普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式的探究與實(shí)踐

陳宇環(huán) 李成金

摘 要：文章根據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，結(jié)合獨(dú)立院校理工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐能力要求和普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式。以期通過實(shí)施分層教學(xué)有效地增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，為優(yōu)化普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考意見。

關(guān)鍵詞：普通物理實(shí)驗(yàn);分層教學(xué);分層教學(xué)實(shí)踐

普通物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸到的一門基礎(chǔ)必修課，它是集動(dòng)手、觀察、分析與判斷、演繹與歸納、推理、文字表達(dá)等一系列基礎(chǔ)能力訓(xùn)練為一體的綜合性課程，是相關(guān)細(xì)分專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的重要載體。

普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。為此，依據(jù)獨(dú)立學(xué)院理工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)中的實(shí)踐能力要求和獨(dú)立學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)際情況，在構(gòu)建普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式方面做出以下探索。

一、普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式的構(gòu)建

在普通物理實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)不同，如果按照同樣的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容和要求進(jìn)行教學(xué)，基礎(chǔ)較好的學(xué)生能夠輕易完成，缺乏挑戰(zhàn)性和積極性;基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生簡單模仿教師操作、機(jī)械記錄數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰o法得到提升。若不考慮學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟町愋?，忽視學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的不同需求，只強(qiáng)調(diào)教學(xué)的統(tǒng)一性，勢必會(huì)阻礙基礎(chǔ)好的學(xué)生的發(fā)展，也會(huì)使得基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加困難。因此，普通物理實(shí)驗(yàn)的因材施教、分層教學(xué)勢在必行。

（一）教學(xué)對象的能力分層

為了更好地實(shí)施分層次、分階段的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)課的分層教學(xué)，教師可以依據(jù)學(xué)生在“物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試卷”中表現(xiàn)出來的實(shí)驗(yàn)思維和主觀能動(dòng)性，將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行隱形分層，分為基礎(chǔ)層和提高層。

基礎(chǔ)層的學(xué)生所需完成實(shí)驗(yàn)的最低要求為教學(xué)大綱中的規(guī)定，旨在提升學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。提高層的學(xué)生在完成教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)上，教師會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目增加綜合性較強(qiáng)的內(nèi)容，提出更高的要求，進(jìn)一步催化學(xué)生發(fā)展自身潛能。實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，不同能力層次的學(xué)生之間可以互通，利于學(xué)生之間的交流和良性競爭，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步。

（二）教學(xué)內(nèi)容的分層

依據(jù)不同實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，可以將普通物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層次。考慮“最近發(fā)展區(qū)”理論，從低到高、分階段地培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，從基本能力?xùn)練到綜合能力培養(yǎng)，全面發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中設(shè)置必做實(shí)驗(yàn)和補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，以滿足多層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。必做實(shí)驗(yàn)是教學(xué)大綱規(guī)定所有學(xué)生所需完成的教學(xué)內(nèi)容;補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)是針對實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行補(bǔ)充和拓展，如在三線擺測量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)中拓展利用扭擺測量金屬絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)、在電勢差計(jì)的使用實(shí)驗(yàn)中補(bǔ)充用電勢差計(jì)校正電壓表等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。提高層學(xué)生不僅需要完成必做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還需完成補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容為預(yù)備性實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。這個(gè)階段學(xué)生主要進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)理論的學(xué)習(xí)，力、熱、光、電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用，基本物理量的測量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫和誤差分析，如長度的測量、模擬法測繪靜電場、金屬線脹系數(shù)的測定等實(shí)驗(yàn)。此階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和學(xué)習(xí)興趣，提高基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為下一個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)做充分準(zhǔn)備。

綜合性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)原理涉及多領(lǐng)域、實(shí)驗(yàn)難度大為提高和實(shí)驗(yàn)方法更加復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，從力、熱、光、電學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)逐步過渡到近代物理實(shí)驗(yàn)，如牛頓環(huán)、邁克耳遜干涉儀、光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)。此階段拓展了實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，體現(xiàn)了學(xué)科交叉性，需要學(xué)生具備良好的實(shí)驗(yàn)分析能力，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。

