基于學(xué)習(xí)過程對物理教學(xué)改革的理解

張 睿 王祖源

（同濟大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

近年來，國內(nèi)外對教學(xué)改革的開展都十分重視，對學(xué)習(xí)模式的實證性研究報道也層出不窮，這些工作對教育改革的推動起到了重要的作用［1，2］.近年來興起的大規(guī)模在線教學(xué)模式（MOOCs）不僅對基于課堂的傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)，也為課堂教學(xué)模式提供了大量的教學(xué)資源.如何整合這些教學(xué)資源，應(yīng)對信息時代教育的機遇和挑戰(zhàn)，是廣大教育工作者需要思考的一個問題［3，4］.

2013年夏季，兩位筆者先后前往加拿大和美國參加教學(xué)交流活動，根據(jù)近年來歐美大學(xué)物理教學(xué)改革的情況，本學(xué)期針對所了解的情況作了一些改革，在實踐過程中意識到認識學(xué)習(xí)過程，分析教學(xué)改革，推動學(xué)生學(xué)習(xí)掌握知識的機制，對深化和評價教學(xué)改革也能夠起到輔助的作用.本文從學(xué)習(xí)過程出發(fā)，試圖對大學(xué)物理教學(xué)中常見的幾種教學(xué)改革模式作梳理，并結(jié)合自身教學(xué)實踐的體會，探討改革中需要重視的問題.

1 學(xué)習(xí)過程的基本框架

按照教育學(xué)理論，可以把學(xué)習(xí)過程簡單分成三個階段：學(xué)前階段，學(xué)習(xí)階段和評價反饋階段.在學(xué)前階段中，包括學(xué)習(xí)有關(guān)的預(yù)備知識，對學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣幾個方面的工作；學(xué)習(xí)階段的主要工作包括知識的學(xué)習(xí)和掌握，必要的訓(xùn)練與鞏固；而在評價反饋階段則主要包括測試知識和方法的掌握程度，學(xué)生和教師對學(xué)習(xí)效果的認知和調(diào)整.這些過程的聯(lián)系可以用圖1來描述：

圖1 學(xué)習(xí)過程的基本框架

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師比較側(cè)重于將時間花在學(xué)習(xí)訓(xùn)練環(huán)節(jié)上，對學(xué)生的知識背景的了解以及基于評價結(jié)果對教學(xué)過程的調(diào)整相對較少，學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)模式，難以激發(fā)出對學(xué)習(xí)的興趣，這樣的教學(xué)模式難免對教學(xué)效果帶來一定的負面影響；而目前的教學(xué)改革，立足點就在于利用先進的科學(xué)技術(shù)與教學(xué)手段，加強師生之間與學(xué)生之間的互動和反饋，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果.了解新教學(xué)模式的實施目標(biāo)，區(qū)分不同教學(xué)方法的特點和優(yōu)勢，有利于教師基于學(xué)生的知識背景和教學(xué)環(huán)境，制定切合實際的教學(xué)方案，提高教學(xué)效果.下面主要討論近年來常用的幾種教學(xué)模式.

2 教學(xué)模式對學(xué)習(xí)過程的影響（以大學(xué)物理為例）

2.1 反轉(zhuǎn)課堂

反轉(zhuǎn)課堂［5］（flipped classroom，flip teaching）將評價測試環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)訓(xùn)練環(huán)節(jié)互換，學(xué)生通過預(yù)先學(xué)習(xí)教師派發(fā)的材料，自學(xué)和課程有關(guān)的內(nèi)容，教師通過測試了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的不足，通過輔導(dǎo)和教學(xué)加以修正.近年來隨著大規(guī)模網(wǎng)上開放課程（massive open online course，MOOC）的出現(xiàn)，使得反轉(zhuǎn)課堂在西方教學(xué)改革方面獲得較多的重視，反轉(zhuǎn)課堂和個性化教學(xué)與研究型學(xué)習(xí)的結(jié)合近年來也逐漸增多.

反轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)部分，放到預(yù)備知識學(xué)習(xí)階段，客觀上加大了預(yù)備知識學(xué)習(xí)的比重，同時也將教學(xué)目標(biāo)變成了重點、難點的教授，使得教學(xué)過程有所側(cè)重，這對提高學(xué)生對有關(guān)知識的掌握程度可以起到積極的作用.比如：有相當(dāng)一部分學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理吃力的原因是不能將數(shù)學(xué)所學(xué)的微積分知識運用到解決物理問題中來，強化這部分的訓(xùn)練，可以較為顯著地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績.

但是學(xué)習(xí)效果不僅和學(xué)生的背景有關(guān)，也和學(xué)生的學(xué)習(xí)動力有密切聯(lián)系.對于缺乏學(xué)習(xí)動力的學(xué)生，反轉(zhuǎn)課堂很難達到預(yù)期效果.這些學(xué)生一方面沒有利用課前時間學(xué)習(xí)基本要點，另一方面由于基本內(nèi)容沒有掌握，學(xué)習(xí)重點難點更加吃力，學(xué)習(xí)積極性進一步消退.對于這類學(xué)生，可以采取以下的措施來處理：降低課前學(xué)習(xí)材料的難度，一般來說視頻公開課聽課相對于書面材料學(xué)習(xí)更加簡單，學(xué)生更樂于接受；提高課前學(xué)習(xí)材料的趣味度，增加更多交互性功能，使學(xué)生可以通過不同的學(xué)習(xí)策略來學(xué)習(xí)有關(guān)知識；加強課前學(xué)習(xí)材料和課堂學(xué)習(xí)過程的有機結(jié)合，讓學(xué)生體會到課前學(xué)習(xí)的優(yōu)勢.

反轉(zhuǎn)課堂的另一個需要解決的問題是學(xué)習(xí)時間較傳統(tǒng)教學(xué)方式更長，這對于學(xué)習(xí)負擔(dān)相對較重的專業(yè)或個人可能會帶來一定的消極影響.對于這類情況，可以適當(dāng)壓縮課前學(xué)習(xí)材料的長度，減輕學(xué)生的負擔(dān)；也可以通過提高授課系統(tǒng)的智能化優(yōu)化學(xué)生課前學(xué)習(xí)材料的配置，提高學(xué)習(xí)效率.

2.2 同伴教學(xué)

同伴教學(xué)法［6］（peer instruction）是馬祖爾教授發(fā)展的一種教學(xué)模式，這種教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生通過分組討論和學(xué)生之間的互動實現(xiàn)對核心概念的學(xué)習(xí)和掌握.從學(xué)習(xí)過程的角度上看，學(xué)生各自掌握的學(xué)前知識不同，對需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容難免有所偏差，通過分組討論，可以利用學(xué)生之間的相互優(yōu)勢消除這種差異.相對而言，傳統(tǒng)的教學(xué)模式面向的是全體學(xué)生，教師很難了解單個學(xué)生的學(xué)習(xí)背景，盡管可以通過建立學(xué)習(xí)檔案來彌補，但相對來說需要投入更多的精力.

采用同伴教學(xué)法需要重視小組成員的分配，如果小組所有的成員的知識背景相似，學(xué)習(xí)能力接近，同伴教學(xué)法在解決問題上將難以實現(xiàn)預(yù)期的效果.教師在開展同伴教學(xué)時，有必要對學(xué)生的知識背景和學(xué)習(xí)能力有所了解，然后再對學(xué)生分組，這樣有助于學(xué)生通過討論分析和解決問題.教師也可以采取魚缸教學(xué)法（fishbowl），讓課堂的學(xué)生觀察某一小組的討論過程，通過積極思考討論中出現(xiàn)的問題，突出反饋和調(diào)整環(huán)節(jié)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補的目的.

同伴教學(xué)法中教師的作用和傳統(tǒng)教學(xué)模式有所不同.教師需要圍繞授課內(nèi)容的重點設(shè)計一部分問題，學(xué)生需要圍繞這些問題開展討論；在學(xué)生討論過程中，教師需要根據(jù)實際情況，調(diào)整課堂氣氛，保證討論能夠順利開展；學(xué)生討論過后，教師也還需要根據(jù)討論結(jié)果給出總結(jié)性結(jié)論，并對討論過程中出現(xiàn)的問題作出答復(fù).

