建构主义理论的研究型实验教学模式探究

田素燕，郑秀文，马 军*

(1.临沂大学 材料科学与工程学院，山东 临沂 276005；2.临沂大学 教务处，山东 临沂 276005)

材料科学与工程是实践性比较强的工科专业，实验教学对于提升材料科学与工程专业人才培养质量具有决定性的作用。实验教学模式和实验教学内容的合理构建和设计有助于培养学生的实践能力、运用所学知识综合创新能力以及分析和解决实际问题的能力，对于全面创新型高素质应用型人才的培养具有关键的意义[1-3]。

传统的材料科学与工程专业人才培养模式导致多数高校的实验教学在整个人才培养体系中处于从属地位[4]，主要体现在：(1)实验的类型多以基础性和验证性实验为主，缺少综合性和设计性的实验。(2)实验教学方法陈旧，实验内容单一，实验过程存在“照方抓药”的现象。(3)实验评价体系滞后，学生实验报告抄袭严重，实验成绩未能如实反映学生的创新思维和实验能力。传统的实验教学模式下，学生在实验过程中仅进行简单的机械操作而无需进行额外思考，甚至实验开始之前就已经知道实验结果，不利于培养学生动手能力、分析能力以及创新能力。

为贯彻新时代全国高等本科教育工作会议关于增加大学生的学业挑战度，打造金课、淘汰水课的要求，本文以建构主义理论为指导，构建一种新型的实验教学体系“融入式、协同性、研究型”实验教学新体系，有助于推进材料科学与工程专业实验教学改革，提高人才培养的质量和水平。

1 建构主义理论的内涵

建构主义是由瑞士著名心理学家皮亚杰(J.Piaget)在研究人类对客观世界的学习和认知规律的基础上提出来的一种认知学习理论[5]。随着时代的变迁和研究的深入，建构主义逐渐演化出建构主义学习理论这一重要的分支，并成为当前国内外主流的教学和学习理论之一，它关注的主要内容是学习者如何特定的情景中构建知识的过程，进而达到构建意义的目的。建构主义学习理论具有以下特点：

1.1 “做中学”与“学中做”

建构主义学习理论认为，学习的过程即为学习者对认知客体的“构造”过程，学习者在特定的情境中凭借已有的知识和经验，对认知客体进行加工改造，并最终形成自己的见解。该过程中，情境、协作、会话、意义构建相互关联、相互作用，形成了“由学到做”，再“由做到学”的迭代认知过程，进而达到学习效果、实现构建意义的目标。

1.2 “错中悟”与“悟中得”

建构主义学习理论认为学习过程以学习者为核心，重点强调学习者的主观能动性。由于学习者已有知识和经验的限制，在认知过程中会反复出现认知的偏差，导致对认知客体构建意义的偏离，从而达不到学习的预期效果。教师扮演了学习者构建知识的指导者、推动者和认知过程和知识构建方向性的保障者。通过对认知过程中的偏差、偏析进行分析、引导和迭代，锻炼学习者自身能力，最终使学习者成为自我教育的主体。

2 建构主义理论的研究型实验教学模式

2.1 建构主义理论的研究型实验教学模式的基本概念

研究型实验教学模式是对建构主义教学理论的继承和发展。建构主义的研究型实验教学模式是让学生在教师创设的情境中以学习产出为目的，以问题探究为导向，以多学科知识的融合利用为手段，积极主动探索问题、解决问题，从而实现学习过程的意义构建。

研究型实验教学模式具有明确的目标性和运用知识的综合性，不仅要求学生运用已有的理论知识和实验技能，而且要求学生在学习过程中不断学习新的知识和技能并应用到问题的解决过程中。因此研究型实验教学模式有助于培养学生自我认知能力、分析问题和解决问题的能力。

