论文部分内容阅读
摘 要：设定合适的实验教学目标，对于提升实验教学的有效性具有基础性作用。围绕现代大学人才培养的目标，我们可以从实验方法、实验能力、科学态度三个维度来设定本科实验教学目标。这三个维度的目标相互关联，相互促进。而且，实验方法与实验能力所具有的层次结构，决定了实验教学是一个多目标、多层次的系统。基础型实验只能达到低层次实验教学目标，设计型实验和探究型实验是实现高层次实验教学目标所必需的实验类型。
关键词：高校；实验教学；实验教学目标；教学有效性；实验类型
实验教学是为了实现人才培养总目标而组织起来的有计划的教育活动，实验教学必然要以“有效”为价值诉求。为了提高实验教学有效性，自上世纪90年代以来，人们在实验课程体系、教学内容、教学方法、教学模式等方面进行了大量研究和有益探索，但现有研究忽视了实验教学目标。这是导致实验教学效果与开展实验教学改革的预期存在很大落差的主要原因。为此，本文尝试对实验教学目标做较为深入的分析，以期为提升我国实验教学有效性提供有益借鉴。
一、合适的教学目标是提升实验教学有效性的基础
教学目标是实验教学的出发点，是实验教学的灵魂，但是，实验教学不是有了目标就行。只有目标合适，实验教学才具备了有效的基础，才能显示应有的价值，才能最终落实在学生的进步和发展上。
合适的实验教学目标，首先要满足大学生的学习需要。实验教学应立足学情，适宜于学生，显现出实验教学的必要性和重要性。根据大学生的成长规律，分阶段确立实验教学目标，同时使各阶段目标之间相互联系，螺旋上升。合适的实验教学目标，还必须建立在对“实验”准确、深入理解的基础上。对某一事物进行实验，是因为事先不知道结果或并不完全确定结果，通过人为控制和干预对象，看它的后果如何。实验的核心要素是创新和实践。实验教学的直观性、实践性、探究性是区别于理论教学的特有属性。作为一名实验教师，必须具有强烈的“实验”意识，着力培养学生的创新意识和实践能力，而不能在实验课中大量开设验证理论和定律的实验，学生早已经知道了实验的结果，他们对这样的实验就没有多少兴趣。
合适的实验教学目标支配着实验教学的全过程，规定着教与学的正确方向。一方面，能够使教师考虑所教学生的实际水平，面向大多数学生的需求，就实验项目取舍与排序、教学方法选择与组合、教学时间分配、教学评价程序安排等做出理性的决策，并在实施过程中作必要的调整，让实验教学活动顺利展开，使实验教学有效性得到保障。另一方面，能够使学生在实验教学目标指引下，有意识地选择相应的实验学习方法或策略，促使他们达到实验教学目标的要求。
二、实验教学目标是一个多维度、多层次的系统
关于实验教学目标的设定，西方学者们在上世纪七八十年代进行了认真探讨。其中以克洛普弗（Klopfer）的研究最为典型。1971年，克洛普弗提出理工科大学实验教学要把重点放在以下五个方面：（1）知识和理解能力；（2）训练动手能力；（3）实践科学的探索过程，包括观察、测量分析数据、确定问题以及找出解决问题的方法；（4）了解科学家的工作方法；（5）培养对科学的兴趣和科学态度。[1]显然，这些目标在今天仍然是广大高等教育工作者所追求的。实验教学作为高校教学工作的重要组成部分，其目标的设置应服从或服务于大学人才培养目标。现代大学人才培养目标要体现“自主、合作、创新”的时代精神。[2]围绕人才培养目标的变化，我们可以把现代大学本科实验教学目标分为实验方法、科学态度、实验能力三个维度，让学生通过实验活动在这三个方面得到提升。而且，实验方法与实验能力所具有的层次结构，决定了实验教学是一个多目标、多层次的系统。
（一）实验教学目标的维度
1. 实验方法
