现代信息化实验教学模式的探索

李 国 安， 卢 文 华

（浙江省丽水学院现代教育技术中心，浙江  323000）

    摘  要：本文针对当前实验教学中存在的诸多问题，有针对性地提出了现代信息化实验教学的理念，并创建了现代信息化实验教学的基本模式。 

    关键词：现代信息；实验教学；模式

    中图分类号： G420        文献标识码： A

A Study of the Modern Information-Based Laboratory Teaching Method

LI Guo-an, LU Wen-hua

(Lishui College, Lishui, Zhejiang 323000)

Abstract: In light of the prevalent problems in laboratory teaching, a concept of modern information-based laboratory teaching is advanced with a discussion of the components of the information-based laboratory teaching method.

    Key words: modern information; laboratory teaching; method

一、引    言

在科学发展的历程中，实验和理论互为依存，理论是实验事实的总结，实验是科学理论的基础，同时还是判断、修正错误的依据，也是发展理论的起点。从实验在科学发展中的作用看，实验教学理应受到教学管理者、施教者、受教者的重视，但当前实验课程的现状却令人担忧。学校的实验课程被冷落，置于可开可不开的地位，尤其是在农村中学，这种现象特别突出。学生普遍不认真做实验，把实验课当作休息课，且伪造实验数据、抄袭实验报告的现象屡有发生。产生这些现象，除了人们对实验课程的重要性认识不足之外，就是由实验教学本身存在的问题所致。当前的实验教学在实验过程、实验内容、实验方法、实验的考核及评价等方面都存在着与它的作用极不相称的问题。实验教学仍然停留在手工作坊式的传统教学模式上，以固定的班级为单位，在同一时间里，用同一种教材，做着同样的多以验证性实验为主的必做实验。学生做实验的过程完全按指导书或教师规定的实验操作步骤亦步亦趋地进行，学生不知道为什么这样做，甚至也不知道操作结果说明了什么。实验考核的依据因素主要是做没做实验、交没交实验报告和教师对他的印象好不好等。这样的实验教学置学生于被动学习和机械操作的状态，导致教师和学生都觉得很枯燥，遏制了学生在实验过程中应有的逻辑思维和创造性思维，故实验教学的作用不大，不利于培养学生的实验能力和科研能力，不适应教育现代化的需要。

上述种种问题产生的原因：一是实验教学模式单一，没有发挥学生的实验主体作用；二是在实验预习、实验操作过程中缺少检查督促、及时引导、多边交流和双向反馈的机制；三是实验的检查、评价手段落后，效率低下。当前迅猛发展的现代化信息技术为解决实验中的这些问题提供了有效条件，并通过其与实验课程的整合，为解决这些问题提供了有效途径，即现代信息化实验教学方式之路。

二、现代信息化实验教学的理念

现代信息化实验教学是指在先进的教育思想、教学理论与学习理论的指导下，运用以实验装置、摄录象设备、计算机和通信网络为核心的现代信息化实验资源作为学生的自主实验平台，建立信息化的师生合作、交流、督促渠道，充分发挥学生在实验中的主体和中心作用，以培养创新人才为目的，开展“统一化与个性化”共存的多模式的新型实验教学活动。其宏观目的是建立多元化的实验教学模式，促进实验教学方式的根本变革，使学生在创新精神和实践能力方面达到21世纪对人才的要求。现代信息化实验教学方式与传统实验教学方式存在诸多不同［如图1所示］。两者主要差别［如表１所示］：

表１

三、现代信息化实验教学模式

现代信息技术与实验课程整合引起的变化，归根结底是实验教学模式的变化，这些变化的模式被统称为现代信息化实验教学模式。乌美娜教授在《教学设计》中，对模式的定义是：模式是再现现实的一种理论性的简化形式。笔者认为实验教学模式是在一定的教学思想指导下，实验教学系统各要素相互作用趋于稳定的标准过程的简化样式。由于现代信息技术与实验课程整合程度不同，现代信息化实验的学习资源和环境不同，实验教学系统各要素相互作用的过程不同，所以现代信息化实验教学模式有多种。如按人数多少划分有个别作业式和多人作业式，按实验场所划分有封闭式和开放式，按实验者与实验设备接触程度划分有接触式和非接触式，按认知复杂程度划分有基础性、验证性、综合性和设计性等不同形式的实验。根据自己的实验教学经验和其他学校的成功探索，笔者将现代信息化实验教学模式分为层次结构型、界面操作型和专题合作型等三类。