2.2 建构主义理论的研究型实验教学模式的特征

研究型实验教学模式重点强调以学生为中心、以学习产出为目标的学习情境的创设、以问题为导向的主动探索和意义构建[6]。研究型实验教学模式的理论研究有如下特点：

2.2.1 实验教学目标的明确性

研究型实验教学模式以培养学生的创新思维、分析问题和解决问题的能力为根本目标，改变了传统实验教学过程中以获取实验结果为目标，以实验报告为考核依据的现状。

2.2.2 实验教学内容的探究性

研究型实验教学模式要求教师以教学产出和问题导向为出发点创设实验教学情境，学生在实验教学情境下，依据自身经验和已有知识并通过查阅资料进行主观认知和探索研究。研究型实验教学模式改变了传统实验教学模式中学生照本宣科、照方抓药的现状，有助于培养学生自我探究的精神和能力。

2.2.3 实验教学关系的独立性

研究型实验教学模式以学生为中心，强调实验教学过程中学生的主体地位、教师的指导地位。研究型实验教学模式中学生与教师的教学关系由传统的相互依赖的关系转变成相对独立的教学关系。学生成为学习的主体，教师在实验教学过程中仅作为教学情境的创设者和辅助者，教师与学生之间关系具有相对的独立性。

2.2.4 实验教学形式的协同性

实验内容的探究性决定了实验教学形式的协同性。实验小组成员在各自已有知识和经验以及查阅资料的基础上，相互探究、协作，共同建构知识、建构意义的过程。

2.2.5 实验教学评价的多样性

以问题导向为依托的研究型实验教学不再以实验报告作为单一评价模式，而重点考察实验小组成员对实验情境的理解程度、探究过程、方案设计、操作技能及结果分析等环节。

3 建构主义理论的研究型实验教学模式的构建

3.1 研究型实验教学模式的基本思路

通过研究型实验教学理论方法研究，结合应用型专业人才培养要求，从创新精神、专业能力、实践技能等方面培养和提升学生解决实际复杂问题的能力，具体思路如下：

(1)增加实验教学内容的挑战度。对原有的基础实验、专业实验、综合实验、研究设计性实验的内容进行实验教学情境的构建，增加实验教学难度的挑战性。

(2)激发学生学习的自主性。以过程性、多样化的考核模式激发学生在实验教学情境下自主探究，主动构建知识。

(3)达成学生能力培养目标。以学生为主体，教师辅助指导的实验教学模式保障实验过程中的问题导向和教学产出。

根据研究型实验教学模式的基本思路，结合我校材料科学与工程专业对学生在创新精神、实践技能和专业能力等工程能力等方面的培养目标，构建出研究型实验教学过程中学生在不同学习阶段的能力培养目标体系，其矩阵表如表1所示。

表1 研究型实验教学能力培养矩阵表

3.2 研究型实验教学模式的构建

3.2.1 研究型实验教学模式构建特征

研究型实验教学过程具有协同化自主性的特征，在实验教学过程中以学生自主构建为核心，以教师全程指导为保障，做到课上与课下相协同，教师与学生相协同，在问题导向和成果产出目标下，完成学生的知识构建和意义构建[7]。研究型实验教学模式的构建如图1所示。

图1 研究型实验教学流程图

教师依据培养方案和教学大纲的要求，根据实验课程的特点设置教学情境。学生对教学情境进行理解，通过实验小组成员共同协作，结合实验小组成员已有知识和经验，自主进行资料查阅、实验方案制定。指导教师对实验小组制定的方案进行指导，确保实验教学的问题导向和实验教学成果产出。

学生依据自己制定的实验方案，利用课上时间进行具体实验操作，实验结束后，自主进行数据的分析和处理。实验结束后，教师组织学生进行实验结果的交流和探讨，总结经验提升实验能力。

与传统实验教学模式相比，研究型实验教学模式增加了对学生的学业挑战度，通过多元化的考核方式，激发学生课下自主学习的主动性，有助于实现学生对教学目标的自主构建。

3.2.2 研究型实验教学模式构建过程

以材料科学与工程专业《高分子化学实验》为例，对研究型实验教学模式的构建过程进行了详细探讨。

3.2.2.1 教学情境

《高分子化学实验》课程，教师为学生提供单体、引发剂和溶剂的精制，尿醛树脂的制备，界面聚合法制备尼龙-610，苯乙烯的悬浮聚合，醋酸乙烯酯的溶液聚合，乙酸乙烯酯的乳液聚合，离子交换树脂的制备，聚乙烯醇缩甲醛的制备与分析，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的制备，苯乙烯与马来酸酐的交替共聚合等10个实验项目，并为每个实验项目确定明确的实验目的和要求，学生以实验小组为单位选择其中8个实验项目。