大学生学会实验的方法，是本科实验教学应有的起点。实验要取得实效，需要有正确的方法。本科实验教学，不再是仅仅向学生传授实验知识和操作技能，使学生了解“是什么”“为什么”和“怎么做”，而是应该教给学生如何通过实验来解决问题、认识世界的方法。只有这样，才能让大多数学生真正领悟到实验的“有用”和“意义”。这里的“实验方法”是指与实验相关的科学方法。与实验相关的科学方法是实验活动经验程序化、规范化的结果，是科学家群体在长期实验研究过程中所形成的一整套有效的思维方式和操作规则。实验方法是科学家们产生知识的知识，也是学生获得知识的重要手段。学生掌握了实验的方法，不仅可以运用自己的智慧去进行实验活动以探索未知，而且可迁移到其他方面，在科学研究、日常生活和社会生活中都可以发挥巨大的作用。在我们现行的实验教材（实验指导书）中，各学科自己的实验方法是以实验技能的形式体现的，而观察、测定、记录等操作实验的方法和设计实验的方法都是隐含在实验内容之中，没有专门的系统阐述。我们把“实验方法”用一个维度单列出来，是为了凸显它的作用。
2. 科学态度
实验过程是认知、情感和行动协同进行的过程，养成科学态度是实验教学所特有的对学生培养所不可忽视的方面。我们知道，科学实验本身就要求具有忠诚老实、实事求是的科学态度。在实验过程中，为了取得可靠的实验事实和现象，必须坚持实验观察的客观性，克服主观性和头脑中的任何偏见，坚信实验事实，尊重观察到的真实现象。如果实验失败，就应该运用理论思维对失败的原因进行认真的分析和探讨。因此，实验教学过程也是进行科学态度的培养过程。在我们的教育界，包括科技界有一种浮躁的情绪，甚至有抄袭、剽窃等现象，北京大学前校长许智宏倡议，要对青年人，特别是大学生进行基础训练。[3]特别是在当今，这一维度的影响就显得特别重要。
3. 实验能力
实验教学促进学生实验能力的提升，这是本科实验教学最根本的目标。实验能力是在实验活动中形成和发展的、直接影响实验活动效率、保证实验活动顺利进行和完成的个性心理与生理特征。20世纪90年代初期以前，教育教学界将实验能力狭义地理解和定位为实验操作能力，从而导致在实验教学中把实验能力的培养，简化为实验操作技能的培养。广义的实验能力应该覆盖实验活动的全部过程，而不只是一部分，包括：选择和确定实验课题的能力；设计实验方案的能力；实验操作能力；收集和处理实验事实、实验数据并作出结论的能力等。培养学生选择和确定实验课题的能力，是非常必要的。当今高等教育改革的一大主题是培养大学生的创新精神和实践能力。要创新，首先要能够提出问题，并根据已有条件去确定研究的课题。拥有实验能力对于大学生以后进入工作岗位独当一面，进行研究，或者进行产品设计、项目管理等等，都具有重要意义。 本科实验教学是一个多目标系统。实验方法、科学态度、实验能力是其中三个主要维度。三个维度之间是互动关系，对学生任何一个方面的培养都和其他二项互相联系，任何一种目标的获得都会同时强化其他目标获得的可能性，但是这并不等于可以用一个目标来取代另外一个目标。
（二）实验教学目标的层次
本科实验教学目标也是一个多层次的系统，实验方法与实验能力均具有其内在的层次结构。实验教学目标的层次不是静态的，而是一个动态的、逐级递进的过程，是“若干个下一级通过相干性关系构成具有新的性质的上一级的逐级构成性关系的等级结构”[4]。
在学会实验方法的目标上，由低到高可分为三个层次。掌握方法规范是最基本的要求，即学生会使用仪器、懂得规范，不因误操作而导致数据错误或发生危险。第二层次是选择实验方法，即学生能根据所要解决的实验问题和任务，正确选择常用的实验方法，把握实验现象的本质。第三层次是评价实验方法，是指学生能对自己或他人的实验方法的优劣做出评价，并根据具体实验问题及时调整实验方法。
在实验能力的目标上，由低到高表现为三个层次。基本层次是实验动手能力，主要表现为：选择、装配、使用必要的实验仪器和设备的能力；组织和完成实验操作，控制实验条件，实现预期的实验结果的能力等。第二层次是自己根据已经提出的问题和任务去设计和完成一个实验的能力，主要表现为：运用有关的知识技能设计合理实验方案的能力；根据实验的需要，选择、调试、使用实验仪器设备的能力；运用所学到的知识对实验现象、实验误差做出合理的分析和解释并得出有关的结论的能力。第三层次是自己提出问题、自己去实验以获得新知的能力，主要表现为：发现、提出具有探究性的实验问题的能力；针对某个实验问题，善于从实验原理、操作、步骤、试剂选用、仪器装置等方面，设计与众不同的实验方案的能力；灵活选取仪器设备并进行装配、调试、操作的能力；能根据实验中所得到的数据独立进行分析并提出自己独到见解的能力。