學(xué)生在課堂中開展有效的討論對同伴教學(xué)法的開展十分重要［6］，教師在授課過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們積極參加到討論中來.在討論過程中，還需要利用技術(shù)手段了解學(xué)生在討論中的參與程度，并根據(jù)實際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整.

3 研究型學(xué)習(xí)

研究型學(xué)習(xí)［7，8］（Problem-based learning）把學(xué)習(xí)內(nèi)容表現(xiàn)為若干核心問題，教師通過引導(dǎo)學(xué)生解決這些核心問題實現(xiàn)對知識點的講授.類似把波動光學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容體現(xiàn)成基于惠更斯原理計算光柵衍射的光強分布；把相對論運動學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容體現(xiàn)成基于兩點基本假設(shè)對洛倫茲變換的推導(dǎo)，都可以看成是研究型學(xué)習(xí)的案例.研究型學(xué)習(xí)把學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)換成發(fā)現(xiàn)過程，學(xué)生的角色從被動接受逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹骄?，這對于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力能起到積極的作用.

從教育理論來看，學(xué)習(xí)者通過學(xué)習(xí)不僅獲得知識，而且歸納發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方法.研究型學(xué)習(xí)的一個重要的特征，就是加強后一部分在學(xué)習(xí)過程中的比重，力圖使學(xué)生養(yǎng)成勤于思考、勤于動手的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣.在問題的設(shè)計上，教師應(yīng)盡量避免簡單應(yīng)用的概念性問題，鼓勵使用接近科學(xué)研究，可控制變量較多的案例來引導(dǎo)學(xué)生將各個不同層面的知識有機地組織起來.如何組織案例和問題，對于教師和學(xué)生都將是一個挑戰(zhàn).

研究型學(xué)習(xí)的另外一個優(yōu)勢在于學(xué)生通過案例研究，可以學(xué)會使用各種工具來解決科學(xué)問題.解決問題的成就感，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.教師在案例組織時應(yīng)對學(xué)生的知識背景有一定的了解，同時在問題的選擇上給予學(xué)生一定的自由，讓學(xué)生更好地發(fā)揮學(xué)習(xí)潛能.

4 結(jié)語

以上提到的三種方法的共同特點包括：在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的角色由被動轉(zhuǎn)為主動，教師的作用由主導(dǎo)轉(zhuǎn)為引導(dǎo)；學(xué)生需要將更多的課外時間投入學(xué)習(xí)，教師講解內(nèi)容比傳統(tǒng)模式有所減少；學(xué)生不僅學(xué)習(xí)知識，在自主學(xué)習(xí)、獨立思考、邏輯思維、團隊意識、口頭表達等學(xué)習(xí)技能方面都在不同程度上受到訓(xùn)練.這些方法在實踐過程中都能取得一定的成績，但和傳統(tǒng)方法相比，學(xué)習(xí)效率是否提高還有待進一步的研究證明.

教學(xué)改革是一項意義重大的工作，也是一項任重而道遠的工作.只有本著實事求是，積極開拓，循序漸進，注重實效的方針，加強實證性教學(xué)研究，從試點做起，不斷修正教學(xué)方案，才有可能收到較好的教學(xué)效果.只有有實效的教學(xué)改革，才是有生命力的教學(xué)改革.

［1］Ambrose S A，Bridges M W，DiPietro M，et al.How learning works：Seven research-based principles for smart teaching［M］.John Wiley ＆Sons，2010.

［2］Rawson J，Marsh E，Nathan M，et al.What works，what Doesn't［J］.Scientific American Mind，2013，24（4）：46-53.

［3］王祖源，顧牡.MOOCs來襲我們準(zhǔn)備好了嗎？［J］.物理與工程，2013，23（6）：1-2，7.

［4］櫟風(fēng).乘著MOOCs歌聲的翅膀——復(fù)旦大學(xué)陸昉副校長訪談錄［J］.物理與工程，2013，23（6）：3-4.

［5］Tucker B.The flipped classroom［J］.Education Next，2012，12（1）：82-83.

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