大學物理設計性實驗“項目-反思”式教學模式的構(gòu)建

吳 肖，吳福根，朱道云

(廣東工業(yè)大學 實驗教學部，廣東 廣州 510006)

設計性物理實驗是介于基本教學實驗和科學研究之間的、較高層次的、類科研的物理實驗訓練,要求學生在教師的指導下，針對某一實驗題目或?qū)嶒炓螅殚営嘘P(guān)資料，提出實驗原理，根據(jù)科學設計的原則確定最優(yōu)實驗方案，包括確定測量條件、制定實驗方法和步驟、觀察實驗現(xiàn)象和記錄數(shù)據(jù),研究實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，并著重對實驗結(jié)果進行分析和研究，直至完成實驗[1]. 對于學生而言，做了1～2個學期的基礎性實驗后，轉(zhuǎn)入設計性實驗會非常興奮和投入. 設計性實驗能夠確保學生旺盛的求知欲和強烈的好奇心，但對于學生的自主學習能力要求較高，相對于基礎性實驗，設計性實驗中的問題解決更為復雜. 設計性實驗因給予了學生較大的學習空間，充分體現(xiàn)學生的自主設計、自主實施、自主分析和總結(jié)的能力，學生通過解決實驗過程中不斷出現(xiàn)的新情況和新問題，提升自身的動手能力和激發(fā)自身的創(chuàng)造力. 在實際教學中發(fā)現(xiàn)，設計性物理實驗難以掌控和管理，如果沒有做好設計性實驗的教學指導與管理工作，學生實驗中常常出現(xiàn)虎頭蛇尾的情況.

1 “項目-反思”式教學模式的構(gòu)建

“項目”一詞，本身來源于管理學科，指在一定的約束條件下(主要是限定時間、限定資源)，具有明確目標的一次任務，項目側(cè)重于過程[2]. 設計性實驗項目，其過程應由學生獨立自主完成，學生是項目里的成員;作為教師，其教學實際上是對項目的管理、指導、監(jiān)控與評價. “項目-反思”式教學模式主張將項目管理的思想運用于設計性實驗中. 設計性實驗一般從實驗的設計到完成歷時較長，具有較大的挑戰(zhàn)性，項目管理思想的運用可以確保實驗的順利開展，保證整個實驗歷程的完整性.

在設計性實驗中強調(diào)反思，主要是因為設計性實驗的學習是高元認知能力的學習[3]. 反思是指個體積極監(jiān)控、評價和修正自身思維的過程[4]. 設計性實驗的反思，是學生對自我和設計及實施過程以及結(jié)果進行監(jiān)控、判斷和改善的思維活動. 為了能夠達到實驗設計與實施的最優(yōu)化，學生需要考慮實驗儀器的選擇是否合適，判斷實驗方案的制定是否合理，監(jiān)控自己的實驗操作，調(diào)控自己的注意力，調(diào)整自己的心態(tài)，評價實驗策略，改變實驗方案，調(diào)節(jié)實驗進程，對實驗結(jié)果進行評價，這些都需要學生進行自我反思. 自我反思有效地促進了設計性實驗成功的進程，兩者相互聯(lián)系、密不可分.

將大學物理設計性實驗看成項目來實施，充分體現(xiàn)了實驗作為實踐型課程的課程設計思想. 實踐類課程一般以“計劃”(Plan)、“探究”(Explore)、“表達”(Express)的PEE活動構(gòu)成[5]. 結(jié)合這一課程設計思想，考慮到學生自主學習的特點，提出了大學物理設計性實驗“項目-反思”式教學模式.

圖1是大學物理設計性實驗“項目-反思”式教學模式的框架圖，學生依托開放式的實驗環(huán)境，進行實驗項目，完成實驗的探究、表達與交流；教師依托交流/管理平臺對實驗項目進行管理指導，在實驗前提出評價標準，在實驗設計后進行可行性評估，在實驗實施時進行質(zhì)量把關(guān)，實驗后組織交流并對學生評價. 教師依據(jù)項目的流程以及學生需要思考之處編制出反思工具，使學生對實驗進程進行反思監(jiān)控，進而做出調(diào)整.

