论学生实验能力与实验教学类型间的相关性

赵建华

(广州大学 教务处，广州 510006)

论学生实验能力与实验教学类型间的相关性

赵建华

(广州大学 教务处，广州 510006)

大学生实验能力与本科教学实验类型之间存在明显的相关对应关系：基础型实验只能达到低层次实验能力目标，设计型实验和探究型实验是实现高层次实验能力目标所必需的实验类型。因此，在教学实践中应注意并把握它们之间的对应与匹配：不能仅用基础型实验去实现高层次实验能力目标；根据大学生实验能力发展要求选择合适的实验类型；在班级授课制体制下，可以将同一个实验对象设置成不同的类型，以实验过程的差异去调节学生的个体差异。

实验教学；大学生实验能力；教学实验类型；相关性

教学实验是实现实验教学目标的载体，大学生实验能力是高校实验教学目标的核心。大学生实验能力的结构具有多层次，本科教学实验亦有多种类型。不同类型的教学实验为大学生提供了不同行为和思维的经验，而多层次的实验能力目标需要不同类型的教学实验来实现。目前，我们一方面呼吁要通过实验教学培养大学生的创新精神和实践能力；另一方面在教学实践中又未真正开设出高层次的实验类型。教育实践表明，低层次的实验类型难以实现高级的实验能力目标。研究大学生实验能力与本科教学实验类型之间的相关对应关系，有利于教师在教学实践中根据实验能力发展目标选择相应的实验类型及其教学策略，以促进本科实验教学目标的达成和大学生科学素养的发展。要落实以创新精神和探究能力的重点的高层次的本科实验能力目标，就应该逐步地、有针对性地开展有助于实现这种目标的教学实验。

1 大学生实验能力的层次

本科实验教学介于中小学实验教学和研究生实验教学之间，体现“学习科学真理的认识过程”到“发现科学真理的认识过程”的过渡，是实验教学从“教”到“不需要教”的中间过程。

本科实验教学目标是一个多维度、多层次的系统。笔者曾经从现代大学人才培养目标出发，将本科实验教学目标划分为实验方法、实验能力、科学态度三个维度，并运用布卢姆、加涅等人的目标行为表现层次累积思想，对实验能力进行了层次上的分析[1]。大学生的实验能力可划分为以下三个层次：(1)较低层次。能操作实验。即按照他人制订的实验方案，能运用实验仪器设备，控制一定的实验条件，使实验对象发生某种预期的变化。(2)较高层次。能设计实验。即根据一定的实验目的和要求，能运用有关的知识和技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法在头脑中进行规划，并形成真正具体实施的实验方案。(3)理想层次。能用实验手段创造性解决具体问题。理想层次的大学生实验能力目标是在其下两个层次实验能力目标的基础上形成和发展的，并在发展的过程中对其下的两个层次实验能力目标产生影响。实验能力由低级向高级演变的过程正是反映了大学生的动态发展过程。

2 本科教学实验的类型

教学实验简称实验或实验项目，它们是实验教学的载体。由于人们对实验的属性、内容、活动方式等进行了多角度的解读，目前我国高校面向本科生开设的实验项目的名称有13种之多[2]，常见的实验类型有基础性实验、综合性实验、设计性实验、创新性实验，但是这种分类存在两个方面的问题：分类标准存在着一定的含糊性和按这种分类在实践中难以操作。

要对教学实验进行正确的分类，目前尚比较困难。但是，依据科学实验的基本规范和学生知识增长、能力发展的规律，并按照解决同一个实验问题时学生在其中参与的过程的不同，可以把教学实验划分为基础型、设计型、探究型三种类型[3]。三种类型实验的差别在“提出实验问题”和“拟定实验方案”两个环节上，教师参与的成分越来越少而学生参与的成分越来越多。在设计型实验中，学生仍会经历基础型实验的过程，但还参与“拟定实验方案”环节。同理，学生在探究型实验中不仅经历设计型实验的过程，而且还完成“提出实验问题”步骤。基础型、设计型、探究型三种实验类型，是一个在认识和能力发展上不断提升、在科学素养上由掌握具体操作方法到形成科学思维方式的实践培养过程。

