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【关键词】 碳纤维 复合材料低温力学性能
1 碳纤维复合材料超低温环境力学性能研究背景
如何降低空间飞行器在发射时的成本,使空间飞行器的发射效率提高,一直以来都是各国进行研究的关键领域之一。20世纪90年代中期,美国国家航空航天局(NASA)开始了对亚轨道可重复使用飞行器(RLV)的研发试验。
针对这一新形势,我国在“十五”计划初期,即开展了可重复使用飞行器技术的跟踪、探索和研究。为了避免在全球竞争中出现装备跨代落后的不利局面,而加大了对可重复使用飞行器的研发力度。
由液氢(-253℃)、液氧(-183℃)、液氮(-196℃)、液氦(-269℃)及其蒸发气体共同组成了主要的超低温流体介质。其中,液态氢和液态氧是液体火箭发动机发射过程中,一种具备比推力大的燃料,并且不产生污染物质;液He是作为空间装置、超导装置中广泛应用的低温密封介质;液态氮具有惰性特质、价格低廉并且介于液氢和液氧之间的热力学特点,常应用于低温试验和作为预冷介质[2]。
在以液态燃料作为飞行器动力系统燃料供应的设计中,液氧(LO2)燃贮箱及工作系统使用温度为-183℃,液氢燃料贮箱及工作系统使用温度为-253℃,液氢燃料贮箱及供给管系统和液氧燃贮箱及供给管系统工作于低温环境。当飞行器返回时,可重复使用运载器贮箱及供给管要承受170℃的高温考验,燃料贮箱工作温度范围很大,因此在设计时必须综合考虑在此温度范围内应用复合材料贮箱的可靠性[3]。
上世纪80至90年代,研发复合材料液氢贮箱的课题在美国国家航天飞机(NASP)计划以及DCX计划都涉及,并取得了一些成就。X-33计划则直接计划使用复合材料液氢贮箱,但由于在实验中,热应力引起微裂纹导致液氢渗漏以及其他技术方面问题,最终决定用铝制贮箱将出问题的复合材料贮箱代替下来。相比其国外研究机构对飞行器贮箱材料方面的尝试,国内对超低温用树脂基增强复合材料的研究还处于起步阶段,出于保险考虑,贮箱一直采用金属材料,在超低温复合材料方面技术性的突破成为国内研究的重点课题。
2 国内外对碳纤维复合材料超低温力学性能的研究现状
目前,在工程中有着非常广泛应用的树脂基复合材料主要包括:连续纤维增强环氧、双马和聚酰亚胺复合材料。他们具有较高的比强度和比模量,能够有效的抗疲劳、耐腐蚀,并且可设计性较强,便于大面积整体成型,并且,他们还具有特殊电磁性能等特点。先进树脂基复合材料已经成为继铝合金、钛合金和钢之后的最重要航空结构材料之一。
先进树脂基复合材料在飞行器材料应用上表现出色,目前已经在部分机型上实现减重效益,这是使用其它材料所不能比拟的。因此,先进树脂基复合材料的用量比例已经成为航空结构先进性的重要标志之一。
2.1 超低温复合材料用基体
据了解,应用在超低温环境下的树脂基体主要有:
(1)热固性树脂包括:环氧树脂,氰酸酯树脂,聚酰亚胺等;
(2)热塑性树脂包括:聚醚酰亚胺,聚醚醚酮,聚四氟乙烯,聚醚砜,聚苯硫醚,聚砜,液晶聚合物等。
配方的设计对于树脂基体制备非常重要。对于环氧树脂材料,经常会碰到脆性过高、容易开裂的问题。解决这一问题行之有效的方法是使环氧树脂柔性化,或是使整个配方体系柔性化。而这也是我们在该试验中在选取材料方面提前做好的准备。经过柔化的环氧树脂脆性降低,不易开裂,在工程应用中表现更加出色。
可重复加工的特点是高性能热塑性树脂具备的特点之一,在低温复合材料中的具有很大的潜在应用价值。比如说,碳纤维增强聚醚醚酮复合材料力学性能,虽然在超低温破坏强度方面表现良好,但由于成型困难以及巨大的加工成本,限制了热塑性基体在低温领域下的应用。
在本次试验中所应用到的便是改性后的环氧树脂,改性后使其在常温和低温下均具备稳定的力学性能。
