大學物理實驗實施混合模式教學的探究*

李 婧，何仁生，邵冬梅，陳曉旭

(湖南大學，湖南 長沙 410082)

傳統(tǒng)意義上的混合教學模式往往指的是某種教學理論與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合的教學模式。本文所闡釋的混合教學模式是將不同的教學理念進行有機整合，其目標是滿足學習者多樣的學習需求，提高教學效率，通過與學生進行情感交流和思維碰撞，強調(diào)有價值的學習目標［3］，通過知識的運用和手指尖體驗實驗過程，使學習過程能夠超越機械性記憶而走向深度學習［4］。實現(xiàn)新知識的遷移、鞏固、升華，從而提高學習效率。這種新型的混合教學模式擬從課前問卷調(diào)研、課堂遷移講解、質(zhì)疑和討論、課后啟迪創(chuàng)新等遞進式層次教學，實施大學物理實驗課程的新型教學模式。

1 STS教育理念

STS(Science Technology and Science)是一門研究“科學—技術(shù)—社會”相互關(guān)系的新興學科［5］。其基本觀點是“科學解決理論問題，技術(shù)解決實際問題”科學最終受惠的是社會，使人類生活進一步得到改善和提高，從而形成了一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)學科［6］。STS教育蘊含需要層次理論、建構(gòu)主義學習理論和人本主義教育理論，提倡打破學科界限，強調(diào)以觀察、實驗為基礎(chǔ)，旨在培養(yǎng)具有科學技術(shù)素養(yǎng)，能參與科技決策、全面發(fā)展的新一代人才的教育觀念［7］。

STS教育是對當代科學教育的一種理性反思，對傳統(tǒng)課程教學模式是一種挑戰(zhàn)，是我國培養(yǎng)國際型人才和實現(xiàn)素質(zhì)教育的有效途徑。STS教育的實施方法靈活多變，在實際教學中經(jīng)常采用的教學方法有:課內(nèi)滲透法、實驗操作法、決策模擬法、角色扮演法、課外活動法、社會實踐法、專題討論法和科技講座法［8］。本文在大學物理實驗教學中著重采用課內(nèi)滲透法、實驗操作法、決策模擬法、科技講座法和課外活動法。

2 STS教育理念與遷移教學相結(jié)合

奧蘇貝爾認為，一切新的有意義的學習都是在原有的學習基礎(chǔ)上所產(chǎn)生的，不受學習者原有認知結(jié)構(gòu)影響的有意義的學習是不存在的［9］。認知結(jié)構(gòu)遷移理論指出，學生學習新知識時，認知結(jié)構(gòu)可利用性高、可辨別性大、穩(wěn)定性強，就能促進對新知識學習的遷移?！盀檫w移而教”實際上是塑造學生良好認知結(jié)構(gòu)的問題［2］。在教學中，可以通過改革教材內(nèi)容和教材呈現(xiàn)方式改進學生的原有認知結(jié)構(gòu)變量以達到遷移的目的。

遷移教學側(cè)重知識與規(guī)律的梳理和思維邏輯的系統(tǒng)化構(gòu)建，STS教育則側(cè)重科學技術(shù)和社會之間的聯(lián)系，鼓勵學生動手操作參與實踐，理論聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學生運用所學指導和優(yōu)化實踐，旨在培養(yǎng)具有科學技術(shù)素養(yǎng)，能參與科技決策、全面發(fā)展的新一代人才。兩種教學理念各有側(cè)重，可相互補充，因此，本文著重研究STS教育理念與遷移教學相混合的教學模式在實際教學中的應(yīng)用。

