劉 英,黃建軍,封 玲 ,趙改清
(深圳大學(xué),廣東 深圳 518060)
隨機進入教學(xué)在設(shè)計性物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用
劉 英,黃建軍,封 玲 ,趙改清
(深圳大學(xué),廣東 深圳 518060)
以“溫度傳感器特性研究”為教學(xué)案例,運用建構(gòu)主義中的隨機進人教學(xué)法優(yōu)化設(shè)計性物理實驗教學(xué)。實踐表明,隨機進入教學(xué)法的引入可以有效提高學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實踐能力。
隨機進入教學(xué);建構(gòu)主義;設(shè)計性物理實驗;實驗教學(xué)
目前大學(xué)物理實驗教學(xué)課程體系和教學(xué)模式,課程內(nèi)容設(shè)置上過于強調(diào)物理知識的系統(tǒng)性,忽視了學(xué)校學(xué)習(xí)與現(xiàn)實生活之間巨大的差距;教學(xué)模式上是教師先講課,然后再安排學(xué)生實驗。實驗前,實驗儀器由教師預(yù)先準(zhǔn)備好,學(xué)生通過預(yù)習(xí)大致了解實驗的基本過程;實驗時,教師還要詳細講解實驗?zāi)康摹嶒灢襟E、注意事項等,學(xué)生嚴格遵照實驗指導(dǎo)書進行實驗。實驗結(jié)束后,教師再提出一些實驗原理類的問題讓學(xué)生思考,學(xué)生得到了預(yù)期的實驗結(jié)果,驗證、理解了有關(guān)的理論知識,實驗就算成功了,這樣的實驗教學(xué)模式幾乎是固定的。學(xué)生在學(xué)習(xí)中只是被動地接受現(xiàn)成的結(jié)論,而缺乏對問題的分析,缺乏自己的見解,在這種教學(xué)中,學(xué)習(xí)者的思維能力得不到很好的發(fā)展。
如何發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的積極性、自主性和創(chuàng)造性,這是目前教學(xué)改革所面臨的普遍問題,而建構(gòu)主義、人本主義的發(fā)展正是對這一問題所做的回應(yīng)。
建構(gòu)主義認為,學(xué)習(xí)是獲取知識的過程,知識不是通過教師傳授得到,而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會文化背景下,借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助,利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過意義建構(gòu)的方式而獲得。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡的學(xué)習(xí)方法是教師指導(dǎo)下的、以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí);建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境包含情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)四大要素。在整個教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用,利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神,最終達到使學(xué)生有效地實現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識的意義建構(gòu)的目的。建構(gòu)主義教學(xué)過程雖然也包含教師、學(xué)生、教材及媒體等要素,但是已經(jīng)與傳統(tǒng)意義上的四大要素有著本質(zhì)的不同,學(xué)生是知識意義的主動建構(gòu)者;教師是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的幫助者、促進者;教材所提供的知識不再是教師傳授的內(nèi)容,而是學(xué)生主動建構(gòu)意義的對象;媒體也不再是幫助教師傳授知識的手段、方法,而是用來創(chuàng)設(shè)情境、進行協(xié)作學(xué)習(xí)和會話交流,即作為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作式探索的認知工具。教學(xué)過程充分滿足學(xué)生“自我實現(xiàn)”這個最高的需要,依據(jù)學(xué)生“自我實現(xiàn)”這一最大內(nèi)在驅(qū)動力,發(fā)展學(xué)生的個性,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性,是一個使學(xué)生整體投入其中并產(chǎn)生全面變化的活動[1]。
在建構(gòu)主義的教學(xué)模式下,目前比較成熟的教學(xué)方法主要有以下幾種:
(1)支架式教學(xué)