2.2 超低温复合材料用增强材料
纤维增强复合材料是由增强纤维,如玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等材料与基体经过模压、缠绕或拉挤等工艺而形成的复合材料。
在一些低温工程中,由于纤维增强复合材料具有如下特点:
(1)比模量大,比强度高;(2)材料具有可设计性;(3)抗腐蚀性和耐久性能良好;(4)热膨胀系数与混凝土材料形似。根据他们特性及制备加工工艺方面的综合考虑,应用最广泛的增强纤维是碳纤维和玻璃纤维。
对于玻璃纤维,研究表明,低温下纤维的拉伸强度和拉伸模量均有不同程度的增加,玻璃纤维Weibull分布尺度参数有很大的提升。玻璃纤维,E-glass从室温到4K,它的杨氏模量提高15%,S-g lass从295K到4K其杨氏模量提高10%。
碳纤维增强树脂基复合材料,由于它在航空航天军事等领域应用较多,因而也成为科研工作者研究的热点。试验发现,将模高强碳纤维作为超低温复合材料的增强材料,强度和模量与室温时相比变化很小,是比较理想的超低温增强材料。
2.3 树脂基复合材料制造工艺
依据不同类型的复合材料、不同形状的构件以及对构件质量和性能的不同要求,先进树脂基复合材料可采用不同的成型工艺。目前航空航天领域先进树脂基复合材料主要成型工艺包括:热压罐成型工艺、RTM成形工艺、缠绕成型工艺、拉挤成型工艺、热压成型工艺、自动铺放工艺等。
通过对上世纪六十年代至九十年代不同组织及个人对各类常用纤维复合材料常、低温力学性能测试的结果做出总结与比较。R.P.Reed、M.Golda、J.B.Schutz等人发现:低温状态下,芳族聚酰胺纤维复合材料的低温拉伸强度与常温时比较变化较小,而其他各类纤维复合材料的低温拉伸强度均比常温状态时有所提高。
参考文献:
[1]王嵘,郝春功,杨娇萍,张雄军,付绍云,王继辉.超低温复合材料的研究进展.化工新型材料,2007.
建筑材料课程是建筑工程技术专业重要的专业基础课程, 课程具有综合性强,涉及知识面广,实践性强的特点,采用传统夫人“填鸭”式教学方式,难以调动学生学习的兴趣,教学效果也不佳。本文以石家庄城市职业学院的建筑材料课程教学改革为例,提出"引导型自主学习"的教学模式,从具体实施步骤及教学方法改革效果两个方面,对建筑材料课程"引导型自主学习"教学模式进行深入分析和探讨。
一、"引导型自主学习"的教学模式的内涵
20世纪90年代以后,自主学习的重要性引起了我国教育理论界和实践界的广泛关注,主体性教育理论逐渐确立和完善,如卢仲衡的《自学辅导心理学》、邱学华的《尝试教学法》等,自主学习得到了教育界的一致认可,自主学习是与他主学习相对立的一种学习方式,指学生自己主宰自己的学习。同时高职教育改革也明确要求提倡“以人为本”,高职教学要由传统的教师’教、讲’向学生“学、练”转变,教师是学生学习的组织者、促进者、辅导者。"引导型自主学习"的教学模式充分体现了这些教育理念。
二、践行“以学生为中心”的教学理念,实现出"引导型自主学习"的教学模式
《建筑材料》课程要求学生能合理、经济地选用各种建筑材料;对各项材料试验检测结果,具有分析判断的能力,并能提出改善的方案措施;能根据工程要求进行水泥混凝土、建筑砂浆、沥青混合料配制;具有较快熟悉新型材料和掌握其技术性能、技术标准,并用于工程实践的能力;能熟练操作使用和校核常规试验仪器设备;能根据试验规范要求,正确完成建筑材料各种常规试验、数据处理、书写试验报告及资料的分析整理。为践行“以学生为中心”的教学理念,我们提出了一种新的“以学生为主体”的"引导型自主学习"的教学模式。
