基于微信公眾平臺的PBL大學(xué)物理實驗教學(xué)模式研究

段卓琦

(大理大學(xué)工程學(xué)院 云南 大理 671003)

1 前言

微信是2011年1月21日，騰訊公司正式推出的一款集通訊和社交功能于一體的即時通訊軟件.2012年8月騰訊公司又推出了微信公眾平臺，專門針對各類個人用戶以及團體用戶提供微信訂閱服務(wù)[1].目前微信在大學(xué)生中的使用率越來越高，已經(jīng)成為大學(xué)生不可或缺的溝通交流和獲取信息的工具，同時也展現(xiàn)了其在教育領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力.PBL(Problem-Based Learning)最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育, 是一種強調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主的學(xué)習(xí)方法；約翰·薩弗里(John R.Savery)指出，PBL是一種以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)(課程)設(shè)計方法，讓學(xué)習(xí)者掌控學(xué)習(xí)和研究的過程，使理論與實踐相統(tǒng)一，并應(yīng)用知識和技能去找出特定問題的可能解決方案[2,3].大學(xué)物理實驗是理工科專業(yè)學(xué)生的一門必修課程，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Α?chuàng)新能力有著重要的作用，也是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力的一個良好途徑.

大學(xué)物理實驗課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式是：課前預(yù)習(xí)、課堂實驗和課后實驗報告.而最常見的預(yù)習(xí)方式就是通過閱讀教材進(jìn)行書面預(yù)習(xí)和到實驗室預(yù)做實驗[4].通過閱讀教材預(yù)習(xí)對實驗設(shè)備、操作等沒有直觀的體會，無法使學(xué)生清晰地了解實驗的具體內(nèi)容、操作方式等；加上部分學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣較差，預(yù)習(xí)報告、預(yù)習(xí)作業(yè)流于形式，甚至有個別同學(xué)根本不預(yù)習(xí)，導(dǎo)致課堂效率低，實驗過程中錯誤多，甚至?xí)驗椴活A(yù)習(xí)而出現(xiàn)錯誤操作，存在很大的安全隱患；有些學(xué)習(xí)習(xí)慣差的學(xué)生還會跟著其他學(xué)生“混”實驗，實驗做完了也沒有全面了解所做實驗，實驗報告基本靠抄.課前到實驗室預(yù)做實驗的方式可以讓學(xué)生直接面對設(shè)備，對實驗原理、設(shè)備、操作方法等都有直觀的體會，但大多數(shù)時候由于實驗室的設(shè)備資源有限、人員不足、開放時間限制等因素，使得這種預(yù)習(xí)方式很難推廣.本文利用微信公眾平臺，改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，希望對大學(xué)物理實驗教學(xué)改革提供一些新思路.

2 基于微信公眾平臺的實驗教學(xué)模式

2.1 基于微信公眾平臺的教學(xué)流程

基于微信公眾平臺的大學(xué)物理實驗教學(xué)流程分為預(yù)習(xí)準(zhǔn)備→實驗預(yù)習(xí)→課堂實驗→完成實驗報告4個主要步驟，教學(xué)流程如圖1所示.在開始預(yù)習(xí)前先給學(xué)生發(fā)送預(yù)習(xí)思考題，讓學(xué)生帶著問題閱讀教材或平臺上發(fā)送的文字、圖片、動畫、視頻等資料，如果學(xué)生順利完成預(yù)習(xí)思考題，達(dá)到預(yù)習(xí)要求，則可進(jìn)行實驗；如果在預(yù)習(xí)過程中遇到問題或無法完成預(yù)習(xí)思考題，則可通過平臺向教師、同學(xué)提問，解決問題后即可達(dá)到預(yù)習(xí)要求，并進(jìn)行實驗.在實驗過程中，教師的主要任務(wù)就是現(xiàn)場指導(dǎo)實驗操作，實驗結(jié)束后在完成實驗報告過程中如果遇到問題還可以通過平臺與教師、同學(xué)討論，將課堂教學(xué)延伸到課下.

圖1 基于微信公眾平臺的大學(xué)物理實驗教學(xué)流程

2.2 基于大學(xué)物理實驗微信公眾平臺的學(xué)習(xí)過程

在實驗課前兩三天，通過微信公眾平臺給學(xué)生發(fā)送預(yù)習(xí)思考題、本次實驗的文字材料、實驗儀器的圖片、實驗操作的動畫、視頻等資料，讓學(xué)生帶著問題瀏覽微信公眾平臺中的相關(guān)信息.預(yù)習(xí)思考題的難易要適當(dāng)，且盡可能體現(xiàn)實驗原理的關(guān)鍵點并與實驗操作過程相關(guān)聯(lián)，盡量讓學(xué)生能夠通過微信平臺發(fā)送的信息就能得到相應(yīng)答案，否則有些學(xué)生可能看到預(yù)習(xí)思考題就被“嚇到”，在預(yù)習(xí)期間就對實驗產(chǎn)生了畏懼和排斥的心理.而且學(xué)生可以利用“碎片時間”，通過圖片、動畫、視頻等媒體進(jìn)行預(yù)習(xí)，相對僅通過閱讀教材預(yù)習(xí)的方式更加直觀，而且不會造成時間上的壓力.

