实验环节互动教学模式与技术工程素养研究与实践

卢曦 林道荣 王兴洲

摘   要：文章阐述了在课堂实验教学环节中应用互动教学法的重要意义，强调了学生在学习过程中的主体地位。在此基础上提出了在课堂实验环节实施互动教学的3大步骤：预测（Predict）、体验（Experience）、反思（Reflect）互动教学模式。重点研究了PER互动教学模式的3个步骤在课堂实验环节中是如何具体实施的以及教师和学生在其中需要做哪些事情，希望对今后课堂实验环节的教学改革和计算机专业学生技术与工程素养培养有一定探索意义。

关键词：PER互动教学;课堂实验;教学模式

计算机类专业应用型本科人才培养的目标是努力提高人才的技术与工程素养，越来越多的国内高校在教育教学改革探索中注重技术与工程能力的培养。技术能力和工程能力的培养是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台[1]。本文从课堂实验教学环节出发，通过采用互动教学模式来培养学生的工程意识、工程兴趣、工程能力和创新精神[2]。

1    互动课堂实验环节内容

在传统课堂的实验环节，教师做实验的目的是“告诉”学生知识点，这是一个学生被动接受的过程[3]。互动的课堂实验环节更像是由教师精心策划的活动，互动即生生互动、师生互动，在这个互动活动的过程中学生是主体，并且会遇到一些问题，这些问题通常涉及一些已经学习或将要学习的知识点，学生必须去复习或者预习才能完成这个活动，而教师必须在基本思想的指导下从根本上实施这一活动模式。

构建主义学习理论认为，学习是学习者主动在大脑中构造知识的过程[4]。学生在学习的过程中必须要有事做，通过做的过程将知识内化吸收。基于以上理论，本文将互动课堂实验环节大致分为预测（Predict）、体验（Experience）、反思（Reflect）3个步骤（见图1）。

（1）学生预测（Predict）实验的结果。根据具体的实验内容学生互相讨论，哪一些实验结果是最有可能发生，在这个过程中需要解释为什么会产生这样结果，原因是什么。

（2）学生体验（Experience）实验的操作过程。学生通常以分组的形式进行实验，并记录实验结果，检查所得的结果和预测是否一致。

（3）学生反思（Reflect）实验的结果。完成试验后，学生需要思考两点：在得到之前预测结果的时候是怎么想的;最终的实验结果是以什么方式证实自己最初的想法或驳斥了想法。让所有学生将自己的想法与其他学生进行比较，每个人对自己所学到的知识独立完成一个书面的总结。

2    开展互动课堂实验环节的必要性

研究表明，传统的课堂讲授和的互动课堂实验相结合，使学生对课程的内容有更好的理解。在传统的教学方法中，学生总是处于被动的地位，课堂教育教学中教师讲的内容仍然偏多，学生的主体性发挥明显不足，总是被告诉怎么做或被告知什么是正确的答案，对所学知识点的掌握只是停留在简单记忆背诵的层面上，忽视了知识的应用层面和知识的系统性，然后通过作业或测试反复练习所学知识。相比之下，在PER互动课堂实验环节中，学生处于主动的地位，能够将所学的知识点应用于实践。

PER互动课堂实验环节中的每一步：预测、体验、反思，都有助于学生自主学习。在预测环节中，学生将新学习的知识和原有的认知联系在一起;在体验环节中，学生可以验证所学的知识，获得更加深刻的印象和更加令人信服的证据;在反思环节中，学生通过实验过程和实验结果能够更好地识别和巩固所学的知识。

3    在课堂上开展互动教学实验环节具体实施过程

为了有效地实施PER互动课堂实验环节，教师应做到以下几点：明确学生需要学习的核心知识点。选择一个或两个能够说明上述核心知識点的演示实验进行演示，并得出结果，实验的结果可以出乎于大部分学生的预期。编写书面的实验指导，学生根据指导教材进行实验，让学生按照预测、实验操作和反思的顺序进行学习。