实现引导型自主学习模式教学,要求课堂以学生为主,教师授课内容主要是简短归纳重要理论和计算方法,时间控制在10-20分钟,带疑自主学习、动手实践、自主创造与合作交流成为学生学习的重要方式。
例如在完成水泥技术性能检测这一工作任务时,由老师将这一任务置于一定的工作情景中,引导学生提出恰当的探究任务,并在资料、材料、设备和指导方面提出恰当的支持;学生接受任务之后,查阅相关资料(水泥质量检测报告,教材,相关技术资料等),积极准备,组织实施,明确水泥技术性能检测的工作内容;随后依据国家有关部门标准,教师及学生对整个实施过程(包括试件的制作、仪器的使用、试验数据的计算、试验结果的评定等)进行自检与评价,并提出改进技术措施不断完善。在整个教学过程中,将“教、学、做”融为一体,使学生在“学中做”、在“做中学”,在真实的工作任务中学习理论知识和操作技能,从而培养学生分析问题、解决问题的能力和创新能力。
对于 “建筑材料质量检测与评定”综合应用训练项目,采用项目教学模式。以模拟实际工作中完成某一种建筑材料的质量检验为任务(现场取样、试验室检测、质量评定及填写检验报告),要求学生能够综合应用所学理论知识和实践技能,依据国家现行标准,对建筑材料的质量作出准确评价。在整个项目的实施过程中学生是主体,教师的作用是指导、评价、验收,帮助学生解决工作情景中的疑难问题,强化了岗位职业能力的培养,真正实现教学与就业岗位之间的“无缝”链接。
三、基于出"引导型自主学习"的教学模式,对学生能力测试比较分析
“引导型自主学习"的教学模式使学生贯穿于查阅资料、方案组织、观察操作、与人合作、分析总结的全过程中,不仅学到了专业知识,提高了创新能力、综合素质,同时也学会了做人。采用新的教学模式后,学生各方面能力得到了极大的提高。
1、强化了学生的主体地位,培养学生的自学能力和相对独立地分析问题、解决问题的能力。
通过下达任务或项目来组织本课程课堂教学,有助于激发学生的学习兴趣,强化学生在学习过程中的主体意识。要让学生明确每一次课程的学习任务,同时教师针对性地设计教学过程、提出教学目标。实践证明这种方面取得了良好的教学效果,充分激发了学生的学习兴趣,培养了学生良好的职业道德和职业能力。
2、充分发挥学生主观能动性,培养学生的技术应用能力。
在建材实训室模拟真实建筑材料试验,按照专业基本技能的要求,让学生在学习的同时得以进行实际操作训练,充分体现了学生的主体地位和教师的主导作用。我们的具体做法是:教师讲解——学生合作探究任务——组织实施——教师适当引导——师生研讨分析——师生互评总结。目前开展的项目有:水泥试验、混凝土试验、粗细骨料试验、防水材料试验等。
3、学生事前体验职业环境。
利用校内生产性实训基地,结合课程内容进行现场模拟教学,使课程内容更具吸引力。如介绍功能性材料知识时,在校内生产性实训基地进行模拟教学等,学生通过身体力行,巩固了所学的知识,避免了“死记硬背”,进一步提高其理论与实践相结合的能力。
【关键词】哲学;杂化材料;吸附性能研究
辩证唯物主义认为,世界是统一的,物质是世界存在的唯一方式,世界上的一切事物、现象之间是相互联系、相互影响、相互依赖、相互制约的,并在一定条件下相互转化。人类对自然界的研究愈深入,认识就越深入。科学越发展,学科之间的联系越来越紧密,各学科之间呈现出相互联系、相互影响、渗透的关系, 但同时也应看到各学科之间的相互交叉、渗透的关系。从哲学的意义上来讲,双金属纳米片-超分子杂化材料技术研究和发展过程是唯物辩证法的思维方法在实际工作中的有效运用。
一、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究渗透了世界普遍联系的观点
