基于建構(gòu)主義的物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

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基于建構(gòu)主義的物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端[1]。實(shí)驗(yàn)課幫助學(xué)生將大學(xué)物理理論與實(shí)際聯(lián)系起來，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力等多項(xiàng)素質(zhì)?？哲姾娇沾髮W(xué)在實(shí)驗(yàn)中心成立后，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門核心必修課程單獨(dú)開設(shè)。由于改革過程中學(xué)時(shí)分配調(diào)整，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)縮減，這使得實(shí)驗(yàn)課程留給學(xué)生自主發(fā)揮空間有限，尤其在創(chuàng)新能力培養(yǎng)上顯得力不從心。

近年來隨著對(duì)實(shí)踐教學(xué)的重視程度不斷加強(qiáng)，通過投入資金建立起大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室，使演示實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了從附屬于物理理論教學(xué)到獨(dú)立設(shè)課的飛躍發(fā)展。大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程群建設(shè)的一部分，是對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的雙重補(bǔ)充。針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展研究和實(shí)踐有利于全面提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

一、演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

在以往的教學(xué)中，教育者對(duì)演示實(shí)驗(yàn)不夠重視，演示儀器數(shù)量較少，也沒有專門的人員管理和維護(hù)。只有部分物理理論教師為提高教學(xué)效果，把便于攜帶的小型演示儀器當(dāng)作輔助教具在課堂上展示。演示實(shí)驗(yàn)只是起到對(duì)原理單純的驗(yàn)證作用，是理論教學(xué)的附屬品。

二、應(yīng)用建構(gòu)主義教學(xué)的基礎(chǔ)

目前，大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)已列入了學(xué)生的選修課程。為實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的拓展和深化作用，演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提倡教師鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手、觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)獨(dú)立思考和分析問題能力。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)理念與建構(gòu)主義理論相符。

建構(gòu)主義教育理論提倡在教師指導(dǎo)下的、以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，也就是說，既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體作用，又不忽視教師的指導(dǎo)作用，教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者[7，8]。因此，演示實(shí)驗(yàn)選修課的教學(xué)組織可以借鑒建構(gòu)主義教學(xué)理論實(shí)施設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生把外界所提供的信息整合到自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)內(nèi)，在同化和順應(yīng)過程中完善知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自我建構(gòu)。建構(gòu)主義教學(xué)的實(shí)現(xiàn)需要由教師和學(xué)生的雙方的知識(shí)和能力基礎(chǔ)以及教學(xué)資源作為支撐[9]。

（一）人員知識(shí)和能力基礎(chǔ)

建構(gòu)主義應(yīng)用的教學(xué)需要學(xué)生具有原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課而言就是有一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。選修大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)

的學(xué)生已完成了大學(xué)物理理論和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，具有相關(guān)的理論知識(shí)儲(chǔ)備，并且已接受過基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，了解實(shí)驗(yàn)規(guī)則，掌握了一定的實(shí)驗(yàn)的技術(shù)和研究方法。

對(duì)教師而言，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能夠引領(lǐng)、指導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生。演示實(shí)驗(yàn)的任課教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，致力于實(shí)驗(yàn)教法創(chuàng)新和教學(xué)改革研究，均承擔(dān)過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，和學(xué)生有了一學(xué)期的接觸，與學(xué)生建立了良好的師生關(guān)系，可以與學(xué)生進(jìn)行無障礙的溝通，并且掌握學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況。因此，學(xué)生和教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和融洽的關(guān)系為開展建構(gòu)式教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)資源基礎(chǔ)

除了校園網(wǎng)上的數(shù)字圖書館提供海量的電子文獻(xiàn)和圖書，實(shí)驗(yàn)教師為學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)準(zhǔn)備了豐富的參考資料。實(shí)驗(yàn)中心組織教師通過參考儀器說明書、查閱大量資料，編寫了針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的電子教材。教材內(nèi)容簡(jiǎn)練，弱化了理論方面的講解和推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)，并提出關(guān)于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和拓展的相關(guān)問題。另外，教師們還搜集了大量的視頻、圖片和文獻(xiàn)資料。所有資料在校園網(wǎng)上共享，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)。

