（教育技术学专业论文）高校开放式实验室管理系统的设计与实现.pdf

摘要 当今由于信息化的不断推进，计算机进入日常生活和工作的各个方面已成为不 可阻挡的趋势。在实验室里，引入计算机进行规范化管理必然会极大地提高工作效 率。 现有的实验室管理系统大部分只是对实验室、实验设备、人员等方面的信息管 理，而对实验教学的管理很少涉及。并且随着对素质教育的越来越重视，学生自主 学习的需求不断增加，打破传统的实验室管理方式走开放式管理之路势在必行，这 必然对实验室管理系统在新的条件下提出了更高的要求。实验室实行开放式管理， 不仅在时间上和空间上能提供开放条件外，还提供一定数量的任选实验项目，并且 为学生自带课题提供技术指导，鼓励学生大胆创新，同时也更加有效地对实验室和 仪器设备进行了管理，提高了它们的使用效率。 本文在进行了大量文献阅读和对当前各种类型的实验室管理系统的深入研究 后，以改革传统实验室管理模式、引导学生主动学习、激发学生的创新意识、提高 实验室与实验设备的使用效率为出发点，提出了“开放式实验室管理平台的整体 框架和设计方案，它是一个以实验教学管理系统为先导的网络化实验室综合管理平 台，它打破传统的实验教学模式和管理模式，把实验教学管理融入到实验室管理之 中，更有效地培养学生的自主学习能力和实际操作能力，有助于实验室开放式的管 理和实验教学水平的提高。 与国内外现有的实验室管理系统相比，它的核心任务是辅助教师完成从辅导学 生预习到为每次实验打分的全过程，既包含实验前合理安排实验预习、测评、预约， 又有实验任务管理、设备配套信息管理、学生档案管理和成绩评定等功能模块。它 将人、设备、实验任务等高度集成结合起来，并且涵盖了实验室管理工作的各项内 容，包括了信息发布、设备资源、人员、以及任务规划等方面的信息与业务过程， 其整体集成性能较现有的实验室管理系统有了很大的提升，极大地提高了实验室的 管理效率与效益。 关键词：实验室管理建构主义开放式教学a s p n e t 2 o三层架构 a b s t r a c t w i t l lc o n t i n u o u sd e v e l o p m 锄t0 fl ta p p l i c a t i o n ，i ti sa ni r r 馅i s t j b l e 仃e n df o r 。0 m p u t e rt o e n t c r0 l l rd a i l yl 订ea n dw o r k i i l 昀d u c t i o n0 fc o m p u t e ri nl a b o m t o r yf o rs t a n d 孤d i z e d m a n a g e m e n tw mn e c e s s a r i l ye n h a n c ew o 埘n ge f i c i e n c y m o s to fc l l n e n tl a b o r a t o 巧m 锄a g e m e n ts y s t 锄i sak i n d0 fi l l | ! b 肌a t i 伽m 卸a g e m 朗tf o r l a b o r a t o 够l a b o m t o 叮蠡比i l i t y 锄dp e 砖。皿e l ，f 晰o fw h i c ha r cc o n c c m e di nm 觚a g e m 锄t o fl 灿r a t o r ) rt e a 蛐吕a sm o r e 姐dm o r e 锄p h 弱i si sp u to nq u a h t ye d u c a t i o n s t u d e n t d c m a n df o ri n d 印e n d e n tl e 憾gi n c 坨勰e sc o n t i n u o u s l y i ti sa 仃i o n do fb r c a l 【i n g 妞a m t i o n a lm e 趾so fla _ b 0 均幻f ym a n a g e m e n ti n t 0a no p 阻m a n a i 驴m 锄tp a t h ，w h i c h 、) l ，i h r a j s el l i g h e r 陀q u i 北m 锄t sf o rl a b o r a t o r ) rm 柚a g c m e n ts y s t e mu n d c rn e wc i 姗m s t a n c e s a d o p t i o no f 叩e nm 锄a g e m e n ti l ll a b o r a t o 巧n o to n l yc r e a t e sa no p e ne n v i r o 衄e n ti n t 锄so ft i m e 锄ds p a c c ，b u ta l o 彘墙s o m eo p t i o n a