3 大学生实验能力与本科实验类型的相关对应关系

大学生实验能力与本科实验类型之间存在明显的相关对应关系。

3.1 基础型实验只能达到低层次实验能力目标

基础型实验无论是实验内容还是实验过程都是三种类型实验中简化程度最高的。

1)从实验过程看，学生主要完成实验操作、数据收集与处理、得出结论等步骤，而其实验方案则是由实验设计者或教师给出的。学生通过操作仪器设备，对实验对象进行控制或干预，使实验对象产生实验现象，并通过实验测量仪器接受实验对象所表现出的事实、现象和数据等信息，获得一定直观、真实的感性认识材料。在此基础上，运用理论思维，对实验中搜集到的信息进行思考，经过比较、分析、综合、抽象和概括，形成理性认识。

2)在实验内容方面：(1)如果从实验所涉及的学科和要素的角度看，基础型实验多为单一学科、单一要素的实验。多为研究物质运动中某些单一物理现象、工作原理或测定某些特定参数。例如，力学中的“拉伸破坏实验”，主要是测金属材料拉伸时机械性能参数。(2)假如从继承知识和发展知识的角度看，基础型实验多为验证性的，其特点是通过人为地创造一定的环境、条件，再现某些物理现象中的定理、定律、工作原理、工作特性或某些物理现象。例如，物理实验中“光电效应实验”，主要是验证爱因斯坦光电效应方程。(3)倘若从培养学生的能力来看，基础型实验多为熟悉实验设备、学习基本测试方法的操作训练实验。例如，基础化学实验中酸碱滴定实验，主要内容是要求学生掌握移液管正确的操作方法和滴定操作。因此，在基础型实验的学习中，学生主要就是通过操作、观察来获得来自实验对象的信息，以及对这些信息的处理，实现由感性认识向理性认识的跨越。

3.2 设计型实验和探究型实验是实现高层次实验能力目标所必需的实验类型

与基础性实验相比，设计型实验要求学生多完成一个环节——“拟定实验方案”。“拟定实验方案”是实验者先在头脑中、在观念上对实验过程进行具体化，再以文字说明、实验用语、专用符号、图与表等外在形式感性化地体现在书面上。在形成书面的设计方案前，要对实验所涉及的一系列具体问题进行认真的分析和思考。在设计型实验的学习中，学生首先要对指导实验的理论有较全面、较深入的了解和认识。其次，要根据实验原理、实验对象、实验条件的控制来预选实验方法和手段，思考实验过程由哪些环节构成、每个环节上各有什么样的工作，并根据实验原理进一步作出逻辑推理，预测可能遇到的困难，事先考虑好如何创造条件去克服它。探究型实验是比设计型实验更高级的实验类型，学生要提出一个探究的问题、同时针对这个问题设计实验方案并实施方案。提出一个探究的问题是探究型实验教学中的一个重要环节。爱因斯坦说过，提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。在探究型实验学习中，学生要对未知、独特或矛盾的实验情景产生新的理解，尝试一种超越固定规则的行动中反映。虽然学生在设计型实验中“拟定实验方案”和在探究型实验中“提出实验问题”是有老师指导的，要比实验工作者的科研活动简单得多。但是，在再现或重演科学发现的过程中其高阶思维同样是会呈现出来的。