圖2 大學(xué)物理實驗微信公眾平臺——小實驗大道理截圖

例如,在“霍爾效應(yīng)”實驗前，給學(xué)生發(fā)送的預(yù)習(xí)思考題是：

(1)什么叫霍爾效應(yīng)；

(2)為什么金屬材料的霍爾效應(yīng)不明顯，霍爾元件通常選擇半導(dǎo)體材料？

(3)什么是霍爾元件的靈敏度；

(4)在實驗內(nèi)容1,2(見教材)中，霍爾元件應(yīng)該放在什么位置？

(5)數(shù)據(jù)記錄表格中Im,Is前的“+”“-”號是什么意思？

其中(1)、(2)、(3)題涉及了霍爾效應(yīng)基本原理的相關(guān)內(nèi)容，而(3)中的靈敏度也是實驗內(nèi)容1中需要測量的物理量，而(4)中霍爾元件的位置會影響到靈敏度的測量結(jié)果(如果元件放在磁場邊緣，則磁感應(yīng)強度B偏小，會導(dǎo)致靈敏度的測量結(jié)果偏大，從而影響到后續(xù)實驗結(jié)果)；(5)中“+”“-”號的含義則與熱磁副效應(yīng)相關(guān)[5].

因此，學(xué)生在解決了預(yù)習(xí)思考題的同時也對實驗原理、內(nèi)容、待測量等有了較全面的了解.而且這些問題的答案在平臺發(fā)送的信息中都可以找得到，在實驗教材中也有詳細(xì)的介紹.學(xué)生回答這些問題的過程就是一個帶著明確目標(biāo)通過教材、微信平臺所發(fā)信息預(yù)習(xí)的過程.如果有學(xué)生不能找到這些問題的答案，則可以通過平臺提問，提出的問題教師、同學(xué)都可以回答或討論，這也有助于培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)能力和拉近師生之間的距離.

當(dāng)教師看到學(xué)生在微信公眾平臺中的提問之后，不要急于回答，先“觀望”片刻，如果有其他學(xué)生回答，就先讓學(xué)生們討論，然后在恰當(dāng)?shù)臅r機加入討論，引導(dǎo)學(xué)生討論的方向.針對學(xué)生討論的具體情況，可以引導(dǎo)學(xué)生直接得出答案，或者引導(dǎo)學(xué)生找到方法，在實驗過程中找答案.如果學(xué)生在平臺中提出問題后沒有其他學(xué)生“響應(yīng)”，教師應(yīng)盡可能及時給予“響應(yīng)”，(同時教師要重點關(guān)注此類問題，因為沒有學(xué)生響應(yīng)，可能是因為這個問題是普遍存在的)同樣也要根據(jù)情況直接給出答案或者引導(dǎo)學(xué)生找到解決問題的方法.例如，在電流計改裝成安培表的實驗中，在預(yù)習(xí)思考題中有這樣一個問題：如圖3所示，如果改裝安培表的測量結(jié)果總是偏大，分流電阻應(yīng)該調(diào)大還是調(diào)小呢？如果改裝伏特表的測量結(jié)果也偏大，限流電阻該怎么調(diào)節(jié)？

圖3 電流表、電壓表結(jié)構(gòu)圖

在預(yù)習(xí)過程中，學(xué)生會通過理論分析計算解決問題，而分析計算的結(jié)果到底對不對呢？這時就可以引導(dǎo)學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中通過理論分析得出結(jié)果，并在實驗過程中通過改變電路中電阻的值，來試驗電阻的值對改裝表測量結(jié)果的影響.由此不僅可以讓學(xué)生驗證自己的計算分析方法正確與否，同時也可以鍛煉學(xué)生通過實驗解決問題的能力，將理論知識與實踐結(jié)合起來.教師對平臺上學(xué)生提出和討論的問題要給予記錄，對一些典型問題可以在課堂實驗前給所有同學(xué)統(tǒng)一講解；對一些只有少數(shù)同學(xué)遇到的問題，可以在實驗過程中有針對性地給予關(guān)注和引導(dǎo).

在利用大學(xué)物理實驗微信公眾平臺預(yù)習(xí)的過程中，也要注意不能讓學(xué)生形成只為完成預(yù)習(xí)思考題而預(yù)習(xí)的習(xí)慣.而是要讓學(xué)生通過問題的解決對實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗?nèi)容、待測量和測量方法等有一個全面系統(tǒng)的認(rèn)識，形成清晰的實驗思路，盡可能形成自己的實驗方案.這可以通過一些在預(yù)習(xí)期間思考、在實驗過程中找答案的問題來引導(dǎo)學(xué)生.例如：我校電表改裝實驗用的是DH4508型電表改裝與校準(zhǔn)實驗儀，如圖4所示，其待改裝表為一指針式電流表，而標(biāo)準(zhǔn)表為數(shù)字式電流表和電壓表.在改裝電表校準(zhǔn)的過程中，是待改裝表取整數(shù)好，還是標(biāo)準(zhǔn)表取整數(shù)好呢(表1)？這個問題在學(xué)生預(yù)習(xí)過程中是不會有太多體會的，大多數(shù)學(xué)生覺得無所謂哪個取整數(shù)，關(guān)鍵是看改裝表和標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)的差異.而在實驗過程中，學(xué)生才會發(fā)現(xiàn)如果標(biāo)準(zhǔn)表取整數(shù)，則當(dāng)指針式改裝表的指針指在兩個刻度之間時，只能估讀，由此得到的ΔIX值誤差就會增大；而選擇改裝表為整數(shù)，則數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)表會顯示出一個在其精度范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)，ΔIX值就不會因為估讀而引入額外的誤差.