实验教学目标层次的划分是相对的，在同一种或不同教学策略下可以实现多个层次的目标。高层次目标在低层次目标的基础上形成和发展，并在发展的过程中对其下的各个层次目标产生影响，即高层次目标的发展也带动低层次目标的发展。因此，实验教学目标高、低层次之间是一种互为前提、共同发展的辩证关系，实验教学目标由低级向高级演变的过程正是反映了学生的动态发展过程。
三、本科实验教学目标的层次是通过不同类型的实验来实现的
本科教学中的实验有多种，不同的实验所具有的教育价值是不同的，其层次也不相同。根据科学实验的基本规范和学生知识增长、能力发展的规律，可以把教学实验划分为基础型、设计型、探究型三种类型，它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。[5]不同类型的实验相互配合，共同实现本科实验教学目标。
基础型实验只能达到低层次实验教学目标。在基础型实验中，实验方案由教师提供，学生在教师指导下独立操作来实施实验方案。学生参与的实验活动，具体包括实验操作、观察、测定、记录、整理、思考和概括结论。基础型实验的教育价值是非常有限的，可以加深学生对所学理论知识的理解，培养学生正确地使用科学仪器，学习实验方法规范，丰富学生的实验操作经验，培养学生的实验操作技能和动手能力。
设计型实验和探究型实验是实现高层次实验教学目标所必需的实验类型。设计型实验是教师只向学生提出要解决的问题，进行课题定向；学生在教师的指导下，根据给定的具体实验任务、可使用仪器设备和场地的条件，自行设计实验方案，并实施实验方案，撰写实验报告。设计型实验要求学生综合运用所学知识和技能设计出实验方案，经过交流、讨论和教师咨询、指导后，由学生在实验室中进行实验。因此，学生的自主性和学习积极性可以大为提高，有利于培养学生运用实验手段来分析、解决问题的能力和创造精神。探究型实验是在设计型实验的基础上，由学生自己提出一个要探究的问题，这类实验的活动几乎全部都由学生完成。由于要独立地发现问题和解决问题，会促使学生用高度的责任心和热情，以及认真和实事求是的科学态度来解决问题，其科学素养可以全面地得到锻炼和提高。
教师可以根据学生的情况，就同一个实验对象设置成不同类型的实验，以实现不同的教学目标。以金属块密度实验为例，如果给学生完成的操作程序并要求他们严格遵循，根据确定的值计算出其密度，这个实验就是基础型实验。它可以训练学生规范地操作，培养其操作技能。如果要求学生用不同的测量方法得出结果，或者向学生提供几种测量体积的方法，让他们比较不同的测量方法得出的种种结果，这样的实验就成了设计型实验。它可以让学生在同一个实验项目下设计出不同的实验方案，由学生实施自己的方案，分析数据，得出结论，发挥其主观能动性。如果在铝块外面涂上一层漆，使其原色被掩盖，然后问学生怎样进行测量才能确定材料的物理属性，这个实验就成了探究型实验。这样更能启迪学生的思维，培养学生提出问题的能力，增强他们的好奇心，激发他们的创新潜能，提升实验能力。
参考文献：
[1]Klopfer, L .E. Evaluation of learning in science. In: Bloom B S, Hastings J T, Madaus G F(eds.) Handbook of Formative and Summative Evaluation of Student Learning. Mc Graw—Hill, New York，1971.
[2]肖川.论大学教学的目标追求[J]中国大学教学，2005（9）.
[3]许智宏.科研不端行为的成因是基本训练不够[EB/OL]. http://www.china.com.cn/review/txt/2007-02/05/content 7762725.htm.