ll 吞b o r a t o r ) rp m 铲a m s ，弱w e u 舔 p 阿v i d e st e 删c a lg i i i d 觚c cf o rt h c i rs p c c i 丘cr c s e 缸c ht o p i c t l l i sw i l le n c o u m g cs t u d e n t s t 0i i l n o v a t e ，m 觚a g ci a b o r a t o r ya n de q u i p m 衄ti nam o 他e 置晒c t i v cw a y 笛w e u 勰 i n c r e 勰et h e i ru t i l i z a t i 佃e 由丘c i e n c y b 弱c d 叩l a r g ea m o u n to fl i t e f 咖r cr v i c w sa n di n - d e p t hr c s c a r c ho nc u r r e n tl a t 0 豫t o 巧 m 柚a g e m e n ts y s t c m o fv 撕0 璐k i i l d s ，t h i st l i e s i sc o n s i d e 璐 r c f 0 咖i n g 仃蜀l d i t i 伽a l l a t o f a t o r ym 锄g e m e n tm o d e l ，g u i d i n gs t l l d e n t st 0l e 锄p r o a c t i v e l y ，i n s p 妇gt h e i rs e n s e 0 fi 如o v a t i o n 柚di n c r e 弱i n gu l i l j z a t i o ne 俄c i 如c yo fl a b o r a t o 巧锄de q u j p m e n t 舔 s t a n i i 坦p o i n t ，柚dd e v e l 叩s0 v e 讪e w r o r k 柚dd e s i 萨i n gp l 锄o f “o p c ni a b o m t o 巧 m 卸a g e m e n tp l a 怕m 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h r l e v e la 蒯t e c t m 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗竖整盘堂或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：邀选日期：堡量： ：三2 学位论文版权使用授权书 本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：勇业导师签名： 1 1 课题提出的背景 第一章绪论 我国高校传统的实验室建设及管理体制基本上是模仿5 0 年代苏联的模式【1 1 ，按 某一门课程来设置实验室，实验教学由教研室自行安排，实验室实行以教研室管理 为主的封闭式管理体制。这种传统的设置与当时的教学管理体制和教学科研发展水 平相适应【2 1 ，但随着高校教育体制改革的深入，科研水平的提高，学科之间的相互渗 透发展，实验室在高等院校进行全面的素质教育、培养高质量的人才中发挥着越来 越重要的作用，而传统的实验室建设和管理模式的弊端却逐渐显露出来，概括起来 讲主要有： l 实验室小而全，多而散，功能单一，无法形成综合优势。 2 实验室相互独立，管理分散，资源浪费严重。 3 实验教学依附于理论教学，不利于完成实验教学任务和培养创新人才。 以上这些方面已经很难适应高校改革和发展的要求，甚至阻碍了高校实验室的建设 和发展。 当前高校在不断推进素质教育的过程中，实验教学处于突出的地位，改革实验 教学内容、方法和手段，建立适合素质教育的实验教学与管理模块，是进行实验室建 设、提高高校人才培养水平的指导方针之一【羽。而且在实行了完全的学分制管理以 后，实验教学工作将改变过去那种实验教学固定时间、固定内容、按班级同时进行 教学的方式，学生也可以根据自己所学的课程、兴趣来安排自己的实验，按照自己 学习程度选择不同层次的实验，变被动学习为主动学习，让学生有了更多的自主权。 在这种情况下传统的实验室教学管理方式，已经不适应这种灵活性更高的管理要 求，实验室必须走开放之路。 实施开放式实验教学，要解决的关键是实验室的系统管理问题，如实验的预约 和查询，成绩的登记与评定，实验室和器材的利用等。要做好这些工作，单靠手工操 作肯定不行，必须有一套完整的教学管理系统予以支持。随着计算机和网络技术的 迅速发展与普及，开发一套能满足现代化教学要求的实验室管理系统迫在眉睫。 1 1 2 当前国内外实验室管理系统的研究概况 1 2 1 实验室管理系统的基本概念 实验室管理系统原本是指在企业中通过计算机对实验室的各种信息进行管理 的计算机软、硬件系统。