1. 层次结构型现代信息化实验教学模式

层次结构型现代信息化实验教学模式是依据封闭式、接触式、个体作业式和按认知复杂程度划分的以实验实例为主的典型而抽象的模式，是现代信息技术与传统典型实验相结合的产物，适合学校常规实验教学使用。其结构［如图２所示］。学生准备的实验根据要求有层次的不同，利用指导书或网上实验资源库写出预习报告或设计方案。

当通过准备检查模块测评并达到准备目标后，学生向计算机输入姓名、专业、学号等自然状况登陆实验。学生在实验操作中，既可以向教师请教，又可以到网上寻求帮助，避免由于教师忙而使学生得不到及时帮助的问题。学生在实验过程中将得到的中间数据、或最后数据、或操作信息应要求送入计算机，通过实时结果测评库的交互问答检查，给出实验过程的评价或成绩。实验结束后，学生将现代信息化实验文件，如实验报告、实验综述或实验论文等通过网络送到教师的电子邮箱中。教师利用实验文件测评库自动评测实验报告，如关键字搜索检查法，可设某些字、词、句、段或数据、公式、表格等为标准索引项，检查实验文件的正误，或者检查实验文件的抄袭程度等。

在该模式中，由于现代信息化和网络化对传统实验的整合，使其具有新的活力。一是能充分发挥学生的主体和教师的主导作用。教师的主导作用体现在为学生提供适合学生认知水平、能帮助学生发现问题并引导其解决问题的实验资源库和实时结果测评库，体现在为学生创造良好的实验学习情景，如结合实验装置、利用多媒体讲解实验。还体现在教师在实验过程中通过发现问题来诱发学生“学会”实验过程中的思考、体验知识、技能的形成，从而由“学会”到“会学”的指导。学生的主体作用表现在学生在教师的启发和网络现代信息化实验学习资源的相互作用下，自主设计实验步骤，积极操作形成技能，主动发现问题和解决问题，并在其中用实验刺激去顺应或同化已有知识结构，达到巩固知识或形成新的意义建构的目的。二是提供了良好的讨论平台，如电子邮件、新闻论坛、分散式聊天室、视频会议、电子白板BBS、个人主页等。讨论是合作、交流的重要途径，实验讨论分及时和延迟两种，具体形式有教师与学生、学生与学生两种，网络化讨论平台有利于这些实验讨论的开展。在教师与学生之间的讨论交流中，教师根据学生实验的情况，就某一个问题或某一方面的问题适当引导，扩充学生的知识面。学生与学生之间的讨论交流，可以在小组间以及学生个体间进行交流，讨论的问题要与完成的实验内容相关，是对实验内容的补充和完善，使学生学会思考并知道从什么地方去思考。三是学生与学生、教师与学生之间的合作通过网络贯穿始终。四是有及时诊断矫正、自动评价反馈的通道和机制。显然，这些新增的活力有利于学生的意义建构和创造性思维的发展。

2. 界面操作型现代信息化实验教学模式

界面操作型现代信息化实验教学模式是依据非接触式、开放式、个体作业式中的模拟实验、虚拟实验和遥控实验为主的典型而抽象的模式，是适合远程教学使用的新型实验教学模式。它的结构［如图3所示］。该结构中，教师根据教学目标要为学生准备实验学习资源，包括与模拟实验、虚拟实验、遥控实验相关的预习资源库、辅助实验教学资源库、实验过程辅助资源库、实验讨论资源库和效果检测资源库等。还要为学生准备实验学习环境，对于虚拟实验则在学生端要有相应的与计算机联接的操作装置、控制器、显示屏和必要的仿真模型等硬件；对于遥控实验则在教师端要有相应的可与计算机联接的受控实验装置、摄像机、控制器、通信传输设备等硬件。学生根据教学目标选择实验题目，利用自己已有的知识结构和所学理论提出猜想与假设，制定实验策略，依据某种规律输入数据或操作，通过观看、记录、分析、在线讨论屏等，总结出一种正确操作方法、或某种规律、或验证一种理论。这样一次次的输入数据或模拟操作，直至实现实验教学目标。界面操作型现代信息化实验教学模式不但弥补了远程教学不能做实验的缺憾，而且调动了学生在实验学习中的积极主动性，允许学生有更大的想象空间和更多的试验次数，有利于培养学生的创造性思维和综合能力。

以网络为基础的界面操作型现代信息化实验教学模式也有不足之处，学生接触到的界面是大小有限的计算机屏幕，对于实验设备的操作也是通过鼠标和键盘来完成的。因此，这种实验模式不能完成所有科目的实验教学任务，特别对干那些培养学生动手操作能力的实验，显得无能为力。

3. 专题合作型现代信息化实验教学模式

专题合作型现代信息化实验教学模式是依据多人作业式、开放式、接触式、认知复杂程度较高级的实验为主的典型而抽象的模式，是信息技术与传统典型实验相结合的产物，适合学校高层次实验教学使用.