（三）教學(xué)方法的分層

我國現(xiàn)行的普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要是以教師為主導(dǎo)。教師在實(shí)驗(yàn)課堂開始時(shí)講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、儀器的使用方法以及注意事項(xiàng);在講授的過程中為學(xué)生示范實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生模仿教師操作，測量基本物理量、完成實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的講授法注重知識(shí)的傳授，忽略了對學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析問題的能力的培養(yǎng)，難以滿足培養(yǎng)目標(biāo)中的實(shí)踐能力和探究能力要求。

在分層教學(xué)模式下，各層次教學(xué)中的能力培養(yǎng)側(cè)重點(diǎn)不同，教師在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的教學(xué)方法也應(yīng)有所調(diào)整。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。教學(xué)方法以傳統(tǒng)的教師邊講授邊示范為基本方法，加上口頭提問的方式，完成對學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，包括原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)處理及誤差分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫等，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)。為了配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用微信公眾號(hào)平臺(tái)事先發(fā)布實(shí)驗(yàn)課程的微課視頻，讓學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，縮短教師實(shí)驗(yàn)課講授時(shí)間，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更好地理解和完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

綜合性實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＝虒W(xué)方法以啟發(fā)式為主，如學(xué)生的自主式學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，用所學(xué)知識(shí)分析、解決問題。教師擔(dān)任引導(dǎo)者，從講授式教學(xué)變?yōu)橛懻撌浇虒W(xué)，鼓勵(lì)小組合作完成實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究方法。

二、普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式的實(shí)踐

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y試與分層

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η皽y試卷的設(shè)計(jì)

對本次調(diào)查研究數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0進(jìn)行分析。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η皽y試卷分為兩個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)芰柧碚{(diào)查和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試卷。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰柧碚{(diào)查從實(shí)驗(yàn)興趣、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、問題解決能力三個(gè)維度設(shè)置了10道封閉式單項(xiàng)選擇題。采用李克特5點(diǎn)量表計(jì)分，選項(xiàng)為“完全不同意”“比較不同意”“不一定”“比較同意”“完全同意”，分別賦值0、1、2、3、4、5分，得分越高表示學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)越有興趣、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣越好、問題解決能力越強(qiáng)。筆者從實(shí)驗(yàn)必備品格、實(shí)驗(yàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)、操作技能、數(shù)據(jù)處理能力和設(shè)計(jì)能力五個(gè)維度著手，編制了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試卷。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試卷設(shè)計(jì)了14道單項(xiàng)選擇題、2道實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，試卷總分值為100分。

設(shè)計(jì)前測試卷的目的在于了解學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ?，并將其作為學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ姆謱右罁?jù)。樣本情況如表1：

共發(fā)出學(xué)生問卷227份，回收有效問卷220份。

2.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ那皽y與分層

本次調(diào)查和實(shí)踐以蘇州大學(xué)文正學(xué)院四個(gè)理工科班級(jí)的學(xué)生為樣本，將其中兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，另外兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生設(shè)置為對照組。為了解兩組學(xué)生在進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐前的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ绞欠翊嬖诓町悾瑢山M學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η皽y試卷得分情況進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組和對照組班級(jí)學(xué)生的得分顯著性水平P=0.095>0.05，不存在顯著差異，即在入學(xué)時(shí)四個(gè)班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ教幱谕粚哟?，可以作為對照班?jí)開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

綜合學(xué)生問卷、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y試卷的得分情況，將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ椒譃閮蓚€(gè)層次：得分較高的一半為提高層，另一半為基礎(chǔ)層。

3.調(diào)查結(jié)果與分析

為了解學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υ谛詣e上是否存在差異，先對男女生前測試卷的得分情況進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)。

由圖1可知，男女生在物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η皽y試卷上得分相當(dāng)，差距不大。為探究男女生各個(gè)維度實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ欠翊嬖陲@著差異，對男女生能力成分及測試卷成績進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