它将实验室的分析仪器通过计算机网络连接起来，采用科 学的管理思想和先进的数据库技术，实现以实验室为核心的整体环境的全方位管 理。它集样品管理、资源管理、事务管理、网络管理以及数据的采集、传输、处理、 输出、发布等诸多模块为一体，组成一套完整的实验室综合管理和产品质量监控体 系，既能满足外部的日常管理要求，又能保证实验室分析数据的严格管理和控制。 在高校中的实验室管理系统主要包括实验项目管理、仪器设备管理、实验室人 员管理等几个主要方面，完善的实验室管理系统是指通过计算机将各实验室连接起 来，通过建立以实验室为中心的分布式管理系统，根据科学的实验室管理理论和计 算机数据库技术，建立起一套完整的体系，从而实现实验数据网络化共享、无纸化 记录与办公、资源与成本管理以及人员的量化考核等，为实验室管理水平的整体提 高提供先进的技术支持【4 l 。 1 2 2 引入实验室管理系统的原因 随着科研和生产技术的不断发展，人们对分析测试的要求无论在样品数量、分 析周期、分析项目和数据准确性等方面都提出了更高的标准，而原来的人工管理模 式在这种形式下已显得不太适应。为此，国际上相关实验室均已开始朝网络化管理 的方向发展。实验室管理系统就是在这一背景下产生的集现代化管理思想与计算机 技术为一体的用于各行业实验室管理和控制的一项崭新的应用技术。同时随着实验 室认证的逐步推广，对实验室的整体运行水平、管理水平，特别是管理工具提出了 相当的要求。在当今这样一个信息时代，如果一个实验室的管理停留在手工管理， 纸袋储存数据的层次上，这是不可想象的，也必将面临被淘汰的危险。因此，除了 加强实验室自身专业水准的提高，提升实验室的管理水平已是唯一的选择。这里， 实验室管理系统的引入无疑会把实验室的管理水平提升到一个新的层次。 2 1 2 3 国内外实验室管理系统概况 实验室管理系统自2 0 世纪七十年代末以来，到如今经历了2 0 多年的发展，尤 其是近七、八年来p c 的普及和i t 技术的爆炸性发展，对实验室管理系统的技术起 到了巨大的推动作用1 5 1 。 当前在许多发达的国家，他们利用现代的管理学、最新的数据库技术和计算机 网络技术来全面组织、配置、管理实验室内各种资源，使它们得到最有效的利用，使 整个实验室的工作实现智能化、自动化、办公的无纸化，从而取得最佳的经济效益。 我国高校传统的实验管理主要是以人工方式进行的，存在着工作繁重，查询、调 研、统计不方便等弊端，这种人工管理往往耗费了很多的人力、物力，却达不到令 人满意的效果。9 0 年代以后，我国也陆续开发了一些具有自主知识版权的实验室管 理信息系统，但与一些先进国家相比滞后约l o 1 5 年，可以说我国高校的实验室管 理信息系统的研究与开发还处于萌芽阶段。在我国的大部分高校中，实验室的管理 往往只偏重于设备管理，而对在各个实验室进行的实验教学、实验人员、实验过程 的动态集中式管理基本上是一个空白，而这应该是实验室管理所要完成的主要工 作。因此，如何利用计算机及网络技术使实验室管理工作更加规范、科学，已经成为 一个亟待解决的问题。然而实验室管理系统并不是一个通用的办公软件，它的规模、 类型与质量管理目标是千差万别的，开发者要对每个用户的需求作充分分析后，才 能着手总体设计。而且大规模、多层次结构的实验室管理系统，要在经验丰富的实 验室管理人员的协助下，集多位计算机专业人员共同开发设计才能成功。看来，实验 室管理系统的普及，还不是一件容易的事，还需要共同努力【6 l 。 纵观国内外实验室管理系统的发展现状，虽然现有的实验室管理系统种类繁 多，但真正功能比较完备而且实用、适合于高校教学型实验室的管理系统却非常少 见。所以，高校实验室管理系统仍有很多内容有待于进一步地研究与开发。 1 3 本文研究的目标与意义 1 3 1 本文研究的目标 结合国内外相关领域的研究状况和存在问题的分析，本文拟通过探讨新的条件 下高校实验室建设与管理的发展方向等问题，运用建构主义学习理论与开放式教学 理论，设计并实现一个以科学安排实验教学为先导的网络化实验室管理系统，本系 统集实验预习、实验预约，实验数据、实验成绩评判为一体，并包含着实验设备、 实验人员等各种信息的管理。因此，本课题的研究目标是： 1 探讨在网络环境下“建构主义学习模式和“开放式教学一的相关理论并把 它们作为开放式实验室管理系统的理论指导。 2 探讨在新的条件和环境下高校实验室的建设和管理模式的发展方向并把它 作为实验室管理系统的整体框架。 3 运用多种计算机技术把学生预习、预约试验和对实验室的综合管理有机结 合起来，开发出一套适应多种需求并体现先进管理理念的实验室管理系统。 4 运用这套系统在实际中管理实验室，并在管理过程中发现问题，并加以解 决。 