对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究需要多学科交叉和综合现代科学的发展,要求各学科相互交叉、渗透。在这种情况下,人们必然会冲破各种学科之间传统的专业壁垒,在相邻甚至相距甚远的学科领域内探索、发掘,使现代科学走上日益整体化的道路。科学知识的整体化既表现为各个科学领域内部成分之间的综合、联系及相互作用的加强(学科内部的综合);又表现为不同科学知识领域之间同学科之间的综合、联系及相互作用的加强,认识方法的相互渗透和相互补充(学科之间的综合)。这种整体化趋势,改造了原有学科,发展了新学科,从而深化了人类对自然界的认识。
现代科学技术特点之一是任何学科都在吸收和运用其它学科的成果、原理、技术、方法来充实与发展本学科。这实质上也是在进行某种程度的综合。我们可以看到, 在科学技术迅猛发展的当今世界, 已为技术的综合创造了物质条件。任何一个国家, 为了提高其在国际市场上的竞争能力, 都必须使本国高技术化。他们常常通过两种以上不同领域的技术, 创造出全新的技术领域。
二、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意结构和功能的辩证思维
唯物辩证法认为, 结构是物质形态的普遍属性, 是事物的各种要素内在联系与组织方式; 功能则是指特定结构的事物在内部与外部的联系与关系中, 表现出来的特定能力。我们要研究的机械结构是处于宏观层次上的人工结构, 这种结构是以一定的基本加工功能为目的的机械有机组合。
例如,在双金属纳米片-超分子杂化材料的研究和开发过程中, 一个极其重要的问题就是要正确处理工艺条件、材料结构和产品性能三者之间辩证关系。在哲学指导下用共沉淀的方法制备层状Ni-Ti-LDHs、Fe-Ti-LDHs,并利用剥离-组装或插层的方法而制备纳米片-超分子杂化材料。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热重及差热分析(TG-DTA)等方法对插层柱撑化合物及其焙烧产物结构进行表征。通过吸附染料废水中的活性染料、Cd2+等重离子溶液,探讨改性层状双金属氢氧化物-有机物杂化材料在环境保护方面的应用。
结构与性能是双金属纳米片-超分子杂化材料存在的两种基本属性,是材料内部微观分子运动方式和外部宏观性能表现的充分反映。在自然界中,材料的结构与性能总是不可分割的,它们之间的联系是复杂的和多样性的,同时又是相互制约的。一方面,结构决定性能,有什么样的物质结构就有什么样的与之相联系的特定性能。研究结构与功能的目的,在于正确认识结构和功能之间的辩证关系,从而推动生产的发展,促进科学的进步。在探索结构与功能的过程中,应将理论思维与形象思维结合起来,在把握结构与功能多重属性的基础上,发挥科学想象力与创造力。
三、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意局部和整体的辩证关系
整体是指构成事物的诸要素和关系的全部总和,是事物的组成、结构、性质、功能及其多样性的联系与相互作用的辩证统一。局部是整体的各种要素和各种关系, 可以是某一要素, 也可以是某些要素的组合。局部是构成整体的基础, 同时又受到整体的制约, 以整体为归宿。整体是各个局部的综合, 是多种关系的统一与协调, 而不是各局部的机械式线性组合。整体与局部不是绝对的, 而是相对的, 同时也是不断地变化和发展的。
整体与局部之间的辩证关系, 在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究和加工装备设计领域里,主要表现在主要零部件与次要零部件之间的辩证关系。系统的主要特征是其整体性, 即以要素为基础的综合性整体。在复杂的机械系统中, 要素之间的关系必须明确。