三、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）自主學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)

他的身體如出膛的炮彈，猛地朝著遠(yuǎn)處那團(tuán)紅影射過去。身在空中，六只節(jié)足盤繞擰轉(zhuǎn)，合成了一柄巨大的尖錐。這柄尖錐將盤旋的黑風(fēng)撕開一道豁口，破開前方密密麻麻擁上來的骷髏頭，直射天葬師！

建構(gòu)主義指出學(xué)習(xí)不是由教師把知識(shí)簡(jiǎn)單地傳遞給學(xué)生，而是由學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)的過程。為構(gòu)建自主學(xué)習(xí)環(huán)境，演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用小班授課方式。學(xué)生5至7人為一個(gè)學(xué)習(xí)組，每組配備一名指導(dǎo)教師。教師在課堂上不講授內(nèi)容，而是采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的講解任務(wù)分配給學(xué)生。

在上課一周前學(xué)生接收到教師發(fā)來的學(xué)習(xí)任務(wù)單，任務(wù)單包括下次課要完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱，要求學(xué)生在課前通過閱讀電子教材和查閱相關(guān)資料了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、分析儀器構(gòu)造、實(shí)現(xiàn)過程、實(shí)驗(yàn)是否有改進(jìn)方法、與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系及相關(guān)發(fā)展前景等問題。要求學(xué)生不一定局限于任務(wù)單，可依據(jù)個(gè)人體驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)、總結(jié)。并且，每個(gè)學(xué)生要根據(jù)的學(xué)習(xí)成果制作用于講解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課件。小組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織小組交流、討論，記錄小組活動(dòng)情況并搜集課前疑難問題。這樣，學(xué)生作為一個(gè)小教師，要想在課堂上清晰講授和操作實(shí)驗(yàn)，必須備課，在課前查閱資料、自主學(xué)習(xí)，做好充足的準(zhǔn)備。

（二）課堂交流環(huán)節(jié)控制和情境創(chuàng)設(shè)

演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)區(qū)別于普通的課堂教學(xué)，是在演示實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，是民主型課堂。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沒有講臺(tái)，教師和學(xué)生在儀器旁面對(duì)面交流，教師和學(xué)生的地位是平等的。在教學(xué)過程中，借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式，教師將課堂交給學(xué)生[10，11]。學(xué)生一邊利用筆記本電腦播放自己制作的課件，一邊對(duì)照儀器講解實(shí)驗(yàn)，并為小組成員們做實(shí)驗(yàn)操作演示。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)講解完畢后，組內(nèi)其他學(xué)生要做補(bǔ)充講解、或糾正、或質(zhì)疑，這個(gè)環(huán)節(jié)每名學(xué)生都參與進(jìn)來，并且對(duì)有爭(zhēng)議的問題展開討論。教師在課堂交流期間要控制好學(xué)生的講解和討論時(shí)間，同時(shí)也參與討論，在討論中教師的發(fā)言要起到引領(lǐng)、拓展和激發(fā)學(xué)生思維的作用。例如在學(xué)習(xí)“最速降線”這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生通過定性地分析小球在不同軌跡上的速度變化來說明耗時(shí)上的差異，而教師提出如何去定量地證明這個(gè)結(jié)論。學(xué)生們收到教師的啟發(fā)通過課后查找資料深入探究，找到了費(fèi)馬原理、二階微分等多種證明方法。就是通過類似這樣的啟發(fā)和引領(lǐng)，學(xué)生思維得到深度挖掘，同時(shí)保證了教學(xué)進(jìn)度和交流的高效性。

