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實驗教學的論文分為哪些類型的論文

實用文 時間:2021-08-31 手機版

  一、實驗手段引入大學課堂教學早在十六七世紀,實驗方法已成為科學研究的基本手段,但由于深受中世紀經院哲學方法論傳統的束縛和影響,實驗很少在學校教育中發揮作用。

  隨著科學實驗與教育的發展,人們逐漸認識到科學實驗對教育發展的重要性,紛紛為實驗與教育的結合進行辯護。大教育家夸美紐斯呼吁,要用觀察和實驗教授物理學,而絕不能單靠閱讀亞里士多德派或其他人的教科書來教授。普利斯特列(JosephPriestley)對自然科學實驗很少用于教育深表遺憾,認為一個人如果要在理論研究中取得成就,就要在青年時代經常做實驗并熟悉其操作, “如果我們愿意為哲學鑒別力和哲學研究打下很好的基礎的話,人們就應當在年輕時習慣于觀察實驗過程”①。

  這些觀點對于人們擺脫經院哲學殘余思想的羈絆、提高對實驗的教育價值的認識產生了積極影響。

  17世紀中后期,反映近代科學知識的課程陸續進入歐洲各主要國家的大學課堂。英國學者格林(Robert Green)在1707年出版的《修學計劃》一書中,建議劍橋大學開設新的科學課程,如第三年上半年設置實驗哲學、礦物化學、植物學、動物學、解剖學,第三年下半年設置光學、屈光學、測光學等課程②。法國巴黎大學設置了包括自然科學、自然法在內的課程,德國有的大學開設了物理、地理及實驗課等實用科學的內容③。由于科學知識大多以實驗為基礎,教師為了讓學生理解科學概念和原理,重現知識被發現的過程,印證科學理論的正確性,紛紛在課堂演講之外增加了當堂進行實驗表演和示范操作環節。在“諾斯安普頓學院,力學、流體靜力學、物理學、解剖學和天文學在課程設置中占據重要地位。這些學習主要是在實地實驗與觀察的輔助之下完成的”固。這就是早期的實驗教學,它以驗證理論為目的,采用課堂演示的形象化教學形式將實驗方法與課堂教學有機結合起來。

二、大學實驗室與“師徒式” 的實驗訓練從19世紀20年代起,歐洲一些著名科學家利用他們在大學任教的機會,建立了自己的實驗室。

  他們有的把自己的住家房間的一部分裝備成實驗場所,有的將大學里閑置或廢棄的房屋改造成實驗室。據梅森記載,1817年,英國化學家托馬斯·湯姆生(Thomas Thomson)最早在格拉斯哥大學建立化學實驗室⑤,此后,柏林大學的馬格努斯(Henry Gustavus Magnus)將他的寓所分出幾間作為物理實驗室。與上述僅供3—4人使用的大學私人實驗室不同的是,德國化學家李比希(Justusvon Liebig)1826年在吉森大學建成的化學實驗室體現了近代教育的特征,它不僅可供科學研究使用,而且可供大量學生同時使用。“實驗室可同時容納22名學生做實驗,并配有供120人聽課的教室、天平室、化學藥品儲藏室、洗滌室、助手室”@。1845年,李比希的學生霍夫曼則在英國皇家化學學院按吉森大學的形式建造了化學實驗室。

  這些大學實驗室的建立, “的確是19世紀中最顯著、最重要的一個創新”⑦。從此,大學不僅是教學的場所,也是科研的場所;實驗不僅是科學研究的手段,也成為人才培養的重要途徑。由于德國大學實驗室表現得尤為突出, 取得了舉世公認的成效,德國模式的大學實驗室成為已經從講課掌握科學的基本原理之地轉變為從實際經驗學習科學之地@。將實驗作為人才培養的重要途徑,并對世界各國大學的自然科學教育產生深遠影響的當屬李比希。

  李比希認為,成功的實驗是一門藝術,這種藝術不能由講授所采用的那套形式化的教學獲得,只能通過親傳的學徒制才能學到。在言傳身教的實驗過程中,學生將會獲得化學的真諦,同時也有助于培養學生提出創造性問題的能力@。李比希把課堂搬到了實驗室,創造了一種新的大學化學教育法。

