度重視實驗教學工作，為教師實驗教學水平的提升創(chuàng)造條件在班級授課制模式下， 由于人數(shù)多且課時有限，學生實驗學習不能僅局限于課內(nèi)時間，需要課內(nèi)外有機結合。教師應把課堂時間留出來讓學生在實驗室“做實驗”， 自己講授最有價值的東西，學生實驗開始前的“準備保障” 和實驗結束后的“反思” 都應放在課外進行。大學教師的實驗教學意識、態(tài)度、知識和技能已成為提升實驗教學質(zhì)量的關鍵。在高等教育大眾化時期，隨著大量的新人進入高等院校教師隊伍從事實驗教學工作，提高大學教師的實驗教學水平與教改意識的任務已迫在眉睫。為此，學校要致力于不斷增強人才培養(yǎng)質(zhì)量意識，對實驗教學工作給予高度重視，持續(xù)深化實驗教學改革，不斷提高大學教師實驗教學水平和教改的意識。
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