探究引導(dǎo)型自主式實驗教學(xué)論文
一、概述
環(huán)境工程學(xué)實驗是武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院環(huán)境工程本科專業(yè)的一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的實驗課，也是一門綜合性的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它需要物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)知識，以及實驗裝置的設(shè)計和數(shù)據(jù)分析等方面所涉及到的基礎(chǔ)理論，這些基礎(chǔ)理論知識在理論課上都已經(jīng)學(xué)過，但許多課堂上學(xué)到的實驗理論和方法只有通過實際驗證才能加深理解并真正掌握。實驗課程的目的就是使學(xué)生加深理解所學(xué)基礎(chǔ)知識，掌握相關(guān)知識的基本原理和適用范圍;具備實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析能力;得到基本實驗技能的訓(xùn)練與分析能力的訓(xùn)練，使本科生初步掌握環(huán)境工程中水、氣、固廢處理的基本方法，對各門知識能夠融會貫通，并且加深對理論知識的理解。
對于高校本科生教育，尤其是理工科教育，實驗教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生掌握當(dāng)前所學(xué)的科學(xué)技術(shù)，同時能讓學(xué)生在實踐中拓展思路，創(chuàng)造出新的技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生盡快的成材成長。與此同時，合理的教學(xué)方法可以事半功倍，因此完善本科教學(xué)方法也是任重而道遠(yuǎn)。
二、實驗教學(xué)理念
環(huán)境工程學(xué)實驗是環(huán)境工程專業(yè)一門非常重要的專業(yè)實驗課程。我們的教學(xué)理念是指導(dǎo)學(xué)生開拓實驗思路，培養(yǎng)學(xué)生對實驗方法、實驗步驟、結(jié)果分析評判等基礎(chǔ)知識的掌握，更讓學(xué)生學(xué)會并能夠設(shè)計出完整的實驗方案。
由于實驗方案是需要學(xué)生自己設(shè)計的，指導(dǎo)老師只講解相關(guān)實驗的儀器的操作，而實驗具體的操作步驟和流程設(shè)計以及數(shù)據(jù)處理方法都是需要學(xué)生自己課下查閱資料和相關(guān)書籍，學(xué)習(xí)相關(guān)的.實驗知識，然后根據(jù)實驗室所提供的儀器設(shè)備和所需達(dá)到的目標(biāo)，來設(shè)計出最佳的實驗方案，所以說有可能每個學(xué)生設(shè)計出來的方案都是不一樣的，在實際實驗操作中再對比標(biāo)準(zhǔn)方案對自己的思路進(jìn)行評判，讓學(xué)生通過實驗對整個實驗過程有自己真實的體會，使學(xué)生不僅僅是掌握本課程中開出的這些實驗，更學(xué)會通過一些新原理方法設(shè)計出理想的實驗方案，創(chuàng)造出更好更有效的處理方法和處理工藝。本門課程更強(qiáng)調(diào)學(xué)生對實驗的自助設(shè)計和思考的能力，實驗環(huán)節(jié)的改變，使實驗教學(xué)由“灌輸式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)自主式”實驗。
在本門課程中，將課堂的理論知識與實際實驗操作的實踐相結(jié)合，了解它們之間的異同點(diǎn)，也將使學(xué)生們更清楚地認(rèn)識到，理論學(xué)習(xí)與實踐操作之間存在著怎樣的差距，從而更加靈活的利用已掌握的專業(yè)知識，去解決未知的問題，更多的思考現(xiàn)存的技術(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，進(jìn)而加以改進(jìn)和補(bǔ)充。
三、具體實施方法
對每個實驗安排三個環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)，在實驗前階段向?qū)W生提供該實驗處理對象、應(yīng)用的原理、材料和設(shè)備等條件清單，用一個學(xué)時的時間向他們介紹設(shè)備使用的注意事項，并提供一個其它的標(biāo)準(zhǔn)實驗方案為他們作為模板，要求學(xué)生自行查閱資料，設(shè)計出一個初步的實驗方案。然后再進(jìn)入實驗第二環(huán)節(jié)———實驗室實驗，首先，向?qū)W生提供標(biāo)準(zhǔn)的實驗方案，并對一些關(guān)鍵步驟進(jìn)行講解，然后開始實驗，并糾正他們在實驗中出現(xiàn)的一些錯誤和解答疑問，收回他們設(shè)計的實驗方案，實驗環(huán)節(jié)結(jié)束后，是第三環(huán)節(jié)，實驗總結(jié)--撰寫實驗報告，總結(jié)實驗中出現(xiàn)的問題，分析實驗結(jié)果等，并讓學(xué)生針對該實驗提出一些建議和想法，鼓勵學(xué)生提出新的處理方法、工藝，或者對實驗設(shè)備進(jìn)行提出改進(jìn)建議等。對于學(xué)生而言，每次實驗都可分為5 個步驟：