本科教学实验类型与大学生实验能力之所以存在相关对应关系，主要是因为：1)不同类型的实验中，学生参与的具体实验过程是不同的。在基础型实验中，学生主要是进行实验操作、观察、记录等活动；在设计型实验中，学生首先要着手拟定实验方案，然后才进行实验方案的实施过程；在探究型实验中，从提出实验问题到实验方案的设计与实施，几乎全部实验活动都由学生完成。正因为学生参与实验活动过程的差异，导致了在不同的实验类型中学生主体的行为经验的不同。2)对应于不同的实验类型，学生主体在头脑中所运用的表征实验活动过程的思维方式是有区别的。在基础型实验中，学生要实现从感性认识向理性认识的跨越，其思维方式表现为认知思维方式。认知思维方式是对已存在事物的认识，它关注的是对已存在事物的解释，解决的是“是什么”“为什么”的问题。拟定实验方案是对未来实验活动的超前认识，是以实验目的为指导，在头脑中预演实验活动的程序和确定实验活动的观念模型的过程。拟定实验方案的思维方式是设计思维方式，解决的是“做什么”“用什么做”和“怎样做”的问题[4]。探究型实验中学生要提出的问题，不纯粹是一个有疑问词的问句，而是一个学生自己还不确定对还是不对的实验“假说”。这假说是学生对实验因果关系的一种想法或一个判断，能较大限度地激发学生的创新意识和创新思维。3)由于在不同类型实验中学生参与的实验过程不同，以及他们在头脑中对实验活动过程思维方式不一样，所以对于不同类型的实验学习，学生所要运用的身心力量在内容上是不同的，因而导致不同类型的实验活动对学生预期身心发展产生的效应是不一样的。

强调本科教学实验类型与大学生实验能力之间的相关对应关系，并不是否定基础型实验在大学生实验能力发展中的促进作用。实际上，基础型实验对于学生创新意识和创新思维的培养亦有着重要作用。通过教师的正确引导和启发，学生在基础型实验的操作过程中，是能够体会到实验方案设计的精巧与严格的，也是有可能为他们今后独立进行实验方案设计时提供间接指导和借鉴的。笔者在此强调的是，基础型实验对学生主体在实验智慧发展中的间接的作用不能代替学生主体直接的实验智慧发展。对于学生的发展来讲，高层次实验由于要求他们完成“提出实验问题”“拟定实验方案”环节，在培养其实验智慧方面所起的作用更直接、也更重要。

4 研究大学生实验能力与本科实验类型相关性的意义

反思我国本科实验教学就会发现，我们并没有处理好大学生实验能力发展与教学实验类型之间的对应关系问题。现在人们基本上都认可实验教学在培养学生的创新精神和实践能力方面具有独特作用，但在教育实践中却严重弱化实验的探索性、不确定性，包括高度简化实验条件、直接给出实验方案、仪器设备“傻瓜化”等。即便是近些年来大力提倡的综合性和设计性实验，也多为验证性质，如“设计……实验装置来测定……的量值”“设计……实验来验证……定律”等。一些所谓的探究性、研究性实验，受到学生人数、实验学时等因素的制约，与基础实验的水平相差甚微。实验教学的理想与现实包含着一个深刻的矛盾，即教学实验的设置与组织与大学生实验能力目标之间的不对应、不匹配的问题。

上述问题的存在与我国实验教学的历史、人们的观念和教学体制密切相关。我国高校实验教学是舶来的。20世纪20年代开始的实验教学，大体上采用的是当时美国大学的模式，即班级制体制下学生对照实验讲义做实验的“依葫芦画瓢”模式。新中国成立后，我们虽然采取前苏联的做法，但这种实验教学模式并没有什么改变。加之仪器设备、经费等条件限制，我们已经习惯了开设一些验证性的教学实验项目。人们往往对实验教育理解不全面，甚至仅仅理解为教学辅助手段。在过去很长一段时间里，我国高校实验教学的目标停留在“三基”层面，即要求学生掌握实验基本原理、基本知识和基本操作，规范操作得出正确的数据和结论。随着招生规模的扩大，班级人数越来越多。为了保证全体学生在规定的时间内完成，教师们不仅在实验内容和过程上进行简化，而且在选择一些简单、便宜的仪器上花费较多的心思。在这种情况下，大学生实验能力长期停留在只能操作实验的低层次阶段。

