基于認(rèn)知學(xué)徒制理論的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐探討

周曉紅+劉國(guó)營(yíng)+張琴

摘要：文章將認(rèn)知學(xué)徒制理論應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，分析了該理論應(yīng)用的可行性，并以“液體表面張力系數(shù)的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)為例，開(kāi)展了實(shí)證研究，通過(guò)意見(jiàn)與建議收集、跟蹤訪問(wèn)等方式總結(jié)了認(rèn)知學(xué)徒制應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極效果，同時(shí)剖析了在研究過(guò)程中的困難，并針對(duì)性地提出了解決辦法。由此得出結(jié)論，認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方式對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘哂蟹e極推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知學(xué)徒制；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量；實(shí)踐創(chuàng)新能力；科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

0 引言

受應(yīng)試教育以及現(xiàn)行評(píng)估體系的影響，人才培養(yǎng)方案過(guò)于強(qiáng)調(diào)理論體系的完整，削弱了實(shí)踐類(lèi)課程的比例，重理論，輕實(shí)踐，導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生動(dòng)手操作上技能不足，出現(xiàn)了“知行分離”的境遇。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受的第一門(mén)實(shí)踐類(lèi)課程，實(shí)驗(yàn)操作中“依葫蘆畫(huà)瓢”、實(shí)驗(yàn)技能不足、學(xué)生主動(dòng)性不夠等現(xiàn)象頻出。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，為了改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)中理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，將認(rèn)知學(xué)徒制理論用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)探索，旨在從中獲得啟示，為提高學(xué)生工程實(shí)踐能力提出一種新的有效的教學(xué)模式。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 理論基礎(chǔ)

認(rèn)知學(xué)徒制是將傳統(tǒng)學(xué)徒制方法中的核心技術(shù)與學(xué)校教育整合起來(lái)的新型教學(xué)模式，由美國(guó)認(rèn)知心理學(xué)家柯林斯和布朗等于1989年提出。該理論鼓勵(lì)學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中，通過(guò)討論、小組問(wèn)題求解等方法將復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程外顯化，以促進(jìn)自我修正和自我監(jiān)控等元認(rèn)知技能的發(fā)展。它克服了學(xué)校教育中知識(shí)與技能脫節(jié)的缺點(diǎn)，能促進(jìn)學(xué)習(xí)者高級(jí)思維技能的獲得和知識(shí)的遷移，從而擁有解決復(fù)雜任務(wù)的能力。

認(rèn)知學(xué)徒制模式包括四個(gè)基本構(gòu)成元素：內(nèi)容、方法、序列和社會(huì)性，這四個(gè)元素組合在一起，就可以為創(chuàng)設(shè)認(rèn)知學(xué)徒制的學(xué)習(xí)環(huán)境提供有價(jià)值的思維框架[1]。

1.2 實(shí)踐基礎(chǔ)

任何教學(xué)理論的提出都有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。認(rèn)知學(xué)徒制理論提出多年并未得到大面積的推廣應(yīng)用，主要原因是需要較小的師生比，這樣才能達(dá)到預(yù)期的效果。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用開(kāi)放式預(yù)約管理，學(xué)生通過(guò)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)”自行預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和時(shí)段，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)放10臺(tái)套儀器，容納10名學(xué)生預(yù)約，實(shí)行一個(gè)學(xué)生一臺(tái)套儀器的運(yùn)行模式，在教學(xué)環(huán)境上符合認(rèn)知學(xué)徒制關(guān)于“需要較小的師生比”的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身屬于情景教學(xué)的范疇，學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境里下采用認(rèn)知學(xué)徒制的的教學(xué)模式，將認(rèn)知學(xué)徒制不能大面積推廣的的劣勢(shì)轉(zhuǎn)化成優(yōu)勢(shì)。

認(rèn)知學(xué)徒制在諸多領(lǐng)域進(jìn)行過(guò)嘗試，并且獲得了豐碩的成果。在教師培訓(xùn)領(lǐng)域，廣西省成立了特級(jí)教師工作坊；在教育教學(xué)、職業(yè)教育和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等方面也開(kāi)展的如火如荼，為本研究的開(kāi)展提供了實(shí)踐參考。

2 認(rèn)知學(xué)徒制應(yīng)用實(shí)踐探究

參與對(duì)象：湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院2015級(jí)選修物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年11-12月

參與人數(shù)：每個(gè)實(shí)驗(yàn)容納學(xué)生為10人/次，每周實(shí)驗(yàn)次數(shù)為6次，則每周參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)為60人，共計(jì)4周，約240人

教學(xué)內(nèi)容：液體表面張力系數(shù)的測(cè)定，知識(shí)點(diǎn)分解如圖1所示

圖1 實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)分解

2.1 建設(shè)學(xué)習(xí)共同體

教師和學(xué)生組成了學(xué)習(xí)共同體，具有共同目標(biāo)。學(xué)生在示范、案例講解的基礎(chǔ)上，通過(guò)觀察、清晰表達(dá)等活動(dòng)產(chǎn)生知識(shí)理解與掌握，促進(jìn)知識(shí)融合；教師從旁指導(dǎo)，產(chǎn)生更高的幫促性的教學(xué)技巧，教師與學(xué)生在這種教學(xué)模式下共同成長(zhǎng)進(jìn)步，形成“螺旋式”雙向互動(dòng)。