圖4 DH4508型電表改裝與校準(zhǔn)實驗儀

由于在預(yù)習(xí)過程中學(xué)生對實驗原理、實驗內(nèi)容等都有了比較全面的了解，所以在課堂實驗中教師可以減少對這些內(nèi)容的講授，而將重點放在對實驗注意事項、實驗中可能會遇到的問題等內(nèi)容的強調(diào)上，讓學(xué)生有更多的時間動手實驗，讓學(xué)生在實驗過程中有時間“試錯”“改錯”.

表1 校準(zhǔn)改裝電流表數(shù)據(jù)記錄表

在實驗結(jié)束后，學(xué)生在完成實驗報告的過程中同樣也會遇到這樣或那樣的問題，這時也可以通過平臺提問，通過教師、學(xué)生共同討論找到正確答案，也可提高實驗報告的質(zhì)量.

3 基于微信公眾平臺的實驗教學(xué)模式的優(yōu)點

利用大學(xué)物理實驗微信公眾平臺的教學(xué)改革重點放在實驗預(yù)習(xí)階段，融入了問題式學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的元素.學(xué)生在開始預(yù)習(xí)之前就給學(xué)生發(fā)送預(yù)習(xí)目標(biāo)——預(yù)習(xí)思考題.讓學(xué)生帶著問題來閱讀觀看教材，平臺中發(fā)送的文字、圖片、動畫、視頻等信息，使學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中有明確的針對性.避免學(xué)生在預(yù)習(xí)后出現(xiàn)“我每一個字都讀懂了，但還是不知道實驗要做什么？怎么做？”的現(xiàn)象.

預(yù)習(xí)思考題分成兩種類型，一種是在預(yù)習(xí)期間可以解答并且為順利實驗奠定基礎(chǔ)的，例如在霍爾效應(yīng)實驗中的

(1)什么叫霍爾效應(yīng)；

(2)為什么金屬材料的霍爾效應(yīng)不明顯，霍爾元件通常選擇半導(dǎo)體材料？

(3)什么是霍爾元件的靈敏度？

這種類型的問題在預(yù)習(xí)期間就可以完全解答，屬于理論型的.另一種類型的題是“理論+實踐型”或“實踐型”的，例如在電表的改裝實驗中“如果改裝表的測量結(jié)果總是偏大，該怎么解決？”這種問題學(xué)生可以通過理論計算得到結(jié)果，也可以通過實驗來找到答案.學(xué)生通過實驗來驗證自己理論推導(dǎo)結(jié)果的過程不僅使學(xué)生對推導(dǎo)結(jié)果有一個直觀的體會，同時還可將理論知識和實驗現(xiàn)象融合在一起，從而改變學(xué)生理論知識和實踐技能脫節(jié)的現(xiàn)象.“在校準(zhǔn)改裝電表的過程中，是待改裝表取整數(shù)好，還是標(biāo)準(zhǔn)表取整數(shù)好呢？”這類問題在預(yù)習(xí)過程中學(xué)生不好用理論知識來分析答案，于是他們就會帶著問題在實驗過程中來求證.所以，這些問題從預(yù)習(xí)過程中一直延續(xù)到實驗過程中，學(xué)生帶著疑惑進(jìn)行實驗，就會使學(xué)生保持著實驗的積極性和主動性.

而且，這種教學(xué)模式將實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗?nèi)容等學(xué)習(xí)過程主要放在課外，由學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)和通過微信公眾平臺與教師、同學(xué)討論的方式完成實驗前的知識積累，所以在實驗課上，教師只需要對注意事項和典型問題進(jìn)行強調(diào)，可節(jié)約出大量時間讓學(xué)生進(jìn)行實驗，教師也有更多的精力和時間對學(xué)生的實驗操作、實驗技能進(jìn)行指導(dǎo)，可從一定程度上改善目前普遍存在的課時不足的狀態(tài)[6].

4 總結(jié)

當(dāng)代社會需要人們具有獨立獲取并應(yīng)用知識的能力、解決問題的能力、合作的能力、綜合技能以及繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力，而這一基于微信公眾平臺的實驗教學(xué)模式引入了問題式學(xué)習(xí)模式和合作學(xué)習(xí)的元素，不僅能改進(jìn)學(xué)生預(yù)習(xí)的質(zhì)量、提高實驗效率，還可培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、合作能力等.