1 3 2 本文研究的意义 本课题的提出与完成，可以将学生实验预习、预约和对实验室的日常综合管 理有机的结合起来，从而增强学生的学习主动性，- 激发学生的学习兴趣，规范实验 室的日常管理，减轻管理人员的劳动强度并提高工作效率，促进实验室对外交流与 信息共享，使实验室更好地满足素质教育的需要，为将来全面应用新理念下的实验 室管理系统打下良好的基础。课题对如何在管理基础较差、设备繁多、教学实验任 务繁重的高等院校开发实验室管理系统进行了探索，加之课题所具有的学科前沿性 和综合性( 涉及管理学、系统工程、计算机技术、网络技术和数据库技术等多个学 科领域) ，本课题有着较为重要的理论价值与应用价值【刀。 1 4 论文的结构内容及创新点 1 4 1 论文的结构内容 本论文由7 章组成，结构内容如下： 第一章论述了课题提出的背景；分析了国内外相关领域的研究现状和存在的问 题；确定了课题的研究目标和意义。 第二章探讨了建构主义学习理论和开放式教学理论以及高校实验室建设与管 理的现状与发展要求，确定了本研究的理论基础。 第三章构建系统的总体设计方案，划分各子系统功能模型，在综合考虑各种制 约因素的前提下，利用有效的技术手段和方法进行各种具体环节设计，包括系统体 系结构设计、功能模块设计、界面风格设计、数据库设计等。 第四章说明了实现本系统所需要的相关应用技术，构成了完成本系统的技术支 持。 第五章依照前面的设计，从技术角度具体阐述系统主要功能的实现。 第六章介绍系统的运行情况及效果，本系统自2 0 0 7 年3 月至今，在天津师范 大学物理与电子信息学院试运行，并取得了一定的预期效果。 第七章总结所做的研究工作并提出不足，对今后的研究工作做出展望与设想。 1 4 2 论文的创新点 本研究的主要创新点有： 本系统首创实验预习测评功能，学生在网上预习并进行测试，有效地保证 了学生实验预习的效果，很好的防止了个别学生不预习就进行试验，确保达到试验 的预期效果。 本系统创建了自设计试验板块，能够帮助教师引导学生主动学习并激发学 生学习的创造性，很好的体现了建构主义学习理论。 系统把实验设备的管理与实验教学管理有机结合起来，使实验设备的管理 不再孤立。 本系统的设备器材管理模块，实现了与学校设备处数据库的完全统一。 本系统运用微软的三层企业架构，具有良好的可移植性和扩展性，可以与 其他系统进行无缝连接。 第二章课题的理论研究及启示 尽管对于建构主义理论的成就与不足现在人们还有争议，但是，其理论所强调 的人的主观能动作用的思想与本课题的设计理念相符，对本课题的研究具有多方面 的启示意义。 2 1 建构主义理论 2 1 1 建构主义的由来与发展 建构主义( n 鲫u c t m s m ) 也译作结构主义，其最早提出者可追溯至瑞士的皮 亚杰( j p i a g e t ) 。他是认知发展领域最有影响的位心理学家，他所创立的关于儿 童认知发展的学派被人们称为日内瓦学派。皮亚杰的理论充满唯物辩证法，他坚持 从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。他认为，儿童是在与周围环 境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到 发展。儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程：“同化 与“顺应。同化是指把 外部环境中的有关信息吸收进来并结合到儿童已有的认知结构( 也称“图式 ) 中， 即个体把外界刺激所提供的信息整合到自己原有认知结构内的过程；顺应是指外部 环境发生变化，而原有认知结构无法同化新环境提供的信息时所引起的儿童认知结 构发生重组与改造的过程，即个体的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过 程。可见，同化是认知结构数量的扩充( 图式扩充) ，而顺应则是认知结构性质的 改变( 图式改变) 。认知个体( 儿童) 就是通过同化与顺应这两种形式来达到与周 围环境的平衡：当儿童能用现有图式去同化新信息时，他是处于一种平衡的认知状 态；而当现有图式不能同化新信息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式( 即顺 应) 的过程就是寻找新的平衡的过程。儿童的认知结构就是通过同化与顺应过程逐 步建构起来，并在这一过程的循环中得到不断的丰富、提高和发展。这就是皮亚杰 关于建构主义的基本观点。在皮亚杰的上述理论的基础上，科尔伯格在认知结构的 性质与认知结构的发展条件等方面作了进一步的研究；斯滕伯格和卡茨等人则强调 了个体的主动性在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何发挥个体 的主动性作了认真的探索；维果斯基创立的“文化历史发展理论 则强调认知过程 6 中学习者所处社会文化历史背景的作用，在此基础上以维果斯基为首的维列鲁学派 深入地研究了“活动和“社会交往在人的高级心理机能发展中的重要作用。