3 混合教學模式

通過長期與大學生的接觸和實踐教學的總結(jié)，筆者提煉出一套針對大學生物理實驗課程運用STS教育理念和遷移教學相混合的教學模式，見圖1。

圖1 STS教育理念和遷移教學相混合的教學模式圖

3.1 課前問卷調(diào)研

建構(gòu)主義者強調(diào)，學生并不是空著腦袋走進教室的，他們在日程生活、學習中，已經(jīng)形成了豐富的經(jīng)驗。所以，教學不能無視學生的這些經(jīng)驗，而是要把學生現(xiàn)有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點，引導學生從原有的知識經(jīng)驗中“生長”出新的知識經(jīng)驗［10］。奧蘇伯爾指出，學習者在學習中能否獲得新知識，主要取決于學生個體的認知結(jié)構(gòu)中是否已有了有關(guān)的概念(即是否具備了同化點)［10］。教師必須在講授有關(guān)新知識以前了解學生已經(jīng)知道了什么，并據(jù)此開展教學活動。根據(jù)遷移教學理論要想有效的進行遷移教學必須是有的放矢，有針對性的進行教學［2，10］，因而在上課之前要對學生進行預(yù)備能力的分析、學習態(tài)度的分析和學習需要的分析。

大學物理實驗教學中，在前一次實驗結(jié)束時，把與下一次實驗相關(guān)的問卷發(fā)給同學們，這些問卷包含下一次實驗內(nèi)容的基本知識和基本技能問題，意在了解學生對將要進行的實驗的前知識、前概念、前技能的掌握程度，為下次實驗有針對性的講解，進行遷移教學掌握第一手資料。如在學習“用板式電位差計測電池的電動勢和內(nèi)阻”［11］的實驗時，課前設(shè)計的問卷有兩個相同電池的串聯(lián)和并聯(lián)問電路中的電流和任一電池的端電壓，意在由已有的知識經(jīng)驗，引出“補償”的概念。在大學物理實驗教學的實施過程中，這些課前布置的問題起到了意料不到的效果:不僅能對學生的遷移學習有積極影響，而且學生學習大學物理實驗的態(tài)度有明顯的改變，就學習態(tài)度的轉(zhuǎn)變來看，以“測定表面張力系數(shù)”實驗為例，原來在講課中問及:“三線對齊的目的是什么?”時，立即回答出來的學生每次幾乎沒有，一屆學生也找不到幾位能立即回答出來的，到現(xiàn)在上這個實驗課問及相同的問題能立即回答出來的16個學生中有5～6人，學生對實驗課學習態(tài)度的優(yōu)秀率大幅提高(見圖2)。

圖2 學習態(tài)度優(yōu)秀率分析圖

3.2 課堂遷移講解、滲透STS教育

在課堂講授中，把課前問卷的問題拓展、延伸，進行有效遷移教學。如在“用模擬法研究靜電場的分布”［11］實驗講解時，利用課前問卷的問題:“在中學描繪等勢線的過程中，以什么為依據(jù)判斷場中兩點等勢?”在中學是用電流表判斷的，當表中指針指零時，說明場中兩點等勢，而在普通物理實驗中是利用電壓表來直接測量電壓的，當電場中兩點電壓相等時，說明這兩點等勢，較之中學的這一實驗精確度大大提高。在這樣的遷移教學的過程中，既起到了承上啟下的作用，又進行了拓展。在“非良性導體熱導率的測定”［11］的實驗原理推導過程中，利用課前問卷的問題:熱傳遞的形式?熱傳導的速率與哪些因素相關(guān)?在課堂講授過程中分析熱傳導的速率影響因素，可以推出熱傳導的速率與溫差、距離、面積、材料等幾個物理量的定量關(guān)系，順勢提出溫度梯度、吸熱速率、散熱速率等概念。講解完實驗原理、實驗儀器的構(gòu)造、實驗步驟后，接下來的實驗過程通過注重實驗觀察和思考，滲透STS教育:科學家小故事、高新科技、生活常識、并且觀察要認真細致，專心致志，對每一個細小的變化都不放過。丹麥物理學家奧斯特于1820年某日在大學講課時，機敏地觀察到通電導線附近放置的小磁針偏轉(zhuǎn)了，他緊緊抓住這一細微的現(xiàn)象，深入研究，得出電流周圍有磁場的結(jié)論，建立了電與磁之間的聯(lián)系，為電磁場理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過這樣的教學，學生對實驗的解讀絕不僅僅是心領(lǐng)神會，其教學效果得到了大幅提高，學生的課程合格率逐年提高(見圖3)。