參與此次教學(xué)改革的教師是有10年教齡的專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)教師，獲得過(guò)院教師講課比賽第一名、指導(dǎo)學(xué)生參加“湖北省創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽”，并多次獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，具有扎實(shí)的理論功底和實(shí)踐指導(dǎo)能力，在此次試驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)“專(zhuān)家”的角色，指導(dǎo)“新手”學(xué)生從事“有意義的研究”。

每次實(shí)驗(yàn)參與學(xué)生為10人/次，每5人一個(gè)小組，分組方式可以根據(jù)所預(yù)約實(shí)驗(yàn)的設(shè)備號(hào)進(jìn)行分組（1-5號(hào)第一組，6-10號(hào)第二組），在分組前調(diào)取每個(gè)學(xué)生上學(xué)期的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)成績(jī)，根據(jù)上學(xué)期的表現(xiàn)每組指定一名學(xué)生為小組長(zhǎng)，便于成員間的協(xié)調(diào)。學(xué)生在活動(dòng)中通過(guò)觀察、清晰表達(dá)以及與指導(dǎo)教師、團(tuán)隊(duì)成員間的互動(dòng)等活動(dòng)，完成從“新手”到“專(zhuān)家”的轉(zhuǎn)變。

2.2 方案設(shè)計(jì)

“實(shí)驗(yàn)時(shí)間”為一個(gè)學(xué)年的下半學(xué)期，學(xué)生修讀過(guò)半年的物理實(shí)驗(yàn)課程，熟悉實(shí)驗(yàn)教師的上課模式，故教師示范略有提及即可。

2.2.1準(zhǔn)備階段

每次實(shí)驗(yàn)前，教師將參與學(xué)生召集，各組長(zhǎng)要能夠帶動(dòng)本組成員積極備戰(zhàn)，通過(guò)看書(shū)、上網(wǎng)查閱資料、到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作演習(xí)等方式熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.2.2清晰表達(dá)階段

為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，準(zhǔn)備階段5名學(xué)生要熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程和所有內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)不分配到個(gè)人；學(xué)生主講授課時(shí)，知識(shí)點(diǎn)隨機(jī)分配到個(gè)人，每人負(fù)責(zé)講解某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，其他人員可查漏補(bǔ)缺。

2.2.3反饋階段

在反饋階段，小組成員可以對(duì)其他成員進(jìn)行內(nèi)容或者方法補(bǔ)充；教師對(duì)10名（兩組）成員分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，查漏補(bǔ)缺。

意見(jiàn)反饋完畢，各學(xué)生回到自己實(shí)驗(yàn)桌前，完成書(shū)中要求的實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完成后，學(xué)生離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)處理部分，另加一項(xiàng)寫(xiě)出對(duì)“認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方法的感想與意見(jiàn)”，替代傳統(tǒng)的問(wèn)卷調(diào)查方式。

3 認(rèn)知學(xué)徒制應(yīng)用實(shí)踐效果分析

3.1 取得的成果

認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方式進(jìn)行了一個(gè)月的改革試驗(yàn)，共有240名學(xué)生參與其中。結(jié)合學(xué)生當(dāng)堂表現(xiàn)、提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告反思和跟蹤其后續(xù)實(shí)驗(yàn)的表現(xiàn)等，教學(xué)效果分別如下所述。

3.1.1課堂表現(xiàn)

結(jié)合學(xué)生授課講解與實(shí)驗(yàn)操作的表現(xiàn)，總結(jié)出以下幾個(gè)方面，如表2所示。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告反思

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理時(shí)，添加了對(duì)“認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方式改革的感想與意見(jiàn)”這一項(xiàng)，學(xué)生根據(jù)課前準(zhǔn)備、課堂授課以及數(shù)據(jù)測(cè)量等環(huán)節(jié)的體驗(yàn)，寫(xiě)出自己對(duì)該教學(xué)模式的意見(jiàn)和建議。通過(guò)一個(gè)月的試驗(yàn)，認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方式獲得了學(xué)生的一致好評(píng)，綜合240位同學(xué)的報(bào)告，得出以下結(jié)論：（1）克服了以往“知行分離”的學(xué)習(xí)窘境。大部分學(xué)生寫(xiě)到，在新的教學(xué)模式下，為了能夠清晰表達(dá)出游標(biāo)卡尺的使用方法，并讀出正確的數(shù)據(jù)；（2）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是，學(xué)生觀看指導(dǎo)教師演示，然后自己進(jìn)行操作，是“依葫蘆畫(huà)瓢”的模式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不主動(dòng)思考，更像是完成任務(wù)；通過(guò)新的教學(xué)方式，在討論中學(xué)、在講解中領(lǐng)悟、在操作中實(shí)踐，培養(yǎng)了獨(dú)立探究、自我解決問(wèn)題的能力；（3）認(rèn)知學(xué)徒制培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，在課前準(zhǔn)備階段，小組討論，共同研究解決，團(tuán)隊(duì)每個(gè)成員都能對(duì)別人起到幫扶作用。在學(xué)生授課階段，清晰表達(dá)出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡葍?nèi)容，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高也起到一定的作用。