以維果斯基的“最鄰近發(fā)展區(qū)”理論為基礎(chǔ),事先把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)分解,并建立一套恰當(dāng)?shù)母拍羁蚣?。借以不斷地把學(xué)習(xí)者的智力從一個水平提升到另一個新的更高水平,幫助學(xué)習(xí)者理解知識并建構(gòu)知識,真正做到使教學(xué)走到發(fā)展的前面。
(2)拋錨式教學(xué)
建立在有感染力的真實事件或真實問題的基礎(chǔ)上,使學(xué)生在一個完整、真實的問題背景中,產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要。讓學(xué)生在現(xiàn)實世界的真實環(huán)境中去感受和體驗該知識所反映事物的性質(zhì)、規(guī)律以及該事物與其他事物之間聯(lián)系,通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)助學(xué)習(xí),來完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。
(3)隨機進入教學(xué)
根據(jù)“彈性認知”理論提出。學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同的方式進入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí),從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解,每次進入都有不同的學(xué)習(xí)目的和問題的側(cè)重點,因此多次進入的結(jié)果,絕不僅僅是對同一知識內(nèi)容的簡單重復(fù)和鞏固,而是使學(xué)習(xí)者獲得對事物全貌的理解與認識上的飛躍。
在教學(xué)實際中,應(yīng)根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)生特點,選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法。不一定采用某種單一的方法,可以將兩種以上的方法結(jié)合在一起,以某種方法為主,其它方法為輔,靈活加以運用。
設(shè)計性物理實驗是在教學(xué)改革中推出的一種新的實驗教學(xué)模式,它完全有別于傳統(tǒng)物理實驗教學(xué),學(xué)生不再按照教材上的實驗步驟機械地完成實驗,而是讓學(xué)生應(yīng)用物理知識和實驗技能,根據(jù)實驗的教學(xué)要求和實驗室能提供的儀器設(shè)備,自己設(shè)計實驗方案、選擇儀器設(shè)備、確定實驗條件、獨立完成實驗測量,或研究實驗過程中的物理現(xiàn)象和問題,并對實驗結(jié)果進行分析和處理。它是介于教學(xué)實驗和科學(xué)研究之間的教學(xué)實驗。可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和積極性。使學(xué)生的創(chuàng)新才智和獨特個性都得到了充分展現(xiàn),真正體現(xiàn)了以人為本的教育思想[2-3]。
與傳統(tǒng)物理實驗相比,設(shè)計性物理實驗有如下幾個主要特點:
(1)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性
設(shè)計性實驗在給定實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件的前提下,學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、選擇實驗器材、制定操作程序、完成整個實驗過程。由教師為主導(dǎo)變?yōu)閷W(xué)生為主體,以學(xué)生為中心。學(xué)生要自己發(fā)現(xiàn)問題,并運用所學(xué)的知識分析問題,探索解決問題的辦法,教師在這一過程中起引導(dǎo)作用。
(2)實驗內(nèi)容的探索性
設(shè)計性實驗的實驗內(nèi)容一般尚未為學(xué)生所系統(tǒng)了解,需要通過實驗去學(xué)習(xí)、去認識,打破實驗依附理論的傳統(tǒng)教學(xué)模式,讓實驗教學(xué)真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)能力的基本方法和有效途徑。
(3)實驗思路的創(chuàng)新性
設(shè)計性實驗實施過程中,實驗?zāi)康氖敲鞔_的,但實驗思路是開放的,包括實驗原理、方法、實驗裝置等方面。學(xué)生可以通過不同的途徑和方法達到實驗?zāi)康?激勵學(xué)生在實驗過程中提出解決問題的新方法,實驗過程常常還需要幾個人合作,有利于創(chuàng)新人才素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。
下面將以“溫度傳感器特性研究”這一實驗課題為例,介紹建構(gòu)主義中的隨機進入教學(xué)法在實踐中的應(yīng)用。
溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器常見的有熱電偶、熱敏電阻以及鉑電阻等,利用其產(chǎn)生的熱電動勢或電阻隨溫度變化的特性來測量物體的溫度。另外,還有一些新開發(fā)研制的傳感器,例如,利用半導(dǎo)體PN結(jié)電流/電壓特性隨溫度變化的半導(dǎo)體集成傳感器;有利用光纖傳播特性隨溫度變化或半導(dǎo)體透光隨溫度變化的光纖傳感器;有利用彈性表面波及振子的振蕩頻率隨溫度變化的傳感器等。非接觸方式是通過檢測光傳感器中紅外線來測量物體的溫度,有利用半導(dǎo)體吸收光而使電子遷移的量子型與吸收光而引起溫度變化的熱型傳感器。該課題涉及的知識面廣,需要從多個方向進行探索和學(xué)習(xí),以達到對該課題所涉及知識全面理解和掌握的目的。另外,課題部分內(nèi)容是學(xué)生初次接觸,并且有一定的復(fù)雜性,如:集成溫度傳感器,紅外溫度傳感器,需要從多個層面進行認識和學(xué)習(xí)。這些特征正好與隨機進入教學(xué)法契合。
采用隨機進入教學(xué)法進行溫度傳感器特性研究的教學(xué)實施如下:
(1)確定主題
讓學(xué)生探索和學(xué)習(xí)幾種常用溫度傳感器的特征物理量隨溫度變化的關(guān)系,從而了解常用溫度傳感器的原理和應(yīng)用范圍,最終完成對“溫度傳感器”這一知識的意義建構(gòu)。
(2)創(chuàng)建情景
創(chuàng)設(shè)與溫度測量技術(shù)相關(guān)的實際情景來激發(fā)學(xué)生對溫度傳感器的興趣,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過圖畫、文字、影像或者flash等媒體資料,呈現(xiàn)多種應(yīng)用溫度傳感器的情境,大到航空航天,資源檢測,火災(zāi)報警,小到體溫測量,手機游戲等等。盡可能涵蓋不同類型的溫度傳感器,以便供學(xué)生在自主探索過程中隨意進入其中任一種情境去學(xué)習(xí)。教師要注意在情景展示的過程組織學(xué)生對這些應(yīng)用場景的實現(xiàn)原理進行討論,引導(dǎo)學(xué)生進行發(fā)散思維,為后面隨機進入教學(xué)創(chuàng)造條件。
(3)獨立探索
從不同側(cè)面,不同角度表現(xiàn)上述主題,供學(xué)生自主探索,具體如下所述:
①學(xué)習(xí)主題1:熱電偶,將溫度信號轉(zhuǎn)換為熱電勢信號的溫度傳感器;
②學(xué)習(xí)主題2:鉑電阻或熱敏電阻,其阻值隨溫度變化而改變;
③學(xué)習(xí)主題3:PN結(jié)溫度傳感器,其電流/電壓特性隨溫度變化的特性可用于溫度測量;
④學(xué)習(xí)主題4:集成溫度傳感器,將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一芯片的集成化溫度傳感器;
⑤學(xué)習(xí)主題5:紅外溫度傳感器,物體溫度變化而導(dǎo)致其輻射出的電磁波的波長變化,從而實現(xiàn)非接觸式的溫度測量。
將學(xué)生分成3~4人一組,各小組可根據(jù)自己的意愿和實驗室的條件選擇不同的主題進入課堂,這時教師應(yīng)該放手讓學(xué)生思維,由學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)策略和方法。如果學(xué)生的意愿超出了實驗室的儀器范圍,但有出色的設(shè)計思路,在一定價格范圍內(nèi)允許學(xué)生購買實驗器件。
自主學(xué)習(xí)要求教師特別注意發(fā)展學(xué)生的思維能力,不直接將問題的解決方法告訴學(xué)生,而是由學(xué)生自主解決。在這個過程中,學(xué)生要自己查找資料,提出假設(shè),使學(xué)生在小組合作學(xué)習(xí)之前就能對問題有一定的獨立思考。由于隨機進入學(xué)習(xí)的內(nèi)容一般比較復(fù)雜,往往涉及許多方面,教師要注意引導(dǎo)學(xué)生從同側(cè)面進入學(xué)習(xí),對于應(yīng)從何處獲取相關(guān)的信息和資料,以及如何有效地利用這些資源等問題,教師應(yīng)給以適當(dāng)?shù)膸椭?/p>
(4)協(xié)作學(xué)習(xí)
為了使意義建構(gòu)更有效,教師應(yīng)在個人自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上組織協(xié)作學(xué)習(xí),圍繞呈現(xiàn)不同側(cè)面的情境所獲得的認識展開小組討論。在討論中,每個學(xué)生的觀點在和其他學(xué)生以及教師一起建立的社會協(xié)商環(huán)境中受到考察、評論,同時每個學(xué)生也對別人的觀點、看法進行思考并做出反映。教師注意對協(xié)作學(xué)習(xí)過程進行引導(dǎo),使之朝有利于意義建構(gòu)的方向發(fā)展。引導(dǎo)的方法包括:提出適當(dāng)?shù)膯栴}以引起學(xué)生的思考和討論;在討論中設(shè)法把問題一步步引向深入,以加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解;要啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律、自己去糾正和補充錯誤或片面的認識[4]。