[4]奉公.“层次”概念的混乱与对策[Ｊ].科学技术与辩证法，1999（4）.
[5]赵建华.本科教学实验的分类研究[J].中国大学教学，2012（1）.
(责任编辑 陈志萍)
关键词：高校；实验教学；实验教学目标；教学有效性；实验类型
实验教学是为了实现人才培养总目标而组织起来的有计划的教育活动，实验教学必然要以“有效”为价值诉求。为了提高实验教学有效性，自上世纪90年代以来，人们在实验课程体系、教学内容、教学方法、教学模式等方面进行了大量研究和有益探索，但现有研究忽视了实验教学目标。这是导致实验教学效果与开展实验教学改革的预期存在很大落差的主要原因。为此，本文尝试对实验教学目标做较为深入的分析，以期为提升我国实验教学有效性提供有益借鉴。
一、合适的教学目标是提升实验教学有效性的基础
教学目标是实验教学的出发点，是实验教学的灵魂，但是，实验教学不是有了目标就行。只有目标合适，实验教学才具备了有效的基础，才能显示应有的价值，才能最终落实在学生的进步和发展上。
合适的实验教学目标，首先要满足大学生的学习需要。实验教学应立足学情，适宜于学生，显现出实验教学的必要性和重要性。根据大学生的成长规律，分阶段确立实验教学目标，同时使各阶段目标之间相互联系，螺旋上升。合适的实验教学目标，还必须建立在对“实验”准确、深入理解的基础上。对某一事物进行实验，是因为事先不知道结果或并不完全确定结果，通过人为控制和干预对象，看它的后果如何。实验的核心要素是创新和实践。实验教学的直观性、实践性、探究性是区别于理论教学的特有属性。作为一名实验教师，必须具有强烈的“实验”意识，着力培养学生的创新意识和实践能力，而不能在实验课中大量开设验证理论和定律的实验，学生早已经知道了实验的结果，他们对这样的实验就没有多少兴趣。
合适的实验教学目标支配着实验教学的全过程，规定着教与学的正确方向。一方面，能够使教师考虑所教学生的实际水平，面向大多数学生的需求，就实验项目取舍与排序、教学方法选择与组合、教学时间分配、教学评价程序安排等做出理性的决策，并在实施过程中作必要的调整，让实验教学活动顺利展开，使实验教学有效性得到保障。另一方面，能够使学生在实验教学目标指引下，有意识地选择相应的实验学习方法或策略，促使他们达到实验教学目标的要求。
二、实验教学目标是一个多维度、多层次的系统
关于实验教学目标的设定，西方学者们在上世纪七八十年代进行了认真探讨。其中以克洛普弗（Klopfer）的研究最为典型。1971年，克洛普弗提出理工科大学实验教学要把重点放在以下五个方面：（1）知识和理解能力；（2）训练动手能力；（3）实践科学的探索过程，包括观察、测量分析数据、确定问题以及找出解决问题的方法；（4）了解科学家的工作方法；（5）培养对科学的兴趣和科学态度。[1]显然，这些目标在今天仍然是广大高等教育工作者所追求的。实验教学作为高校教学工作的重要组成部分，其目标的设置应服从或服务于大学人才培养目标。现代大学人才培养目标要体现“自主、合作、创新”的时代精神。[2]围绕人才培养目标的变化，我们可以把现代大学本科实验教学目标分为实验方法、科学态度、实验能力三个维度，让学生通过实验活动在这三个方面得到提升。而且，实验方法与实验能力所具有的层次结构，决定了实验教学是一个多目标、多层次的系统。
（一）实验教学目标的维度
1. 实验方法
大学生学会实验的方法，是本科实验教学应有的起点。实验要取得实效，需要有正确的方法。本科实验教学，不再是仅仅向学生传授实验知识和操作技能，使学生了解“是什么”“为什么”和“怎么做”，而是应该教给学生如何通过实验来解决问题、认识世界的方法。只有这样，才能让大多数学生真正领悟到实验的“有用”和“意义”。这里的“实验方法”是指与实验相关的科学方法。与实验相关的科学方法是实验活动经验程序化、规范化的结果，是科学家群体在长期实验研究过程中所形成的一整套有效的思维方式和操作规则。实验方法是科学家们产生知识的知识，也是学生获得知识的重要手段。学生掌握了实验的方法，不仅可以运用自己的智慧去进行实验活动以探索未知，而且可迁移到其他方面，在科学研究、日常生活和社会生活中都可以发挥巨大的作用。在我们现行的实验教材（实验指导书）中，各学科自己的实验方法是以实验技能的形式体现的，而观察、测定、记录等操作实验的方法和设计实验的方法都是隐含在实验内容之中，没有专门的系统阐述。我们把“实验方法”用一个维度单列出来，是为了凸显它的作用。