  “開始,學生在學習講義的同時還要做實驗,先使用已知化合物進行定性分析和定量分析,然后從天然物質中提純和鑒定新化合物以及進行無機合成和有機合成;學完這一課程后,在導師指導下進行獨立研究作為畢業論文項目”⑩。在學生實驗過程中,李比希要求他們自己尋找研究思路,鼓勵他們反復思考并更新實驗。李比希與學生在同一個實驗室里進行實驗,他說如果把實驗室比作一個圓的話,那么他就是這個圓的圓心。“具體方法是我給每個學生以研究專題,并檢查他們實踐的情況,那如同是一個圓的半徑,有共同的中心一樣。我沒有對學生進行一般定義的指導,而是每天早晨聽取每個學生前一天研究進度的情況以及對自己研究工作的見解,最后我對他們表示贊成或反對 。這種實驗教學方式極大地激發了學生對實驗工作的熱忱和興趣。

  李比希的這種“師徒式”實驗訓練不僅在化學教育中得到普及,而且還逐漸為物理學、生物學教育所采納。同時,由于德國培養的留學生越來越多,這種教育形式逐漸推廣到英國、俄國和美國等國家。從教學組織的角度看,這種“師徒式” 的實驗訓練是與當時教育規模小、理工科學生數量少的狀況相適應的。但是,隨著學生數量的增加,這種個別傳授的方法就遭到了新的挑戰。

三、現代實驗教學制度的形成19世紀中后期,由于工業生產規模的日益擴大,歐美各主要資本主義國家急需大批懂得科學技術的實用人才,擴大高等教育規模的呼聲隨之高漲。

  此時,大學教育結構中增添了一個前所未有的高級層次—— 研究生教育。科研與教學的統一在研究生教育中得到實現,而高等教育大眾化的重任由大學本科來承擔。在這樣的時代背景下,大學實驗教學又發生了一次重大的變化。實驗不再只是用于個別學生的訓練和研究,進入實驗室也不再是學生的自由選修,而是以課程的形式出現在班級教學中,并且成為全體學生獲得學位的必修學分。

  1870年,美國麻省理工學院皮克林(EdwardCharles Pickering)教授首開班級集體實驗教學的創舉,標志著現代實驗教學制度的形成。他編寫了世界教育史上最早出版的物理實驗指導書。此書可分為兩大部分:一部分是為專門訓練實驗方法和技能做準備的基礎性實驗,這些實驗是再現某些物理現象中的定理、定律、工作原理、工作特性或某些物理現象的驗證性實驗,且每個實驗都按著先介紹儀器、后描述實驗原理和操作步驟的順序進行了編排;另一部分是列出了100個供學生探索用的選做實驗,主要是培養學生運用已有知識去發現問題、解決問題的能力。在準備基礎性實驗時,為了讓整班學生既能同時做實驗又能在規定的時間內完成實驗,皮克林不僅在實驗內容和過程上進行了簡化,而且在選擇一些簡單、便宜的儀器上花費不少心思。經過一年多的試驗,皮克林提交了一個階段性報告,指出: “要能使2O個或30個學生做同一個實驗而又沒有重復的儀器,且要避免損壞精密儀器的危險,確有很大困難。我們的計劃是這樣:在兩間大房間(每間近100英尺長)內安置一些桌子,準備好煤氣和水??在每一張桌子上放一個簡單的實驗儀器,這個儀器總是放在這個地方,因此就避免了搬動時打破它的危險。還要對每一個實驗作詳細的記錄。”@由于受當時儀器設備、實驗場所、師資力量及教學管理等諸多條件的制約,皮克林開列的探索性選用實驗難以得到實施。但是,他仍堅持認為學校應該讓學生通過實驗去探索未知, “否則恐怕他就會成為一部純粹的機器,僅僅是傳播知識,而決不能增進知識,舍此,我們就只能是訓練追隨者,而不是科學上的領先人物”@。


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