所 有这些研究都使建构主义理论得到进一步的丰富和完善，为实际应用于教学过程创 造了条件【8 】。 2 1 2 建构主义学习理论 在建构主义思想指导下形成了一套新的比较有效的认知学习理论，并在此基 础上实现较理想的建构主义学习环境。下面我们就从“学习的含义力( 即关于“什 么是学习) 与“学习的方法糟( 即关于“如何进行学习 ) 这两个方面简要说明建 构主义学习理论的基本内容。 ，学习的含义 建构主义认为，知识主要是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其 他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮助即通过人际间的协作活动，利用必要的学习资 料，通过意义建构的方式而获得。因此建构主义学习理论认为“情境、“协作 、“会 话 和“意义建构 是学习环境中的四大要素或四大属性。“情境 ：学习环境中的 情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。这就对教学设计提出了新的要求，也 就是说，在建构主义学习环境下，教学设计要特别考虑有利于学生建构意义的情境 的创设问题，并把情境创设看作是教学设计的最重要内容之一。“协作 ：协作发生 在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果 的评价直至意义的最终建构均有重要作用。“会话”：会话是协作过程中的不可缺少 环节。学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务的计划：此外， 协作学习过程也是会话过程，在此过程中，每个学习者的思维成果( 智慧) 为整个 学习群体所共享，因此会话是达到意义建构的重要手段之一。“意义建构”：这是整 个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指：事物的性质、规律以及事物之间的 内在联系。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映 的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这 种理解在大脑中的长期存储形式就是“图式”，也就是关于当前所学内容的认知结 构。由以上所述的“学习 的含义可知，学习的质量是学习者建构意义能力的体现， 而不是学习者重现教师思维过程能力的体现。换句话说，获得知识的多少取决于学 7 习者根据自身经验去建构有关知识的意义的能力，而不取决于学习者记忆和背诵教 师讲授内容的能力【9 1 。 学习的方法 建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学 习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进 者，而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者， 而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。学生要成为意义的主动建构者，就 要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用： ( 1 ) 要用探索法、发现法去建构知识的意义； ( 2 ) 在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对所学习 的问题要提出各种假设并努力加以验证； ( 3 ) 要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系，并对这 种联系加以认真的思考。“联系与“思考是意义建构的关键f l o l 。 2 - 1 3 建构主义教学理论 建构主义教学理论 在研究儿童认知发展基础上产生的建构主义，不仅形成了全新的学习理论， 也形成了全新的教学理论。前苏联著名心理学家维果斯基m 9 0 t s g y ) 提出了“最邻 近发展区一的理论，这种理论认为，学生在教师的指导下，借助教师的帮助，所能 达到的解决问题的水平与在独立活动中所达到的解决问题之间的差异称之为“最邻 近发展区。他认为教学决定着学生的智力发展，如果教师在教学过程中只是利用 学生现有的知识水平，那么，教学就不可能成为学生发展的源泉，学生的发展就会 受到限制和阻碍，影响其积极性和创造性；教学应当走在学生发展的前面，不停地 把学生的智力从一个水平引导到另一个水平。