圖3 課程合格率分析圖

3.3 質(zhì)疑和討論

質(zhì)疑能力是一個人最寶貴的能力之一，也是創(chuàng)新能力的重要表現(xiàn)。只有通過質(zhì)疑和提出問題，學生的創(chuàng)新意識才能夠得到不斷強化，創(chuàng)新思維能力才能夠得以不斷提高。教師給予學生真誠的鼓勵，學生就敢于質(zhì)疑;教師給予學生科學的指導，學生就善于質(zhì)疑;教師努力創(chuàng)設(shè)民主、寬松和自由的教學氛圍［2，12］，學生就經(jīng)常質(zhì)疑。對于大學物理實驗課程的討論，可以結(jié)合科學技術(shù)、社會應(yīng)用、社會實踐等在課堂上，實驗操作中，以及實驗結(jié)束后的時間引導討論，即融入STS教育理念［1］展開教學。如在“磁體與運動非磁體導體相互作用實驗”［11］可以引導討論，當圓盤朝不同方向轉(zhuǎn)動，且測力杠桿沿圓盤半徑方向放置時，磁體所受力及運動狀況如何?當圓盤朝不同方向轉(zhuǎn)動，且測力杠桿不沿圓盤半徑方向時，磁體所受力及運動狀況又如何?為什么平衡桿偏離圓心方向后就無法觀察到磁懸浮現(xiàn)象?磁懸浮列車是否就是采用這些原理來制造和運行的?在“全息照相”［11］實驗中，可以引導討論全息照相方法為什么要強調(diào)“參考光”與“物光”的光強比、兩列光波的光程差限制、在底片上重疊的面積等?“全息照相”與日常生活中的攝影、3D電影各有何異同之處?這樣的質(zhì)疑和討論引導學生以蘇格拉底“刨根究底”的方法，采用步步遞進的方式展開討論，提高學生發(fā)散思維的能力，可以全班范圍內(nèi)，也可以小組的形式開展，并且可以在學習了上一階段的實驗課程后，專設(shè)討論單元課:討論之前實驗課程學習的收獲和困惑，提出各自的見解。

3.4 課后啟迪創(chuàng)新

維果茨基在心理發(fā)展上強調(diào)社會文化歷史作用，強調(diào)活動和社會交往在人的高級心理機能發(fā)展中的突出作用。他認為，高級的心理機能來源于外部動作的內(nèi)化，這種內(nèi)化不僅通過教學，也通過日常生活、游戲和勞動等來實現(xiàn)。另一方面，內(nèi)在智力動作也外化為實際動作，使主觀見之于客觀。學生完成實驗后，設(shè)計一些相關(guān)的、具有一定深度的實際問題進行及時啟迪創(chuàng)新［13］，時刻注重把內(nèi)在智力動作通過課后反思和創(chuàng)新設(shè)想，以及一些小制作、小發(fā)明等一系列的實踐活動提升學生的創(chuàng)新能力和學習興趣。這樣的多種形式教學所產(chǎn)生的效果非同一般:如在分光計的調(diào)節(jié)完成后，大部分學生感到耗時過長，比較疲憊?！霸鯓硬拍芸焖?、有效調(diào)節(jié)分光計水平?”啟迪創(chuàng)新的問題會激勵學生廣開思路，去圖書館查閱相關(guān)資料或是從網(wǎng)上搜索等多種渠道大量閱讀和思考，直至問題得到滿意的解答。有的學生申請的實用新型專利成功授權(quán)，并在EI檢索的刊物上發(fā)表了一篇相應(yīng)的文章［14］;有的學生直接給出了另外的調(diào)節(jié)法:總結(jié)了4步“對稱法調(diào)節(jié)分光計［15］。

4 結(jié) 論

STS教育理念與遷移教學相混合，是一種新型的教學理念的混合教學模式，學生在大學物理實驗課程的學習中，不僅使得基本的知識與技能有了大幅提高，學生更加關(guān)注社會問題、科技的產(chǎn)出與社會的反饋，學生學習的興趣會越來越濃厚，學習的內(nèi)驅(qū)力明顯增強。通過這一新型的混合模式教學，定會使學子們在以后科學探索的道路上走的更深更遠。

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