探究引導型自主式實驗教學論文
一、概述
環境工程學實驗是武漢大學資源與環境科學學院環境工程本科專業的一門理論性和實踐性都很強的實驗課，也是一門綜合性的技術基礎課程，它需要物理、化學、生物等基礎知識，以及實驗裝置的設計和數據分析等方面所涉及到的基礎理論，這些基礎理論知識在理論課上都已經學過，但許多課堂上學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生加深理解所學基礎知識，掌握相關知識的基本原理和適用范圍;具備實驗數據處理和誤差分析能力;得到基本實驗技能的訓練與分析能力的訓練，使本科生初步掌握環境工程中水、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，實驗教學不僅可以培養學生掌握當前所學的科學技術，同時能讓學生在實踐中拓展思路，創造出新的技術，培養學生盡快的成材成長。與此同時，合理的教學方法可以事半功倍，因此完善本科教學方法也是任重而道遠。
二、實驗教學理念
環境工程學實驗是環境工程專業一門非常重要的專業實驗課程。我們的教學理念是指導學生開拓實驗思路，培養學生對實驗方法、實驗步驟、結果分析評判等基礎知識的掌握，更讓學生學會并能夠設計出完整的實驗方案。
由于實驗方案是需要學生自己設計的，指導老師只講解相關實驗的儀器的操作，而實驗具體的操作步驟和流程設計以及數據處理方法都是需要學生自己課下查閱資料和相關書籍，學習相關的.實驗知識，然后根據實驗室所提供的儀器設備和所需達到的目標，來設計出最佳的實驗方案，所以說有可能每個學生設計出來的方案都是不一樣的，在實際實驗操作中再對比標準方案對自己的思路進行評判，讓學生通過實驗對整個實驗過程有自己真實的體會，使學生不僅僅是掌握本課程中開出的這些實驗，更學會通過一些新原理方法設計出理想的實驗方案，創造出更好更有效的處理方法和處理工藝。本門課程更強調學生對實驗的自助設計和思考的能力，實驗環節的改變，使實驗教學由“灌輸式”轉變為“引導自主式”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合，了解它們之間的異同點，也將使學生們更清楚地認識到，理論學習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知識，去解決未知的問題，更多的思考現存的技術方法的優點和不足之處，進而加以改進和補充。
三、具體實施方法
對每個實驗安排三個環節。第一環節，在實驗前階段向學生提供該實驗處理對象、應用的原理、材料和設備等條件清單，用一個學時的時間向他們介紹設備使用的注意事項，并提供一個其它的標準實驗方案為他們作為模板，要求學生自行查閱資料，設計出一個初步的實驗方案。然后再進入實驗第二環節———實驗室實驗，首先，向學生提供標準的實驗方案，并對一些關鍵步驟進行講解，然后開始實驗，并糾正他們在實驗中出現的一些錯誤和解答疑問，收回他們設計的實驗方案，實驗環節結束后，是第三環節，實驗總結--撰寫實驗報告，總結實驗中出現的問題，分析實驗結果等，并讓學生針對該實驗提出一些建議和想法，鼓勵學生提出新的處理方法、工藝，或者對實驗設備進行提出改進建議等。對于學生而言，每次實驗都可分為5 個步驟：
1. 實驗前的預習并查找資料回顧實驗所用的原理(理論課上已經學過)(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教師提供的材料，結合查找的資料，進行實驗方案設計(課余做);
4. 根據所設計的實驗方案進行實驗，得到實驗數據(一次課時間);自主研究的結果，學生自主設計實驗并作實驗;
5. 相互討論或與教師討論實驗“數據”的合理性及其他問題。例如：電路元件伏安特性的測繪實驗，我們設計的引導性思路(板書)是：
①. 探究“交流”配置與“直流”在臺面上的顯示有何不同?學會識別; ②. 探究“交流”配置與“直流”配置的配線有何不同?學會識別并會使用; 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. 設計并作測量線性元件的實驗;⑦. 設計并作測量非線性元件的實驗;⑧.討論實驗數據的合理性。
(二)以學生自主“探究”為主線的授課形式
在上節流程的框架下及教師的引導性思路提示下，學生學會自主發現儀器的缺陷、自主設計矯正儀器缺陷所帶來的數據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，我們設計的引導性思路(板書)是： 1. 根據臺面上提供的“元件“資源，自主建構一個“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，如不匹配請提出校準方案; 4. 在上述電路中設計測量“外電路”伏安特性曲線的兩種實施方案; 5. 設計實驗方案。
(按時完成設計的)學生的“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的電壓讀數或電流讀數是否一致，否則計算出相互對應關系式(“經驗公式”); 4. 改變電阻箱的阻值并測量電阻箱兩端每一阻值對應的電流和電壓，共測量兩組數據，其一為“電流源”電路數據組，其二為“電壓源”電路數據組; 5. 繪制上述兩組數據的伏安曲線，比較之，如曲線基本一樣，則等效，反之亦然。
四、結束語
建立在傳統教學模式之上的教學改革才最具“生命力”，也就是說發揮其高效率、高產出的一面迅速建立起必備的基礎知識才有可能為更好的引導、討論及探究作必要的準備，同時還應結合學生已有的基礎知識和技能水平，只有這樣方能在教學中做到引導與呼應“匹配”、充分調動學生積極性及完成因材施教之目的。因此，我們提出：以傳統的教學模式為依托，以各種“新”(問題、引導及探究等)方式為導向，以各種激發學生“創新”想法的討論或操作(或實踐)為平臺的教學模式，并以此為基礎，設計了適合我們實際的電路實驗教改模式，以引導思路為先導自主“探究”為主線的授課形式。
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