另外，在課堂上教師要善于利用多媒體元素創(chuàng)設(shè)情境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[12]。例如，在學(xué)習(xí)“科里奧力”實(shí)驗(yàn)前，教師播放了一段電影《金蟬脫殼》的視頻，電影中美國(guó)影星史泰龍通過馬桶下水的旋轉(zhuǎn)方向判斷出身處的海上監(jiān)獄是在南半球還是在北半球。這段視頻使學(xué)生非常興奮，引起熱烈的討論，學(xué)生們對(duì)于南北半球的科里奧力不同特征進(jìn)行了分析。這樣的情境創(chuàng)設(shè)也使學(xué)生意識(shí)到，對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)并不一定是完全在課堂中完成的，還可以把知識(shí)的建構(gòu)延伸到生活中、甚至是娛樂中。

（三）課程論文設(shè)計(jì)

課程論文設(shè)計(jì)是深入挖掘?qū)W生創(chuàng)新思維的有效手段。在完成所有演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)后，教師要求學(xué)生利用三周時(shí)間完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課題，并提交論文。論文課題是自擬的，主要圍繞三個(gè)方面選題：一是關(guān)于某個(gè)演示實(shí)驗(yàn)在理論上的推導(dǎo)和研究，二是提出對(duì)某個(gè)演示實(shí)驗(yàn)方法或儀器的改進(jìn)措施和方案，三是利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有材料和儀器設(shè)計(jì)或制作簡(jiǎn)易的演示實(shí)驗(yàn)儀。每個(gè)實(shí)驗(yàn)課題可有1至2個(gè)完成者。實(shí)驗(yàn)室提供給學(xué)生常規(guī)的測(cè)量?jī)x器、元件，并對(duì)學(xué)生全天開放，為學(xué)生完成制作類課題提供方便。

經(jīng)過近兩年的實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在選題方面多數(shù)學(xué)生傾向于儀器改進(jìn)和制作類。學(xué)生在制作過程中樣機(jī)的搭建除了利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有元器件，還在生活中尋找各種可利用的材料，如飲料瓶、紙殼、泡沫等。考慮到實(shí)驗(yàn)成本和實(shí)現(xiàn)難易程度，學(xué)生們大多選擇制作與電磁學(xué)相關(guān)的作品，如制作多用表、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、特斯林發(fā)動(dòng)機(jī)等。

學(xué)生表現(xiàn)出極大的積極性。在完成課題的三周時(shí)間里學(xué)生一有空閑就到實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)和驗(yàn)證方案，與教師和同學(xué)探討問題。在這個(gè)過程中，學(xué)生們真正體驗(yàn)到科學(xué)研究的過程和快樂。在最后一次課上，安排學(xué)生對(duì)所完成的課題論文進(jìn)行答辯。每個(gè)課題小組推薦一名代表學(xué)生介紹課題的設(shè)計(jì)、展示制作成果，在講解完畢后設(shè)置有師生提問和討論環(huán)節(jié)，并最終歸納修改意見反饋給課題小組。

（四）評(píng)價(jià)方式

課程評(píng)價(jià)方式不僅要體現(xiàn)課程目標(biāo)，還要體現(xiàn)公平性、民主性。選修演示實(shí)驗(yàn)的學(xué)生成績(jī)由三部分組成：一是課堂表現(xiàn)占50%。在每次課教師對(duì)學(xué)生出勤、課堂發(fā)言和參與討論情況做記錄，依據(jù)學(xué)生表現(xiàn)給出平時(shí)分。二是課程論文完成情況占30%。教師依據(jù)學(xué)生完成論文的工作量、付出的努力和論文質(zhì)量給出評(píng)分。三是小組內(nèi)互評(píng)占20%。小組成員根據(jù)平時(shí)組內(nèi)討論、學(xué)習(xí)情況給組內(nèi)其他成員打分。