专题合作型现代信息化实验教学是指学生在老师的指导下选择专题，在平等、自由、民主的氛围里通过直接或网络进行讨论交流、合作探索，并在实验探索的过程中获取和应用知识，从而解决问题的实验活动。在这种实验教学模式中，教师是“场外指导”，学生是“场内运动员”，教师通过反馈体系和直接观察，及时了解和掌握学生的实验情况，给予评价和修正实验教学，使实验教学健康发展。

专题合作型现代信息化实验教学有五个阶段，即确定课题、实验准备、实验探索，实验反馈、实验评价。确定课题，由教师根据理论课教学与实验课教学的情况提出，也可以让学生通过社会调查、参观访问、上网浏览等途径提出，但这要由教师根据实际实验条件来确定。实验准备阶段包括实验的硬件和软件的准备。首先由教师提供现有的实验设备、器材、原料等清单，给出资料查询范围，如参考书、刊物、网站、网页等名称，为学生创造开放的实验环境，特别是实验室要面向学生开放。然后学生自己到图书馆、资料室、网络上查找，摘录、研究和讨论与实验主题相关的内容，确定实验设备并掌握其使用方法，写出阅读和讨论心得，提出实验初步设计方案，由教师和学生共同审定。实验探索阶段就是学生根据设计方案进行自主实验操作、实验分析、实验反馈、实验矫正的过程。在该过程中，要求学生基本操作要规范，要仔细观察现象、记录数据，要认真思考，不断完善实验方法。总之，善于发现问题和解决问题是实验成功的核心，突破难点是实验成功的关键，充分利用网上现代信息化实验资源、集思广益是实验成功的有效途径。实验反馈发生在整个实验教学过程之中，是教师调控实验过程，使之有序进行的必要手段。主要体现在：一是教师要及时了解学生占有资料的信息，教会学生利用资料；二是了解学生实验探索阶段存在的问题，给学生指出解决的方法，修正自己的教学策略。实验评价是实验教学过程中不可缺少的一个基本环节，分为诊断性评价、形成性评价和总结性评价。诊断性评价是在实验探索阶段之前，为使实验设计方案更有效地实施而进行的评价。形成性评价是在实验探索过程中，为使实验不走弯路并取得更好的效果而进行的评价。前两种评价的作用对于小型实验可用反馈替代。总结性评价是在实验探索过程结束时为把握实验效果而进行的评价，主要检查实验结果是否达到设计目标，学生在认知领域、动作技能领域和情感态度领域是否达到实验教学目标。因此，要求学生对实验教学全过程进行归纳、整理、总结、提炼，形成书面成果。

专题合作型现代信息化实验教学有利于培养学生钻研精神、协作精神、创新精神和实践能力，能充分调动学生的学习积极性、发挥他们的才智，提高独立工作能力。这对改变学生的学习和实验教学方式有重要的作用。

现代信息化实验教学对传统实验教学在内容、手段、方法、过程等方面提出了全方位的改革，是一项复杂的系统工程。它不仅包括现代信息化实验教学模式的建立，数字化各要素及其相互联系的建立，而且还包括部分和整体的试验、评价、修改等项任务。因此，我们不能幻想一朝一夕就能完成，也不能幻想一次研究就能达到最高水平。对于这项工作，我们总是从具体到整体、由低级到高级逐步实施。当前，摆在我们面前的具体任务还有建立各实验的数字化实验环境和网络化的实验教学软件库，如实验预习资源库、辅助实验教学资源库、实验过程辅助资源库、实验讨论资源库和效果检测资源库等。

参考文献: 

［1］李国安，陶佰睿等编著．　教育技术简明教程［M］．　哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2003． 192-212.

［2］何克抗． 信息技术与课程整合的目标与意义［J］. 教育研究，2002，（4）：39.

［3］文军． 论实验教学中常用的教学模式［J］. 廊坊师范学院学报，2002，（4），39.

［4］赵海英． 物理实验网络化教学初探［J］. 物理与工程，2003，（1）：48.

［5］乌美娜著． 教学设计［M］． 高等教育出版社,1994.