圖1 “項目-反思”式教學模式框圖

2 “項目-反思”式教學模式的環(huán)節(jié)

2.1 學生項目進行的3個環(huán)節(jié)

將實踐類課程的“計劃”、“探究”和“表達”的PEE活動構(gòu)成作為“項目-反思”式教學模式的3個主要環(huán)節(jié).

環(huán)節(jié)1：計劃，包括明確研究問題、設計實驗和形成具體計劃. 明確研究問題主要是對實驗的目的進行分析；設計實驗即對實驗方法進行最優(yōu)化設計及可行性分析、選擇實驗儀器和設計實驗記錄表格. 具體的計劃即將項目分成幾個可執(zhí)行的任務，并設計出實驗的實施步驟，預測實驗中可能存在的問題，制定實驗進度計劃表，考慮人員的分配及相互之間的溝通方式.

環(huán)節(jié)2：探究，是指深入探討，反復研究. 從最原始的含義上講，探究就是尋找所需的信息，尋找目標物體，尋找對某種現(xiàn)象或?qū)δ骋灰蓡柕慕忉專瑢ふ医鉀Q問題的答案，尋求符合要求的設計[6]. 探究的實施階段，是對計劃的具體執(zhí)行，即通過觀察與實驗，獲取事實與證據(jù)或形成具體的成果，包括對突發(fā)問題的解決、誤差(風險、成本)的控制、實驗數(shù)據(jù)的記錄，分析論證、得出結(jié)論.

環(huán)節(jié)3：表達，通過表達，展示學生的實驗過程，并使學生的思維可視化，同時形成對實驗的自我評估與總結(jié). 設計性實驗教學必不可少的環(huán)節(jié)是實驗匯報和撰寫相應的實驗論文，通過這一環(huán)節(jié)滿足了學生自我表現(xiàn)和自我實現(xiàn)的需要，也促進學生對實驗整體的評價、反思與改進.

2.2 教師教學指導的4個環(huán)節(jié)

設計性實驗應該給予學生充分的自主權(quán)，以及較大的自由度，為了防止較大的自由度使學生變得盲目、松散和缺乏自我監(jiān)管，在項目管理的基礎之上，教師針對實驗的進程進行適度地介入是非常必要的.

環(huán)節(jié)1：實驗設計前的介入，組織探究，明確評價標準. 教師在與學生確定設計性實驗項目后，需要給出明確的項目要求以及評價標準. 全面科學的評價指標可以使學生明確設計性實驗的具體要求，從而在實驗過程中進行有效地反思和改進. 如向?qū)W生提出“設計的創(chuàng)新性、研究的全面性、結(jié)果的精確性、裝置的性價比”等評價指標及權(quán)重，學生實驗時不盲目. 由于評價指標很重要，實驗中最好以紙質(zhì)形式發(fā)放，以免學生遺忘. 明確的要求和評價標準也有助于學生在進行實驗項目需求分析時做到有的放矢.

環(huán)節(jié)2：實驗設計后的介入，探究計劃的可行性評估. 實驗的可行性受到多種因素的影響，實驗的可行性需對理論的可行性、實驗方法的可行性和實驗條件的可行性進行評估. 教師此時的把關(guān)是非常重要的，可以防止學生盲目地進行實驗.

環(huán)節(jié)3：實驗實施中的介入，研究質(zhì)量的把關(guān). 基于項目的實驗實施其中一個理念是將實驗計劃進行分解，小組制定好項目計劃，并且具體到某一時間段要完成某一項任務. 在這段任務實施的前半段，教師先不過多地介入指導，也許實施之初最難，卻是學生自主學習的最佳時期，小組成員間的思維碰撞也是最激烈的，當學生遇到問題能夠嘗試自行成功解決時，他們獲得的成就感也就越強烈，在后面的學習中就更有動力去自己克服種種困難. 教師過早地介入幫學生解決了太多的問題，學生的依賴就會增加. 教師可以在任務實施的后半段開始介入，按任務要求了解學生完成情況，如果進度過慢，應加以督促；了解學生在實驗中遇到的問題及解決情況，如果解決難度過大，可以和學生一起討論解決.