四、对双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中需要注意理论与实践的辩证关系
理论指导实践,实践检验理论,理论与实践的关系是认识论中的一个极其重要的辩证关系。在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究过程中,也体现了理论与实践的辩证统一关系。理论分析与实验观察是双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究中的两种重要方法,它们是相互联系、互相促进的,脱离或违背实验事实的理论是不合实际的,无法对科研和生产活动起到积极的指导作用;而离开理论指导的实验是盲目的。理论总结实验结果,实验鉴别理论的真伪;理论在实验的基础上产生和发展,实验又在理论的指导下更新设计;它们既是矛盾的、彼此起伏的,又是统一的、相辅相成的。这种既对立又统一的关系,赋予双金属纳米片-超分子杂化材料研究技术不断发展的内在动力。
综上所述, 认识和研究双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究的过程,实际上就是运用哲学观点(不管是自觉地还是不自觉地),认识和改造客观世界的过程。在双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能的科学研究和开发中,只有以哲学基本原理为指导,运用现代科学技术所提供的理论和物质手段,正确分析加工条件、双金属纳米片-超分子杂化材料和制品性能三者之间的辩证关系,整体与局部的辩证关系,结构与功能的辩证关系,理论与实践的辩证关系,才能揭示成型加工技术发展的内在规律,预见其发展趋势,从而从根本上为双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能的科学研究指明方向,这对促进我国双金属纳米片-超分子杂化材料构建及吸附性能研究的发展,推动现代化建设,将产生深远的影响。
作者简介:
余永亮 男 汉族(1975年8月---)安徽望江人 淮南联合大学思政部讲师,硕士研究生,研究方向为理论.
【关键词】浅析;高中;数学;研究性;学习;方法
数学研究性学习是学生数学学习的一个有机组成部分,是在基础性、拓展性课程学习的基础上,进一步鼓励学生运用所学知识解决数学的和现实的问题的一种有意义的主动学习,是以学生动手动脑主动探索实践和相互交流为主要学习方式的学习研究活动。它能营造一个使学生勇于探索争论和相互学习鼓励的良好氛围,给学生提供自主探索、合作学习、独立获取知识的机会。数学研究性学习更加关注学习过程。
数学研究性学习的材料不仅仅是教师自己提供的,而且教师应鼓励学生通过思考、调查、查阅资料等方式概括出问题,甚至可以通过日常生活情景提出数学问题,进而提炼成研究性学习的材料。在研究性学习的过程中,学生是学习的主人,是问题的研究者和解决者,是主角,而教师则在适当的时候对学生给予帮助,起着组织和引导的作用。
1. 高中数学研究性学习的实施
下面我们从教学设计的角度来探讨这个问题。
(1)教与学的关系问题是进行教学设计时必须考虑的首要问题。教与学关系的处理实质上就是师生关系的处理。研究性学习要求教师从教知识转变为导知识,从主动型转向主导型;研究性学习要求学生从被动接受知识转变为主动学习知识,从被动接受型转向为主动投入型。可见研究性学习体现了教与学的和谐统一,能真正发挥教师的主导性和学生学习的主体性。
(2)教学内容是进行教学设计时必须考虑的另一个重要问题。在数学教学中开展研究性学习最大的困难在哪里?就在教学内容的设计!由于学生自主习得的知识是一种认知形态的知识,因此在教学设计时,教师要根据学生的认知特点把学术形态的知识转化为认知形态的知识,这就要求教师充分挖掘背景知识。这对教师设计学习材料提出了高要求。这里涉及一个重要的问题:高中数学教学内容是否适合于研究性学习的教学设计要求呢?数学教学内容包含两个方面:结果(知识)和过程(方法)。