这种教学理论要求教师要由知识的传 授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师应当在 教学过程中采用全新的教学模式( 彻底摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生当 作知识灌输对象的传统教学模式) 、全新的教学方法和全新的教学设计思想，从而形 8 成新一代教学理论一建构主义教学理论。建构主义理论的内容很丰富，但其核心只 用一句话就可以概括：以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对 所学知识意义的主动建构( 而不是像传统教学那样，只是把知识从教师头脑中传送到 学生的笔记本上) 。以学生为中心，强调的是“学 ；以教师为中心，强调的是“教。 这正是两种教育思想、教学观念最根本的分歧点，由此而发展出两种对立的学习理 论、教学理论和教学设计理论。由于建构主义教学理论所要求的学习环境得到了当 代最新信息技术成果的强有力支持，这就使建构主义教学理论日益与广大教师的教 学实践普遍地结合起来，从而成为国内外学校深化教学改革的指导思想1 1 1 l 。 建构主义的教学模式与教学方法 教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下的、在某种环境 中展开的教学活动进程的稳定结构形式。那么，建构主义的教学模式又是怎样的 呢? 如上所述，建构主义学习理论提倡的学习方法是教师指导下的、以学生为中心 的学习；建构主义学习环境包含情境、协作、会话和意义建构等四大要素。这样， 我们就可以将与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的教学模式概括 为：“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进 者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性 和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在 这种模式中，学生是知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组织者、指导者、 意义建构的帮助者、促进者；教材所提供的知识不再是教师传授的内容，而是学生 主动建构意义的对象；媒体也不再是帮助教师传授知识的手段、方法，而是用来创 设情境、进行协作学习和会话交流，即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。 显然，在这种场合，教师、学生、教材和媒体等四要素与传统教学相比，各自有完 全不同的作用，彼此之间有完全不同的关系。但是这些作用与关系也是非常清楚、 非常明确的，因而成为教学活动进程的另外一种稳定结构形式，即建构主义学习环 境下的教学模式。 在建构主义的教学模式下，目前已开发出的、比较成熟的教学方法主要有以下 三种： ( 1 ) 支架式教学( s c 绷f 0 i d i n gl n s t r u c t i o n ) ，支架式教学是从建构主义者前苏联 著名心理学家维果斯基的“最邻近发展区”理论出发，借用建筑行业中使用的“脚 9 手架”的功能。该框架是按学生智力的“最邻近发展区 来建立，因而可以通过这 种“脚手架 的支撑作用( 支架作用) 不停顿地把学生的智力从一个水平提升到另 一个新的更高水平。它的主要内容是，在学生学习发展过程中“找准基础 、“搭好 支架 ( 设计合适的学习情境) 。后者比前者更重要。这就要为学习者建构对知识的 理解提供一种概念支架( a d n c e p t u a 忏聊t 1 e w o r k ) 。这种支架中的概念是为发展学习者 对问题的进一步理解所需要的，为此，事先要把复杂的学习任务加以分解，以便于 把学习者的理解逐步引向深入。 ( 2 ) 抛锚式教学( a n c h o f e dh s m i c t i o n ) ，这种教学要求建立在有感染力的真实 事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚，因 为一旦这类事件或问题被确定了，整个教学内容和教学进程也就被确定了( 就像轮船 被锚固定一样) 。由于抛锚式教学要以真实事例或问题为基础( 作为“锚 ) ，让学习 者到现实世界的真实环境中去感受、去体验( 即通过获取直接经验来学习) ，而不是 仅仅聆听别人( 例如教师) 关于这种经验的介绍和讲解。所以有时也被称为“实例式 教学 或“基于问题的教学 。 ( 3 ) 随机进入式教学( r a n d 伽a c c e s si n s t r u c t i o n ) ，学习者可以随意通过不 同途径、不同方式进入同样教学内容的学习，从而获得对同一事物或同一问题的多 方面认识和理解。多次进入的结果，绝不仅仅是对同一知识内容的简单重复和巩固， 而是使学习者获得对事物全貌的理解与认识上的飞跃。 