2. 科学态度
实验过程是认知、情感和行动协同进行的过程，养成科学态度是实验教学所特有的对学生培养所不可忽视的方面。我们知道，科学实验本身就要求具有忠诚老实、实事求是的科学态度。在实验过程中，为了取得可靠的实验事实和现象，必须坚持实验观察的客观性，克服主观性和头脑中的任何偏见，坚信实验事实，尊重观察到的真实现象。如果实验失败，就应该运用理论思维对失败的原因进行认真的分析和探讨。因此，实验教学过程也是进行科学态度的培养过程。在我们的教育界，包括科技界有一种浮躁的情绪，甚至有抄袭、剽窃等现象，北京大学前校长许智宏倡议，要对青年人，特别是大学生进行基础训练。[3]特别是在当今，这一维度的影响就显得特别重要。
3. 实验能力
实验教学促进学生实验能力的提升，这是本科实验教学最根本的目标。实验能力是在实验活动中形成和发展的、直接影响实验活动效率、保证实验活动顺利进行和完成的个性心理与生理特征。20世纪90年代初期以前，教育教学界将实验能力狭义地理解和定位为实验操作能力，从而导致在实验教学中把实验能力的培养，简化为实验操作技能的培养。广义的实验能力应该覆盖实验活动的全部过程，而不只是一部分，包括：选择和确定实验课题的能力；设计实验方案的能力；实验操作能力；收集和处理实验事实、实验数据并作出结论的能力等。培养学生选择和确定实验课题的能力，是非常必要的。当今高等教育改革的一大主题是培养大学生的创新精神和实践能力。要创新，首先要能够提出问题，并根据已有条件去确定研究的课题。拥有实验能力对于大学生以后进入工作岗位独当一面，进行研究，或者进行产品设计、项目管理等等，都具有重要意义。 本科实验教学是一个多目标系统。实验方法、科学态度、实验能力是其中三个主要维度。三个维度之间是互动关系，对学生任何一个方面的培养都和其他二项互相联系，任何一种目标的获得都会同时强化其他目标获得的可能性，但是这并不等于可以用一个目标来取代另外一个目标。
（二）实验教学目标的层次
本科实验教学目标也是一个多层次的系统，实验方法与实验能力均具有其内在的层次结构。实验教学目标的层次不是静态的，而是一个动态的、逐级递进的过程，是“若干个下一级通过相干性关系构成具有新的性质的上一级的逐级构成性关系的等级结构”[4]。
在学会实验方法的目标上，由低到高可分为三个层次。掌握方法规范是最基本的要求，即学生会使用仪器、懂得规范，不因误操作而导致数据错误或发生危险。第二层次是选择实验方法，即学生能根据所要解决的实验问题和任务，正确选择常用的实验方法，把握实验现象的本质。第三层次是评价实验方法，是指学生能对自己或他人的实验方法的优劣做出评价，并根据具体实验问题及时调整实验方法。
在实验能力的目标上，由低到高表现为三个层次。基本层次是实验动手能力，主要表现为：选择、装配、使用必要的实验仪器和设备的能力；组织和完成实验操作，控制实验条件，实现预期的实验结果的能力等。第二层次是自己根据已经提出的问题和任务去设计和完成一个实验的能力，主要表现为：运用有关的知识技能设计合理实验方案的能力；根据实验的需要，选择、调试、使用实验仪器设备的能力；运用所学到的知识对实验现象、实验误差做出合理的分析和解释并得出有关的结论的能力。第三层次是自己提出问题、自己去实验以获得新知的能力，主要表现为：发现、提出具有探究性的实验问题的能力；针对某个实验问题，善于从实验原理、操作、步骤、试剂选用、仪器装置等方面，设计与众不同的实验方案的能力；灵活选取仪器设备并进行装配、调试、操作的能力；能根据实验中所得到的数据独立进行分析并提出自己独到见解的能力。