(3)数学教育不仅关注学习结果,更关注结果是如何发生、发展的。从教学目标来看,每节课都有一个最为重要的、关键的、处于核心地位的目标。如果我们能充分挖掘支撑这一核心目标的背景知识,通过选择、利用这些背景知识组成指向本节课知识核心的、极富穿透力和启发性的学习材料,提炼出本节课的研究主题,学生就可以通过对这一主题的探究构建起教师希望学生掌握的知识。从学习的角度来看,教学组织形式是教学设计关注的一个重要问题。由于学生之间的个性差异,学生自主建构的方式、速度和深度是不一样的,因为这种差异之间具有鲜明的个性特点和很强的互补性,教师应当鼓励学生按自己的认知方式主动建构。通过研究性学习,学生可以建构起一些知识,不同的学生建构起的知识是不一样的,因此研究性学习非常注重学生之间的交流、评价和反馈,通过资源共享,检查、落实教学目标。
(4)研究性学习是探究性的学习活动与教学活动的协调统一。强调教法、学法、教学内容以及教学媒介的有机整合。至此,我们对高中数学教学活动中的研究性学习有了比较清楚的认识,这种教学设计的难点在于教师把学术形态的知识转化为适合学生探究的认知形态的知识。我们在教学实践中进行了高中数学教学研究性学习的探讨,教学反思,我们感到在教学过程中开展研究性学习必须注意两个关键问题:研究性学习必须服从于教学内容;研究性学习必须服务于学生的认知结构。学生的认知结构具有个性化特点,教学内容具有普遍性要求。如何在一节课中把二者较好地结合起来,是提高课堂教学效率的关键。我们的体会是:一节课学生研究的问题不能太多,至多两个,最好一个;每节课都有教学目标和教学重点、难点,要相信有些知识学生可以自主建构,或者有些问题本身就不是一节课能解决的,因此教师应致力于本节课要解决的主要问题,以此设计研究性学习主题,并设计微型研究活动和反馈活动,保证课堂教学的质量和效率。
(5)开展研究性学习的必要条件是平等、民主的教学环境。活动中的师生关系是“学生在教师指导下主动学习”。学生需要的是“指导”或“帮助”,而不是居高临下的“传授”或“满堂灌”。教师充分尊重学生,耐心倾听学生的看法,及时鼓励点拨,适时提醒鞭策。营造一个宽松而又紧凑的、平和但又充满挑战的教学情境。
2. 高中数学研究性学习课题的选择与编制
选取课题时不妨考虑以下几个方面:
(1)以一定的知识结构为依托,从知识网络的交汇点寻找编制问题的切入点。能力是以知识为基础的,但掌握知识并不一定具备能力,以一定的知识为背景,编制出开放题,面对实际问题情景,学生可以分析问题情景,根据自己的理解构造具体的数学问题,然后尝试求解形成的数学问题并完成解答。
(2)以某一数学定理或公设为依据,编制开放题。数学中的定理或公设是数学学习的重要依据,中学生的学习特别是研究性学习常常是已有的定理并不需要学生掌握,或者是学生暂时还不知道,因此,我们可以设计适当的问题情景,让学生进行探究,通过自己的努力去发现一般规律,体验研究的乐趣。
(3)以实际问题为背景,体现数学的应用价值编制开放题。在实际问题中,条件往往不能完全确定,即条件的不确定性是自然形成的或是实际需要,其不确定性是合理的。如包装的外型,花圃的图案,工程的图纸这些是需要设计的,而由于考虑的角度不同,设计者的知识背景、价值判断不同,得出的方案也会不同。以实际问题为背景,编制出设计类型的开放题,用于研究性学习,可以培养学生创新精神和实践能力。