1. 實驗前的預(yù)習(xí)并查找資料回顧實驗所用的原理(理論課上已經(jīng)學(xué)過)(實驗前課余時間完成);
2. 到實驗室熟悉實驗器材及使用方法，可提出一些自己的疑問(一次課時間);
3. 熟悉了實驗器材后根據(jù)教師提供的材料，結(jié)合查找的資料，進(jìn)行實驗方案設(shè)計(課余做);
4. 根據(jù)所設(shè)計的實驗方案進(jìn)行實驗，得到實驗數(shù)據(jù)(一次課時間);自主研究的結(jié)果，學(xué)生自主設(shè)計實驗并作實驗;
5. 相互討論或與教師討論實驗“數(shù)據(jù)”的合理性及其他問題。例如：電路元件伏安特性的測繪實驗，我們設(shè)計的引導(dǎo)性思路(板書)是：
�、�. 探究“交流”配置與“直流”在臺面上的顯示有何不同?學(xué)會識別; ②. 探究“交流”配置與“直流”配置的配線有何不同?學(xué)會識別并會使用; ③. 找出直流電源、電表的位置; ④. 在臺面上找出200Ω、1KΩ、1N4407 及2CW51 等元件并記住其位置;⑤. 研究上述元件的線性與否; ⑥. 設(shè)計并作測量線性元件的實驗;⑦. 設(shè)計并作測量非線性元件的實驗;⑧.討論實驗數(shù)據(jù)的合理性。
(二)以學(xué)生自主“探究”為主線的授課形式
在上節(jié)流程的框架下及教師的引導(dǎo)性思路提示下，學(xué)生學(xué)會自主發(fā)現(xiàn)儀器的缺陷、自主設(shè)計矯正儀器缺陷所帶來的數(shù)據(jù)偏差的途徑及實驗步驟或“流程”。
如：在電壓源與電流源的等效變換實驗中，我們設(shè)計的引導(dǎo)性思路(板書)是： 1. 根據(jù)臺面上提供的“元件“資源，自主建構(gòu)一個“電壓源”或“電流源”; 2. 以上述“電源”及自選的元件連成一個“實際電源”為“電源”的電路; 3. 設(shè)計驗證理想電壓源與理想電流源的外“特性”(如電壓或電流)是否匹配，如不匹配請?zhí)岢鲂?zhǔn)方案; 4. 在上述電路中設(shè)計測量“外電路”伏安特性曲線的兩種實施方案; 5. 設(shè)計實驗方案。
(按時完成設(shè)計的)學(xué)生的“答卷”是： 1. 把理想“電壓源”與一個已知電阻串連接成一個實際“電壓源”，把理想“電流源”與一個已知電阻并連接成一個實際“電流源”;2. 以上述“電源”與電阻箱連成一個電路; 3. 分別以理想電壓源、理想電流源與某一定值電阻連接并測量相應(yīng)的電壓讀數(shù)或電流讀數(shù)是否一致，否則計算出相互對應(yīng)關(guān)系式(“經(jīng)驗公式”); 4. 改變電阻箱的阻值并測量電阻箱兩端每一阻值對應(yīng)的電流和電壓，共測量兩組數(shù)據(jù)，其一為“電流源”電路數(shù)據(jù)組，其二為“電壓源”電路數(shù)據(jù)組; 5. 繪制上述兩組數(shù)據(jù)的伏安曲線，比較之，如曲線基本一樣，則等效，反之亦然。
四、結(jié)束語
建立在傳統(tǒng)教學(xué)模式之上的教學(xué)改革才最具“生命力”，也就是說發(fā)揮其高效率、高產(chǎn)出的一面迅速建立起必備的基礎(chǔ)知識才有可能為更好的引導(dǎo)、討論及探究作必要的準(zhǔn)備，同時還應(yīng)結(jié)合學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識和技能水平，只有這樣方能在教學(xué)中做到引導(dǎo)與呼應(yīng)“匹配”、充分調(diào)動學(xué)生積極性及完成因材施教之目的。因此，我們提出：以傳統(tǒng)的教學(xué)模式為依托，以各種“新”(問題、引導(dǎo)及探究等)方式為導(dǎo)向，以各種激發(fā)學(xué)生“創(chuàng)新”想法的討論或操作(或?qū)嵺`)為平臺的教學(xué)模式，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計了適合我們實際的電路實驗教改模式，以引導(dǎo)思路為先導(dǎo)自主“探究”為主線的授課形式。
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