依据实验类型与大学生实验能力对应关系，教学管理者和教师们在教学实践中应特别注意实验教学目标与实验类型对应与匹配的问题。1)不能仅用基础型实验去实现高层次的实验能力目标。基础型实验是很重要的，我们强调培养创新人才，不要忘记和淡化基础型实验。因为没有基础或基础不牢，就谈不上综合，更谈不上创新。基础型实验的教学对锻炼学生的动手能力和掌握基本仪器的使用，以及加深对科学原理的理解方面有一定的作用，但具有明显的局限性。它只提供了实验操作、观察、记录、数据处理等实验学习的经验，而没有给学生提供机会来经历科学实验中的“提出实验问题”、“设计实验方案”等基本步骤，学生不了解这些步骤所涉及的内容，也不能够熟练运用这些步骤。基础型实验只能达到低层次实验能力目标，单靠基础型实验的教学不可能培养学生的创新精神和实践能力。2)根据大学生实验能力培养要求，选择合适的实验类型。在教育实践中，我们应根据具体的实验能力培养目标选择最有针对性的实验活动，使学生有机会具有实践这个目标所隐含的那种行为的经验。比如，如果目标是要培养学生设计实验方案的能力，就应让学生自己进行实验方案设计活动，而不能仅仅完成老师给定的方案。正如泰勒所说，“为了实现既定目标，学生必须有这种经验：它提供机会让学生去实践该目标所隐含的行为。这就是说，如果其中一项目标是培养解决问题的技能，那么除非学习经验能给予学生充足的机会去解决问题，否则这个目标是难以达成的”[5]。3)在班级授课制体制下，以实验过程差异调节学生个体差异。学生的个体差异是客观存在的，每个学生的知识水平、思维方法、性格特点以及受到的训练都是不同的，面对纷繁的实验现象、复杂的操作、测试，从预习、操作、观察、分析到得出正确的结论，所需时间，即所付出的劳动，也是有所不同的。教师可以根据学生的差异，将同一个实验对象设置成实验的不同类型，允许每个学生从他自己的起点出发，根据自己的实际情况完成不同实验过程，以满足不同学生的需求。

5 结束语

教学实验是实验教学的基本教学单元，大学生实验能力的发展要借助教学实验来实现。为了促进大学生实验能力的不断提升，本科教学实验要按照由简单到复杂、由部分到整体、由以感性为主到以理性为主、由简化情境到较复杂情境的顺序加以排列。基础型的实验只能达到低层次实验能力目标，设计型实验和探究型实验是实现高层次实验能力目标所必需的实验类型。在教学实践中，教师们不能仅仅选择一些简单易做的实验，还应该根据学生发展水平提供那些有一定挑战性的实验。

[1] 赵建华. 高校实验教学目标探析[J]. 高教探索，2012(4)：71-73.

[2]陆国栋.实验教学改革的思考与实验分类研究[J].中国大学教学，2010(9)： 72-74.

[3] 赵建华.本科教学实验的分类研究[J].中国大学教学，2012(1) ：71-73.

[4] 王桂山.技术理性的认识论研究[M]，沈阳：东北大学出版社，2006：74.

[5] 【美】Ralph Tyler.课程与教学的基本原理[M].施良方，译. 北京:人民教育出版社，1994.51.

Correlation between Undergraduates’ Experimental Ability and Experimental Teaching Types

ZHAO Jianhua

( Office of Academic Affairs，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China)

There is an obvious correlative correspondence between experimental ability of undergraduates and experimental teaching types. Base-mode experiment could only help achieve low level of experimental ability goals, while design-mode and inquiry-mode are indispensable approaches to higher level of experimental ability. Therefore, attention should be paid to such correspondence and matching during the teaching practices: 1) higher level goals of experimental ability cannot be achieved by the base-mode experiment alone, 2) appropriate experimental types should be chosen in accordance with the training requirement of undergraduates’ experimental ability, 3) under the current system of class teaching, one experimental subject could be set into different experimental types, in order to adjust the individual difference of undergraduates by means of difference of experimental process.

experimental teaching; undergraduates’ experimental ability; experimental type; correlation

2013-09-06；修改日期：2013-11-07

2012年度广东省高等教育教学改革项目：文科跨专业实验教学运行机制探索(2012317)。

赵建华(1963—)，女，博士，研究员，从事高校教学研究与管理工作。

G642.0；G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.043