综上所述,将数学开放题作为数学研究性学习的一种载体,首先必须有适合的问题,如何编制能够用于研究性学习的开放题,这是值得研究的。在研究性学习的教学实践中,有充满活力和创造力的学生的参与,必将促进对这一问题认识的深化和提高。
参考文献
[1] 《高中数学研究性学习的思考》谌业锋
[2] 《探索现代教学媒体与自主学习相结合在教学中的作用》
[3] 《浅谈高中数学研究性学习》
[4] 《中学数学教与学》,陕西师大出版社
一、机械学习与接受学习
机械学习是指学习者既不理解学习材料的意义,又不采取任何学习策略而消极被动地接受老师所教给的一切东西。接受学习是由美国心理学家奥苏伯尔提出的。奥苏伯尔不认为接受学习完全等同于机械学习,他反复强调:“认为接受学习必然是机械的,发现学习必然是有意义的,这种观点毫无根据……只要用于呈现的言语材料能够同学生原有知识结构或认知结构建立实质性的和非任意性的联系,并且学生具有内部学习动机和意义学习的心向,接受学习也完全可以产生有意义的过程和结果。”也就是说,接受学习的过程可以是机械的,也可以是有意义的。作为学习方式来说,机械接受学习是指学习者既不理解学习材料的意义,又不采取某种学习策略而消极被动地接受老师所教给的一切东西;学习者在学习过程中表现出客体性、受动性和依赖性。意义接受学习是指学习者既理解学习材料的意义,又采取某种学习策略而积极主动地接受老师所教给的一切内容;学习者在学习过程中表现出主体性、能动性和独立性。
从以上分析可以看出,接受学习包括机械学习,机械接受学习即机械学习;但是接受学习不只包括机械的接受学习,它还包括有意义的接受学习。在有意义的接受学习中,学习者经过积极的思考,在新的经验和旧的经验之间建立牢固的有机的联系,使经验内化为自身的一部分,由此引起个人倾向与能力的变化。因此,我们不能在认识和实践中将二者简单地等同和混淆起来。
在学校教育中,由于有意义的接受学习本身具有快捷、系统的优势,再加上学习者的学习受到已有知识经验和认知水平的制约,所以,一定情境下接受学习有其可取之处,当然应该更侧重于有意义的接受学习。
二、发现学习与探究学习
发现学习是在20世纪60年代由美国教育学家布鲁纳正式提出的。布鲁纳认为,发现不只限于发现人类尚未知晓的事物的行为,还包括用自己头脑亲自获得知识的一切形式。布鲁纳认为发现学习有四个作用:提高智力的潜力,使外部动机向内部动机转移,学会将来作出发现的最优方法和策略,以及帮助信息的保持和检索。日本教育心理学家大桥正夫对发现学习的解说也很有意义:“发现学习就是以培养探究性思维的方法为目标,以基本教材为内容,是学生通过再发现的步骤来进行学习。”关于探究学习,施瓦布是这样定义的:探究学习是指这样一种活动,即“儿童通过自主地参加获得知识的过程,掌握研究自然所必需的探究能力;同时,形成认识自然的基础科学概念;进而培养探索未知世界的积极态度”。但是在施瓦布这里,只提到了“儿童主动参与获得知识的过程”,未说明这个过程是从哪里来的。因此很难对探究学习的教学实践起到明确的、规范的指导意义。1996年的美国《国家科学教育标准》对科学探究也做了探讨,“科学探究是指科学家用以研究自然界并基于此种研究提出种种解释的多种不同途径。探究也指学生用获取知识、领悟科学的思想观念,领悟科学家研究自然所用的方法而进行的活动。”简单地说,探究学习是学生以类似科学探究的方式而开展的学习活动。
通过以上分析,我们不难看出,发现学习和探究学习的确有许多共同点,如同时兴起于20世纪中期的美国课程改革运动中,都以问题为学习的起始阶段;重视学生的学习兴趣和主动参与;重视知识获得的过程等。基于这些共同点,有人将二者简单地等同起来,或者将二者的关系看作是一种包含关系。后者认为,发现学习中包含着探究学习或者探究学习在一定意义上包含着发现学习。这些认识混淆了发现学习与探究学习本质上的差异。