在整個協(xié)作學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生從設(shè)計到實驗操作、再設(shè)計到再操作,學(xué)生通過不斷地主動思考、體驗和實踐,逐步深入理解所學(xué)內(nèi)容。通過實驗的觀測和分析去探索研究,進而發(fā)現(xiàn)“新”的物理現(xiàn)象,并通過建立物理模型來解釋實驗現(xiàn)象,總結(jié)出原來不知道的規(guī)律性認識,最終完成知識的意義建構(gòu)。
(5)學(xué)習(xí)效果評價
包括小組對個人的評價、學(xué)生個人的自我評價和教師對學(xué)生的評價。評價內(nèi)容主要圍繞三個方面:①自主學(xué)習(xí)能力;主要通過學(xué)生對自身學(xué)習(xí)結(jié)果的反省實現(xiàn),學(xué)生判斷自己對溫度傳感器的特性及其測量手段是否具有了更深層次理解和認識。②對小組協(xié)作學(xué)習(xí)所做出的貢獻;小組要對每個成員能否在小組活動中完成相應(yīng)的任務(wù)給出客觀、確切的評價。③是否完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu);學(xué)生是否通過這個課題的學(xué)習(xí),完成對溫度傳感器意義的建構(gòu),這一評價由教師給出。
與傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)相比,設(shè)計性物理實驗更注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力,開設(shè)設(shè)計性物理實驗是高校物理實驗教學(xué)改革的需要,但如何更好的開展設(shè)計性實驗需要不斷的探索與創(chuàng)新。以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)開展設(shè)計性物理實驗教學(xué),更能充分發(fā)揮設(shè)計物理實驗的優(yōu)勢,有效鍛煉學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
[1]何克抗.建構(gòu)主義的教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計[J].北京師范大學(xué)學(xué)報,1997,143(5):74-81.
[2]居桂方.設(shè)計性物理實驗的設(shè)計方法和原則初探[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,7(增刊):84-85.
[3]周海濤,董有爾,陳寶明,楊保東.設(shè)計性物理實驗的探索與實踐[J].實驗室科學(xué),2005(5):1-3.
[4]余勝泉,楊曉娟,何克抗.基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計模式[J].電化教育研究,2000,92(12):7-13.
Application of Random Access Instruction in Designing Physical Experiment
LIU Ying,HUANGJian-jun,FENG Ling,ZHAOGai-qing
(ShenZhen University,Shenzhen 518060)
The basic theory and teaching viewpoint of constructivism consist with the teaching purposes and requirements of designing physical experiment.In this paper,the teaching case about the research of the temperature sensor characteristics is described.And the random access instruction of constructivism is used for optimizing designing physical experiment teaching.Practice shows that the introduction of the random access instruction can improve student’s independent learning ability,creativity and practical ability.
random access instruction;constructivism;designing physical experiment;experiment teaching
G642
A
1007-2934(2011)04-0086-04
2011-03-01
深圳大學(xué)教學(xué)改革項目(JG2010054);深圳大學(xué)實驗室與設(shè)備管理研究基金項目(2010024)