以上三种教学方法，都体现了建构主义教学理论以学生为中心，激发学生自主 学习精神的特点。 建构主义的教学设计思想 建构主义学习理论强调以学生为中心，认为学生是认知的主体，是知识意义的 主动建构者；教师只对学生的意义建构起帮助和促进作用，并不要求教师直接向学 生传授和灌输知识。在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、作用和传统教学 相比已发生很大的变化。近年来，教育技术领域的专家们进行了大量的研究与探索， 力图建立一套能与建构主义学习理论以及建构主义学习环境相适应的全新的教学 设计理论与方法体系。尽管这种理论体系的建立是一项艰巨的任务，并非短期内能 够完成。但是其基本思想及主要原则已日渐明朗，并己开始实际应用于指导基于多 媒体和i n t e m e t 的建构主义学习环境的教学设计。建构主义使用的教学设计思想如 下： ( 1 ) 强调以学生为中心 ( 2 ) 强调“情境”对意义建构的重要作用 ( 3 ) 强调“协作学习讨意义建构的关键作用 ( 4 ) 强调对学习环境( 而非教学环境) 的设计 ( 5 ) 强调利用各种信息资源来支持“学 ( 而非支持“教1 ( 6 ) 强调学习过程的最终目的是完成意义建构( 而非完成教学目标) 总之，建构主义教学理论、学习理论有其不可否认的优越性的一面，但是它毕 竟是一种新的理论，也有其不足，即过于强调学生的主体作用，忽视学生学习的特 殊性。学生的学习主要是掌握间接经验的过程，由此它与人类认识客观世界的过程 有所不同。人类认识是从实践活动开始的，而学生的学习过程则未必如此。学生既 可以从实践，从学习具体经验开始，也可以从学习间接经验、现有的经验、理论、 结论开始，同时补充以感性经验。而且，从教育的功能上看，间接经验的学习形式 仍是主要的，学生的学习不可能事事从直接经验开始。这就要求我们也不能忽视教 师在教学过程中的重要作用，而教师则要注意把学校学习与实际生活以及学生的原 有经验紧密相联，形成教师与学生的良性互动。人们对建构主义教育理论的认识是 在实践中不断完善的，我们应该科学的而不是片面的对待这一理论。 2 1 4 建构主义理论研究对本课题的启示 通过研究建构主义理论，我们认识到教师如何打破传统的教学模式，在教学中 更多地发挥学生的主观能动性，让学生更多地动手实践，处理好教与学的关系，处 理好书本与实践的关系，是当前高等教育发展遇到的重要课题，高等教育要从传 统的知识传授变革到培养创新人才，实验室是学生可以亲自实践亲自动手的重要场 所，因此高等学校的管理层应充分认识到实验室在培养高校创新人才过程中所处 的不可替代的作用，实验室作为培养高层次人才的重要场所，我们必须意识到传统 的、单一的管理模式已经不能适应当代实验室管理发展的需求，我们一定要从传统 的管理方式中解放出来，不断引入新的管理概念及模式；以适应科学技术的迅猛 发展和培养新型人才的需要，一定要把握住高校实验室管理改革的这一新方向。 土1 2 1 2 关于高校实验室管理发展方向的研究 目前，关于高校实验室管理发展方向的探讨主要集中于实验室管理的核心是什 么? 如何打破过去封闭式管理模式实行开放式管理? 以及如何实行管理的网络化 等问题。以下试作阐述并说明其对本课题的启示。 2 2 1 实验教学管理是实验室管理的核心 相对于实验室的仪器设备等器材管理来说，实验室教学管理是实验室管理的核 心。实验室的基本任务就是根据教学计划和教学大纲的规定，承担教学实验任务， 向学生传授知识和技能，不断提高实验教学质量，注意培养学生进行科学实验的能 力，帮助学生掌握科学实验的方法，训练严格的科学态度和作风，以提高学生分析 问题和解决问题的能力。实验室管理应该紧紧围绕实验室的这个教学实验的基本任 务，把实验教学管理作为实验室管理的核心。实验室管理的工作非常丰富，急待解 决的问题也非常之多，总起来说，实验室管理应该包括实验教学管理与实验室工作 管理两个部分。实验教学管理包括能力培养的目标、实验课的确定、实验课教学大 纲和教材、实验教学内容和方法的改革( 比如实验课的独立设置、实验室向学生开 放) 等等。而实验室的工作管理主要是组织制定实验室建设规划和年度计划，制定 有关的管理规章制度，以及协调有关部门解决实验室经费投资、实验用房及仪器设 备的供应、调度等等工作。也就是通过人、财、物的管理，保证教学科研实验的顺 利进行，以发挥人、财、物的最大的经济效益和社会效益。实验室管理的这两个方 面是有内在联系的，是互相制约、相辅相成的。实验教学管理规定制约了实验室工 作管理，而实验室工作管理又是实现实验教学管理的保障。 如果我们脱离实验教学，单纯去管仪器设备和器材是不容易管理好的，只有把 仪器设备和器材与实验教学结合起来，才能真正把实验室建设成为教学、科研基地， 才能提高教育质量。