3.1  课堂前准备工作

明确本次课程的学习目标。一些容易被学生错误理解的知识点，教师可以安排一些互动课堂实验以提高学习效果。例如遇到突发情况，教师可以采用互动课堂实验。

通过传统教学方法讲授之后，学生还是常常会产生错误的理解。有一些问题在不同条件下会产生不同的结果，这一类知识点学生往往不能很好地接受。遇到一些抽象的概念学生无法很好地理解，教师需要通过具体的实例来解释。

围绕课程的关键知识点，考虑选择什么样的实验能最大限度地提高学生的学习效果。区分哪些实验是由教师进行示范，那些实验可以由学生个体或小组进行操作。由教师示范，最大的优势是可以节省时间，由学生个体或小组进行操作，最大的优势是提升学生的参与度和学习潜力。教师在安排课程实验环节时，应该综合考虑各方面因素选择一个组合的方案，事先将实验所需要的材料准备好，避免学生因为实验准备的步骤而分散注意力。

3.2  预测

学生对课堂实验的结果进行预测之前，教师需要清楚地表明整个实验环节会发生什么，事先准备好实验过程中所有步骤的书面材料。让学生记录下各自关于将要进行实验的预测结果。给学生准备一个学习记录表，帮助学生更规范、有效地记录预测结果。特别是遇到人数比较多的班级，可以确保所有的学生都已经完成了预测这一步。教师可以根据实际情况决定学生是否要在进入到下一个步骤（即实际操作）之前提交一份预测结果的副本。

教师可以鼓励学生和相邻的同学或小组成员讨论各自的预测结果，在讨论过后，可以允许改变自己的预测做适当的修改。

最后预测的结果向全班展示。教师可以随机地选一些学生来解释这样预测的原因，需要注意的是教师只是记录学生的预测，而不是评价，更不应该去表扬或批评学生的预测。教师也可以通过全班举手的方式或其他教学辅助系统来了解学生预测的情况。

3.3  體验

运行实验（由教师操作或者学生个体/小组操作）。学生个体或者分组进行实验前的准备，进行实验时关注过程中的细节，运行具体的实验项目并记录和分析实验的运行结果，学生记录下实际运行结果和预测结果之间的不同之处和共同点。

在实验过程中，教师应该参与到学生的实验过程中，提醒学生关注实验过程的注意事项，引导学生自主思考。当实验运行出结果时候，应当引导学生将讨论的重点放在对重要知识点的研究上，并对照结果和知识点进行分析，不要让学生因为一些不重要的内容而分散注意力。

3.4  反思

在实验完成之后，让学生学会思考，为什么实验的结果会和之前的预测不一样以及如何解释新的实验结果，这样的反思可以作为个人的一份实验报告或者全班的课堂讨论。

教师在实验中帮助学生举一反三，将所学的内容扩展到知识点所适用的其他情境。例如，教师可以针对已有的实验做一些变化：如果初始条件改变，会产生怎样的不同结果？是否可以采用别的方式说明同样的原理吗？这些变化可以在课堂上提出来，也可以作为课后的思想题。最后，教师可以让学生独立或分组提交一份关于整个实验的心得体会。

4    结语

本文所提出的PER互动模式主要包含3个步骤，在课堂实验环节中的实施具有很强的可操作性。经初步实践表明，通过预测、体验、反思3个步骤，学生能够主动分析问题、解决问题和反思问题，从而在大脑中完成对知识的完整构建。本互动教学模式不仅有助于提高课堂实验教学环节的成效，也有助于大学生综合素质的培养，具有一定的应用价值和推广意义。在今后的研究中，可以以此为基础，继续深入研究课堂实验环节的教学改革。

[参考文献]

[1]王峰，韩苗苗.软件工程专业学生工程能力培养模式的研究与实践[J].课程教育研究，2018（38）：224-225.

[2]郭卫斌，虞慧群，李建华，等.以工程创新能力培养为核心的软件工程本科人才培养体系[J].计算机教育，2018（2）：6-9.

[3]李彪.高校课堂教学中的师生互动探析[J].江苏高教，2012（3）：78-80.

[4]张亚娟.建构主义教学理论综述[J].教育现代化，2018（12）：171-172.