实验教学目标层次的划分是相对的，在同一种或不同教学策略下可以实现多个层次的目标。高层次目标在低层次目标的基础上形成和发展，并在发展的过程中对其下的各个层次目标产生影响，即高层次目标的发展也带动低层次目标的发展。因此，实验教学目标高、低层次之间是一种互为前提、共同发展的辩证关系，实验教学目标由低级向高级演变的过程正是反映了学生的动态发展过程。
三、本科实验教学目标的层次是通过不同类型的实验来实现的
本科教学中的实验有多种，不同的实验所具有的教育价值是不同的，其层次也不相同。根据科学实验的基本规范和学生知识增长、能力发展的规律，可以把教学实验划分为基础型、设计型、探究型三种类型，它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。[5]不同类型的实验相互配合，共同实现本科实验教学目标。
基础型实验只能达到低层次实验教学目标。在基础型实验中，实验方案由教师提供，学生在教师指导下独立操作来实施实验方案。学生参与的实验活动，具体包括实验操作、观察、测定、记录、整理、思考和概括结论。基础型实验的教育价值是非常有限的，可以加深学生对所学理论知识的理解，培养学生正确地使用科学仪器，学习实验方法规范，丰富学生的实验操作经验，培养学生的实验操作技能和动手能力。
设计型实验和探究型实验是实现高层次实验教学目标所必需的实验类型。设计型实验是教师只向学生提出要解决的问题，进行课题定向；学生在教师的指导下，根据给定的具体实验任务、可使用仪器设备和场地的条件，自行设计实验方案，并实施实验方案，撰写实验报告。设计型实验要求学生综合运用所学知识和技能设计出实验方案，经过交流、讨论和教师咨询、指导后，由学生在实验室中进行实验。因此，学生的自主性和学习积极性可以大为提高，有利于培养学生运用实验手段来分析、解决问题的能力和创造精神。探究型实验是在设计型实验的基础上，由学生自己提出一个要探究的问题，这类实验的活动几乎全部都由学生完成。由于要独立地发现问题和解决问题，会促使学生用高度的责任心和热情，以及认真和实事求是的科学态度来解决问题，其科学素养可以全面地得到锻炼和提高。
教师可以根据学生的情况，就同一个实验对象设置成不同类型的实验，以实现不同的教学目标。以金属块密度实验为例，如果给学生完成的操作程序并要求他们严格遵循，根据确定的值计算出其密度，这个实验就是基础型实验。它可以训练学生规范地操作，培养其操作技能。如果要求学生用不同的测量方法得出结果，或者向学生提供几种测量体积的方法，让他们比较不同的测量方法得出的种种结果，这样的实验就成了设计型实验。它可以让学生在同一个实验项目下设计出不同的实验方案，由学生实施自己的方案，分析数据，得出结论，发挥其主观能动性。如果在铝块外面涂上一层漆，使其原色被掩盖，然后问学生怎样进行测量才能确定材料的物理属性，这个实验就成了探究型实验。这样更能启迪学生的思维，培养学生提出问题的能力，增强他们的好奇心，激发他们的创新潜能，提升实验能力。
参考文献：
[1]Klopfer, L .E. Evaluation of learning in science. In: Bloom B S, Hastings J T, Madaus G F(eds.) Handbook of Formative and Summative Evaluation of Student Learning. Mc Graw—Hill, New York，1971.
[2]肖川.论大学教学的目标追求[J]中国大学教学，2005（9）.
[3]许智宏.科研不端行为的成因是基本训练不够[EB/OL]. http://www.china.com.cn/review/txt/2007-02/05/content 7762725.htm.
[4]奉公.“层次”概念的混乱与对策[Ｊ].科学技术与辩证法，1999（4）.
[5]赵建华.本科教学实验的分类研究[J].中国大学教学，2012（1）.
(责任编辑 陈志萍)