为了达到这个目的，实验室管理部门就必须去了解实验教学质 量的状况，与教师、实验技术人员一起研究探讨提高实验教学质量的措施，并通过 管理实验教学，来提高实验室管理人员的管理水平和技术水平。这就要求我们须经 常地深入到实验室，到实验教学现场中去调查了解情况，了解实验开设情况，诸如 开设实验的课程，实验项目( 可开及已开的实验项目) ，每个实验的时数、分几批、 每批的组数、人数、进度安排，各实验项目的要求条件，实验技术人员的工作量， 实验室的利用情况及对学生开放的情况，实验教学效果，各种设备材料的使用、消 耗、库存、完好、报损、报废等情况。假若实验室管理部门不管实验教学，不去了 解这些基本情况，则不可能提出切合实际的决策方案，也许无法抓住实质性的东西。 比如：经费的分配、效益的检查就无从着手，也就是说没有基本情况作依据，提高设 备利用率就是一句空话，各种计划就会有极大的盲目性。无法知道实验室对我们实 验室管理人员的需求，也就谈不上全面改进我们的管理工作，更好地为教学科研服 务【1 2 l 。 2 2 2 实验室要实现开放式教学与开放式管理 开放式教学 所谓开放式专业教学模式，是相对于目前的封闭式的“教书 模式而言的。它 是以学生为主体，以“教学和“教育 为出发点和归属点的、有指导的探索研究 式自主学习的模式。在这种模式下，学校及教师工作的重点不再是“教书 ，即将 计划内容向学生讲授一遍，而是为学生自主探索研究创造条件1 1 3 1 。 实施开放式教学是培养学生创新能力的首选模式，是2 l 世纪教育教学的新趋 势。开放式教学是通过改革传统教学过程中束缚学生发展的因素，激励学生积极主 动探索学习规律，培养学生自主分析问题能力、解决问题能力和创新思维能力的新 型教学方法。实验教学就应该适应形势发展的需要，大力改革，推陈出新，对实验 室实行开放式教学。 实验室开放教学与传统实验教学有着根本的区别。在传统实验教学中，实验教 师是传授知识和技能的主体，而学生则被动地接受知识和技能。这种教学多采用灌 输式，其实验课题的选择，仪器设备的准备等都由实验教师进行。实验前，实验教 师一般要进行详细讲解，甚至操作示范；同时实验教材又把实验原理、步骤，甚至 某些实验现象都写得一清二楚。实验时学生只需按规定的步骤机械地操作即可，具 有一定的模仿性。实验内容还具有理论验证性和单一性的特征，使学生失去了想象 空间和思维的空间，也限制了学生的学习积极性和主动性。实验室开放教学则把学 生推到实验的主体地位。在实验过程中，由学生自己选定实验课题，选择仪器设备， 1 3 制定实验步骤，处理和分析实验结果、实验数据。实验教师只在提供实验资料、解 答实验问题等方面为学生提供服务。实验室开放教学具有较强的综合性和实践性， 给学生提供了较大的创新思维的空间，培养了学生的创新精神与实践能力。总之， 作为实验教学主体的学生，可以充分运用自己所掌握的知识和技能，淋漓尽致地发 挥自己的聪明才智。 实行实验室开放教学是学校日常实验教学的一种补充和提高。实验室开放后， 学生可利用课余时间，结合课堂上所学理论，边学习边实践，不仅有助于加深理解 课堂上所学知识，而且可以通过处理实验过程中所遇到的问题，掌握各种实验手段， 熟悉各种实验仪器设备的原理、构造及常见故障的排除，把各门课程的学习融会贯 通起来。知识学活了，学生学习的积极性和主动性也就调动起来了。 开放式管理 那么在实行开放式教学的同时，也要对实验室进行开放式管理。 现在的实验室大多是根据某一课程安排集中指导完成实验，实验室除对学生开 实验课外，大多数时间设备是闲置的，门是关着的，不对学生开放。这种实验室的使 用和管理方式，已不能适应教学改革及提高学生实验技能的要求。因为教学计划中的 实验课时是非常有限的，要在这有限的时间内，让学生掌握熟练的实验技能，又培养 学生的独立工作能力和创造能力是非常困难的。实验室采用开放式管理，就能给学生 提供一个宽松的实验环境，给学生一个预习、动手、再练习和选做其它实验的机会， 使学生有更多的时间认识了解和掌握各种先进仪器设备的可能。只有这样做，才能既 完成对社会所需高质量人才的培养，又能充分发挥实验室的使用效力，提高自身素质 【1 4 1 。为此，我们在进行开放式管理时要注意处理好以下3 个方面的问题。 l 、提供开放的时间空间 以往的实验室管理只提供教学计划内的实验学时数。而实验室在完成规定的学 时后，往往把门一锁，学生在完成一天的学习后，空余时间也没有地点去补充自己。在 这种模式下，拟制了学生的实际动手能力和开创性思维的提高，不利于人才的培养。 同时，实验室的设备大部分时间处于闲置状态，利用率低下，不能充分发挥其效益。为 了解决上述问题，实验室应利用一切时间对学员开放，给学员提供开放的时间空间，使 学员能够充分发挥自己的特点，调动内在动力，及时补充自己。在解决了学员问题的 同时，也使实验设备发挥了效益，利用率提高了。 2 、提供开放的实验内容 我们现有的学生实验是以验证已学过的理论知识为主，大多数实验由实验教师 准备好，学生在实验人员指