3.2.2.2 查阅资料

以实验项目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”为例，学生依据教师设置的教学情境，对该实验项目进行充分理解，并以小组为单位进行讨论，结合小组成员各自已有的知识和经验，进行人员分工和协作，分别查阅相关资料并及时进行交流和汇总。

3.2.2.3 制定方案

实验小组在查阅资料的基础上，准备实验项目所需的原料、设备，并对原料的处理、实验条件的选择、实验过程的控制进行设计，制定详细、可行的实验方案。实验教师对实验小组制定的方案进行评阅和指导，提出相应修改意见并返回实验小组进行修改，修改无误后方可进行实验操作。实验方案的制定过程充分体现了实验小组成员之间的协作以及指导教师和学生之间的协作，有助于培养学生的专业能力和团队协作能力。

3.2.2.4 实验过程

建构主义理论强调“做中学”，学生利用实验课时间对自己构建的实验方案进行验证。在实验过程中，学生可进一步对实验所需理论知识进行构建，在培养和强化自己的实验操作技能的同时，对实验过程中出现的问题进行进一步的探讨、分析以及重新构建，真正做到“做学相长”。

3.2.2.5 数据分析及结果交流

实验结束后，实验小组对实验数据进行整理分析和深入探究，进一步增强对实验原理的理解，同时依据分析结果可进一步完善已构建的实验方案。实验结束后，各实验小组要对实验项目的构建、实验过程、实验数据处理结果进行交流、探讨，并对实验过程进行反思。

3.3 研究型实验教学模式的评价

建构主义理论下的研究型实验教学评价与传统的实验报告评价模式相比，更注重过程性、综合性评价[8]。

3.3.1 过程性评价

实验结束后，根据学生在实验过程中具体表现，并结合文献查阅、实验方案建构、实验报告撰写、实验项目方案凝练进行过程性、综合性评价，实现评价的重心由理论知识到综合技能的转变。过程性评价方式，既有利于学生对所学知识和技能的巩固，同时也有利于教师发现实验教学中存在的不足，以便于改正和提高。

3.3.2 非标准化评价

研究型实验教学模式下，实验小组根据已有的知识、经验，并借助文献查阅、实验教师指导等，实现对实验项目的不同构建。例如实验项目“乙酸乙烯酯的乳液聚合”，各实验小组建构的实验方案以及最终的实验结果各不相同，实验项目考核评价来源具有不确定性和非标准化的特征。非标准化化的特征有助于培养学生利用所学知识理论分析、解决问题的能力。

3.3.3 师生互评

研究型实验教学模式是以学生为中心的注重学生实践能力及创新能力培养的一种教学模式，该模式的评价方式是包含过程性评价和结果评价的师生互评机制，主要包括学生评价和教师评价两部分。学生自我评价有助于提升学生的实验技能和团队协作能力，教师评价有助于教师掌握实验环节的进度以及检验学生理论知识的掌握和实验技能的培养。

4 结论

建构主义理论的研究型实验教学模式是一种新型的实验教学模式，它贯穿于学生学习的全过程。让学生依据已有的知识、经验并借助文献查阅、小组讨论等方式对实现项目进行自我建构，同时教师可对实验项目建构内容进行指导和进一步凝练，制定出有针对性的实验项目方案，以适应不同层次学生对实验理论知识的掌握和对实验技能的培养。通过该实验模式在材料科学工程学院的具体实施情况来看，研究型实验教学模式以问题为导向，以对实验项目的自我建构为抓手，培养学生自主学习、能力自我提升过程，实现了实验教学由以教师为中心到以学生为中心的转变。建构主义理论的研究型实验教学模式，以教育规律为根本，同时体现了创新创业型大学课程改革的迫切要求。该模式的实验教学，学生可利用已有的知识并通过学习探索去分析问题、解决问题，进而提升学生解决实际问题的能力；同时又有助于培养学生团结协作能力。