尽管发现学习与探究学习有着许多的相同之处,但是两者仍是有本质差别的两种学习。
其一,两者的背景不同。布鲁纳是当现学习法的主要倡导者和理论家。布鲁纳提出的发现学习体现了上世纪60年代美国教学改革的指导思想:关心教育质量和智育,目的是培养智力超群的社会精英,为此,他主张编写“既注重内容范围又重视结构体系的教材”。如何做到重视结构呢?布鲁纳主张“在提出一个学科的基本结构时,可以保留一些令人兴奋的部分,引导学生去发现它”。这就是他提出“发现学习”的背景。而施瓦布提出的探究学习是20世纪中期科学哲学思想反映到教育学领域的结果,针对的是当时在教育领域,人们把教科书上的知识当作万古不变的真理,把实验仅当作验证科学概念和原理的方法,学习者容易形成绝对化的科学知识观、错误的科学方法论和片面的科学发展观这一现象。施瓦布提出探究学习的目的就是通过对假设的验证过程,使学生了解科学知识的暂时性,形成良好的科学态度和科学精神,培养儿童的科学素养。于是在“科学的本质是不断变化的”前提下,在“作为探究的科学”和“通过探究的教学”的理论支柱的基础上建构了他的探究学习理论。
其二,二者的侧重点不同。发现学习强调科学概念和科学原理的再发现:教师在提出一个学科的基本结构时,可以保留一些令人兴奋的部分,引导学生自己去发现,以理解科学概念,进而掌握学科的基本结构。而探究学习则强调科学素养的获得和积极探索态度的培养:在学习中,遵循科学研究的一般程序,以了解科学的一般性质,获得科学素养,培养探索未知世界的积极态度和能力。
其三,二者的过程、结果不同。发现学习的一般过程是:形成问题、建立假设、上升为概念或原理;探究学习的一般过程是:形成问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、作出结论。发现学习的整个过程大致相当于探究学习的前两个阶段。从这个意义上说,探究学习包括发现学习。活动过程的不同导致了结果的不同:发现学习中有待发现的概念或原理是封闭性的,学习者发现的结论和书本上的结论相符;而探究学习中有待探究的结果是开放性的,探究的结果可能与书本上的结论不相符。
明确了探究学习和发现学习的差
别,不仅有助于教师合理地组织教学,对实际的教育教学具有重要的指导意义,而且也有助于教育理论工作者对发现学习和探究学习进行更深入的研究和探讨,有着重要的理论价值。
三、探究学习与研究性学习
研究性学习(国外又称主题研究、项目设计),是20世纪80年代国际社会比较普遍认同和实施的一种课程模式或学习方式,是创新思想和素质教育的产物。作为课程,“研究性学习是指学生基于自身兴趣,在教师指导下,从自然、社会和学生自身生活中选择和确定研究专题,主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动”。而作为一种学习方式,“研究性学习是指教师不把现成结论告诉学生,而是学生自己在教师指导下自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程”。关于探究学习的内涵和特征,在前面我们已经做了探讨,在此不再重述。
作为学习方式,探究学习和研究性学习有许多相通之处:以问题作为学习的起始点;学习的过程相似,都要对问题作出自己的解释,设计、制作作品,并表达交流自己的解释或改进自己的作品;学习过程中运用的方式方法类似,如观察、调查、实验等多种形式。这些相通之处造成了人们对研究性学习与探究学习的模糊认识,表现在:一是认为研究性学习就是探究学习;二是认为研究性学习比探究学习更复杂,它包含了探究学习。前者忽视了研究与探究的区别,从而将它们简单地等同起来;后者虽然注意到了研究与探究的区别,但将探究学习与研究性学习作为一种隶属关系对待,也没有从实质上将二者区别开来。