四、教學(xué)效果

演示實(shí)驗(yàn)選修課上教師將課堂交給學(xué)生，每名學(xué)生每堂課都有講解實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，并要求對(duì)其他學(xué)生的講解提出質(zhì)疑和見解，學(xué)生在教學(xué)的中心地位得到充分的體現(xiàn)。在學(xué)習(xí)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生感受到自身職責(zé)所在，自學(xué)變得積極主動(dòng)，參與交流和討論的意識(shí)強(qiáng)烈。教學(xué)過程中，學(xué)生鍛煉了表達(dá)能

力，也增強(qiáng)了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。通過這樣的小組教學(xué)模式，教師可以完全掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有依據(jù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。教學(xué)取得了良好的效果。通過完成課程論文，學(xué)生掌握了維修儀器和制作技能，創(chuàng)新思維被激發(fā)，對(duì)改進(jìn)儀器提出了自己的想法。有幾個(gè)課題小組在課程結(jié)束后自發(fā)組成團(tuán)隊(duì)繼續(xù)完善論文設(shè)計(jì)和制作，并將自己的創(chuàng)新作品申請(qǐng)參加了校內(nèi)和軍隊(duì)的創(chuàng)新競(jìng)賽。其中學(xué)生的創(chuàng)新作品在首屆和第一屆“八一杯”軍隊(duì)院校大學(xué)生物理科技創(chuàng)新競(jìng)賽中獲得一個(gè)“一等獎(jiǎng)”，三個(gè)“二等獎(jiǎng)”和五個(gè)“三等獎(jiǎng)”。

五、結(jié)束語

經(jīng)過基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)模式實(shí)踐，在演示實(shí)驗(yàn)選修課堂上教師和學(xué)生角色的改變，自由的交流、討論使學(xué)生自主性得到了發(fā)揮。學(xué)生都認(rèn)為通過演示實(shí)驗(yàn)課程自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力、實(shí)驗(yàn)相關(guān)能力得到提升，激發(fā)了興趣。本項(xiàng)改革實(shí)踐是建構(gòu)主義理論與實(shí)際教學(xué)的結(jié)合的產(chǎn)物，取得了良好的效果，同時(shí)也存在一些有待完善的地方。本項(xiàng)實(shí)踐給予我們的啟示是作為教師要不斷加強(qiáng)自身的教育教學(xué)理論學(xué)習(xí)，在今后的教學(xué)中以教育理論為指導(dǎo)，共同努力開拓實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)人才能力培養(yǎng)目標(biāo)。

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孫艷劉旺盛張立中
（空軍航空大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，吉林長(zhǎng)春130022）

摘要：建構(gòu)主義是繼認(rèn)知主義后更強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體作用的學(xué)習(xí)理論。為了讓演示實(shí)驗(yàn)在學(xué)生能力提升方面發(fā)揮更大的作用，探究了在建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的相關(guān)問題。建構(gòu)主義為演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了理論基礎(chǔ)和參考策略。教師的角色由知識(shí)灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)的組織者和學(xué)習(xí)促進(jìn)者。實(shí)踐證明通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到提升。通過積極參與課堂協(xié)作、討論和設(shè)計(jì)課程論文等一系列活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生知識(shí)的深化和自我建構(gòu)，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：演示實(shí)驗(yàn)；建構(gòu)主義；教學(xué)實(shí)踐

Abstract:Constructivism is a learning theory developed after cognitivism emphasizing the main role of students. In order to make demonstration experiment play a bigger role in students' ability cultivation, this paper explores demonstration experiment teaching mode guided by constructivism theory. Constructivism offers theoretical basis and reference tactics to demonstration experiment teaching. Teachers are the helpers and promoters instead of the impart-ing of knowledge. The practical research finds that students' proactivity is improved by the task-driven approach and the creation of learning environment. Students are deepening their knowledge and self-constructing themselves through a series of activities such as cooperation, class discussion and course paper design. The practice achieves good teaching effects.

Keywords:demonstration experiment; constructivism; teaching practice

作者簡(jiǎn)介：孫艷（1982-），女，吉林長(zhǎng)春人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）02-0181-03