環(huán)節(jié)4：實驗實施后的介入，組織匯報交流和評價. 在開展設計性實驗時發(fā)現(xiàn)，學生對實驗的過程非常重視，但是一旦完成實驗，獲得結(jié)果后很少對實驗進行自我評價，通過匯報交流進行自我評價和互相評價，將好處、不好之處呈現(xiàn)在教師和學生的分析之下，并且可以學習同伴的經(jīng)驗和長處，通過評價促進更深入地思考與學習.

3 “項目-反思”式教學模式的實踐

利用反思工具促進學生積極的反思是“項目-反思”式教學模式的最大特點. 通過促進學生積極的反思，從而提高學生自主學習能力中的元認知監(jiān)控能力，以及積極的自主學習態(tài)度. 所謂反思工具，是指支持學生實施反思過程的思維輔助手段、方式或方法[7]. 反思工具可以起到2方面的作用：一是作為幫助學生實現(xiàn)自己與自己的交流，將學生的內(nèi)隱知識和思維顯性化；二是可以作為引導學生進行實驗設計與實施的思維操作的輔助手段，通過恰當?shù)奶崾净蛞龑?，可以幫助學生實現(xiàn)設計與實施過程中思維的集中性、連續(xù)性和完整性. 因此，反思工具對于學生設計實驗來說，是一種有益的支架. 除此之外，反思工具也可以成為教師對學生表現(xiàn)性評價的依據(jù)[8].

為了促進學生反思，采用了多種反思記錄工具，例如：

1)基于問題的工作單式的結(jié)構(gòu)化反思記錄工具[8]. 在實驗進行的不同階段，通過一些問題讓學生進行思考，可以有效地促進學生對元認知策略的掌握，幫助學生內(nèi)化到關(guān)于設計性實驗項目中的4個主要問題：實驗目標是什么？現(xiàn)在進展如何？接下來該如何進行？完成得怎么樣？著名教育評估專家Earl這樣寫道:學生，當其成為積極的、主動參與的、具有批判性思維的評價者時，他就可以理解信息，將其與先前所學聯(lián)系起來，并掌握其中的技巧，這是元認知的調(diào)節(jié)過程. 其實很多時候?qū)W生只要意識到問題的關(guān)鍵所在，就會去想辦法轉(zhuǎn)變和解決.

2)基于微信企業(yè)號的網(wǎng)絡日志式的反思記錄工具[9]，學生通過自我記錄的形式，如文本、錄音、錄像等形式記錄實驗的進程和完成項目的經(jīng)歷，記錄對實驗的所思所想和一些感受. 反思記錄工具(圖2)為學生提供展示自己、解剖自己的機會. 教師即時通過手機進行評價并與之交流，即時幫助學生改進學習方法和態(tài)度，提高自主學習能力.

圖2 基于微信企業(yè)號的反思記錄工具

通過以上反思工具的使用發(fā)現(xiàn)，反思工具可以有效地促進學生對自我的正確評價，促進學生與學生以及教師之間經(jīng)常性的協(xié)作學習，反思促進交流，學生的進步與成長是巨大的.

4 結(jié)束語

依據(jù)實踐課程的設計思想，在大學物理設計性實驗中提出了“項目-反思”式學習模式，形成了設計性實驗的“計劃、探究、表達”的PEE活動環(huán)節(jié)，教師在實驗項目教學上分階段適度地介入，賦予學生充分的自主學習責任感而又不至于盲目行動. 針對設計性實驗對元認知能力要求較高，提出利用反思記錄工具促進學生對自我的正確評價的方式，通過開放式、協(xié)作式的學習促進學生的自主學習.