3.1.3 跟蹤調(diào)查

這里所說(shuō)的跟蹤調(diào)查，是指實(shí)驗(yàn)結(jié)束1個(gè)月后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行的訪談。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題是學(xué)生一周前做的實(shí)驗(yàn)，一周后再來(lái)做，可能就全忘記了，究其原因就是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象沒(méi)有全局把控，遇到問(wèn)題，做一步問(wèn)一步，沒(méi)有主動(dòng)思考所遇到的問(wèn)題，沒(méi)有形成“關(guān)聯(lián)思維”，造成做完就忘。課題組選擇50名學(xué)生來(lái)進(jìn)行同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，大部分同學(xué)能夠熟練做出相關(guān)內(nèi)容，效果較好。在跟蹤調(diào)查中，學(xué)生也反映，一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目認(rèn)真完成，對(duì)其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也會(huì)有很大幫助，由此可見(jiàn)，認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)模式能夠使學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)化，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行精加工，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的遠(yuǎn)遷移。

3.2 出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

（1）教師層面。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行開(kāi)放式預(yù)約管理，同一時(shí)段的學(xué)生可能來(lái)自不同的學(xué)院和班級(jí)，在召集學(xué)生集中分配任務(wù)開(kāi)會(huì)時(shí)，需要找到各學(xué)生的聯(lián)系方式，提前一周約定時(shí)間集合商討上課細(xì)節(jié)，分配教學(xué)任務(wù)，這無(wú)疑給老師增加了較多的工作量。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索，發(fā)現(xiàn)QQ或者微信的方式可以有效解決這一問(wèn)題，而且學(xué)生在后續(xù)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)如果有任何問(wèn)題，也可以通過(guò)這個(gè)方式與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師聯(lián)系，儼然成為學(xué)生的“學(xué)業(yè)導(dǎo)師”。

（2）學(xué)生層面。每個(gè)學(xué)生在報(bào)告中都提到同一個(gè)問(wèn)題，就是在花費(fèi)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)上的時(shí)間較之前多，這樣留給其余課程的時(shí)間無(wú)形中就減少了。為此，課題組在討論之后決定，縮短學(xué)生準(zhǔn)備時(shí)間，可以通過(guò)互助小組的方式來(lái)減少實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間，上一個(gè)小組與下一個(gè)小組之間打通，即建立一個(gè)共同的QQ群或者微信群，如果是查詢(xún)同一個(gè)資料，已經(jīng)做過(guò)該實(shí)驗(yàn)的同學(xué)可以提供相關(guān)資料或者視頻供其他同學(xué)參閱，學(xué)生把精力放在實(shí)驗(yàn)的理解和講解上，這樣就能大大提高效率，同時(shí)也不耽誤其它課程的學(xué)習(xí)。

（3）成績(jī)?cè)u(píng)定。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已形成一套完善的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)記錄給分。在認(rèn)知學(xué)徒制的教學(xué)模式下，學(xué)生比以往花費(fèi)了更多的時(shí)間和精力，在操作與數(shù)據(jù)測(cè)量方面較之以前有很大的進(jìn)步，在成績(jī)?cè)u(píng)定上就不能依據(jù)以往的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要形成一套新的與之相符合的評(píng)價(jià)體系，這也是實(shí)施認(rèn)知學(xué)徒制教學(xué)方式急需解決的課題之一。雖然還沒(méi)有形成體系，不過(guò)課題組教師根據(jù)以往的評(píng)價(jià)體系，增加了“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備”與“實(shí)驗(yàn)講解”的部分，分別并入到“預(yù)習(xí)成績(jī)”與“操作成績(jī)”中，學(xué)生對(duì)此無(wú)異議，期望以后能有更好的考核方式。

4 總結(jié)

通過(guò)本次對(duì)240名學(xué)生在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)證研究表明，認(rèn)知學(xué)徒制為促進(jìn)教學(xué)方式改革，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中“知行合一”，為學(xué)生發(fā)展專(zhuān)業(yè)技能和提高工程實(shí)踐能力提供了一個(gè)全新的視角，適用于所有實(shí)踐類(lèi)課程的教學(xué)。該理論使學(xué)生能夠在任務(wù)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題并逐步提高綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，能夠培養(yǎng)學(xué)生積極主動(dòng)的探索和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神[1]。

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作者簡(jiǎn)介：周曉紅（1982.06-），女，湖北棗陽(yáng)，湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué).