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教学改革(3)——培养实验思维,让学生通过实验进行学习

2014年05月09日08:31  来源:计算中心  访问量:2161

  通常,上机实验的目的包括:
  (1)使用、熟悉相关软件与硬件,训练自己的操作技能与技巧——熟能生巧。
  (2)验证已知的结论,强化对相关知识的认知和体验,增强理解。
  (3)设计实验以验证自己的猜测、分析、理解是否正确。
  (4)检测自己的设计是否符合要求,例如:程序运行结果是否正确,人机交互界面是否美观、友好。

  实验教学的主要任务是培养和造就实验思维:以观察和总结自然规律为特征,让学生通过动手实验进行学习、思考和创造,通过实验发现、推导和总结出知识,例如牛顿看到苹果从树下掉下便悟出了万有引力定律。因此,上机实验过程中,学生应对不明原因的实验结果好奇且仔细观察,然后分析推导出其原因、原理进行解释(为这样的结果找理由),最后做实验证实或推翻自己的想法,这样一方面提高学习的兴趣,另一方面从中获得知识并培养自己的分析、归纳与学习能力——分析问题能力来自于长期勤于观察、找“理由”的思维训练。

  实验思维要符合三点原则:第一是可以解释以往的实验现象;第二是逻辑上自洽,即不能自相矛盾;第三是能够预见新的现象并能被观测到,即思维结论必须经得起实验的验证。这三条是比较苛刻的,比如爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论发表以后,尽管理论上是十分完美的,而且也能够解释当时物理学中一些困惑的问题,但是由于其预言的现象未能观测到,因此在很长一段时间,没有成为一个真正公认的物理学理论。另一方面,量子理论尽管在逻辑上还有一些不够严密的地方(但没有矛盾),但是它的结论经得起实验的检验,并且预言的一些重要现象得到了证实,因此被看作是一种普遍公认的物理学理论。

      有效的学习 = 学习 + 思考 + 动手

  1.在实验教学中,大力鼓励、提倡并引导学生,多怀疑某些事,有意设计大量的看似奇异的实验结果让学生观察、好奇,然后分析推导出一番原理,最后做实验证实或推翻自己的想法,一方面提高学习的兴趣,另一方面从中获得知识并培养学生的分析、归纳与学习能力。

  2.根据各个专业的特点,在教学过程中安排了丰富的设计性和综合性的有趣实验项目,如QQ农场游戏、超级记事本、学生信息管理系统等,极大地激发了学生的学习兴趣,学生也自愿主动学习并能全身心投入。在此基础上,按照全盘复制/完全参照、模仿修改/完善拓展、自主设计三个阶段进行教学的思路,精心设计了符合三个阶段的实验项目,进行上机实验教学。实验中让学生由浅入深、循序渐进进行假设、领悟、验证、修正假设并达到实验目标,同时提高学习与分析能力。

  在这种实验教学模式下,由教师引导学生自主学习和探索,教师不再主要是知识的传授者,而成为教学的组织者、引导者、咨询者和评价者;学生也不再是知识的被动接受者,而成为知识的主动建构者。


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