在本次測試樣本中，男生和女生調(diào)查問卷得分情況滿足獨(dú)立大樣本條件，對兩組數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行差異的顯著性檢驗(yàn)需先進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)來考察兩個(gè)總體方差是否相等。選取性別為分組變量，得到表2、表3：

利用F分布對方差進(jìn)行齊性檢驗(yàn)，虛無假設(shè)為方差齊性，備擇假設(shè)為方差非齊性。令本次測試男生成績的平均值為，女生成績的平均值為。

提出假設(shè)：

采取雙側(cè)檢驗(yàn)，在實(shí)踐意愿能力成分得分上|t|=3.280>1.96=t0.05，顯著性水平P=0.001<0.05，拒絕虛無假設(shè)H0接受備擇假設(shè)H1。故有結(jié)論：在0.05 顯著水平上，男女生在動(dòng)手實(shí)踐得分平均值上存在顯著差異。在其他能力成分及測試卷得分上無明顯差異。

調(diào)查結(jié)果表明，男生動(dòng)手組裝、改造器械的實(shí)踐意愿明顯高于女生，男女生在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ椒矫鏇]有明顯區(qū)別。實(shí)踐意愿產(chǎn)生差異的原因有男女生的性格特征和思維品質(zhì)異質(zhì)：男生偏向于抽象思維，動(dòng)手能力較強(qiáng);女生偏向于形象思維，數(shù)據(jù)記錄較為準(zhǔn)確。

為了解理工科學(xué)生開展普通物理實(shí)驗(yàn)課程之前的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΜF(xiàn)狀，對學(xué)生問卷各能力維度和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η皽y試卷的得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到表4：

其中，實(shí)驗(yàn)興趣成分得分為3.91，實(shí)驗(yàn)習(xí)慣成分得分為3.82，問題解決能力成分得分為3.34，前測試卷平均分為61.03。由此可見，理工科學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣較高，實(shí)驗(yàn)習(xí)慣較好，但解決實(shí)際問題的能力有所欠缺，這可能是由高考對“會(huì)做實(shí)驗(yàn)題目”的要求高于“會(huì)做實(shí)驗(yàn)”造成的，學(xué)生在中學(xué)自己做物理實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)較少，習(xí)慣于在紙上做題，將物理實(shí)驗(yàn)課當(dāng)作了理論課的輔助內(nèi)容，對物理實(shí)驗(yàn)沒有深入理解。

（二）分層教學(xué)實(shí)踐

筆者依據(jù)構(gòu)建的普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式，在獨(dú)立學(xué)院進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)組班級(jí)中實(shí)施普通物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式，學(xué)期開始前，根據(jù)該學(xué)期所需完成的實(shí)驗(yàn)題目，設(shè)置必做內(nèi)容和補(bǔ)充內(nèi)容。根據(jù)前測結(jié)果將學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ椒譃樘岣邔优c基礎(chǔ)層，即每個(gè)班級(jí)中實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ轿挥谔岣邔拥膶W(xué)生為A組，基礎(chǔ)層的學(xué)生為B組，分組完成后制作實(shí)驗(yàn)輪換表，每次實(shí)驗(yàn)課開始前，教師根據(jù)該能力層次學(xué)生所需完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材。

學(xué)生課前預(yù)習(xí)發(fā)布于微信公眾平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)微課視頻，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后向教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的口頭匯報(bào)或遞交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，教師判定合格后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后，學(xué)生需向教師進(jìn)行口頭報(bào)告，教師將學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的操作和口頭報(bào)告情況計(jì)入實(shí)驗(yàn)操作成績，實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫和課后題完成情況計(jì)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績。在對照組班級(jí)中，應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行對比。

三、分層教學(xué)的實(shí)踐結(jié)果與分析

（一）實(shí)施兩種教學(xué)模式的班級(jí)差異分析

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生的平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、操作考試成績和實(shí)驗(yàn)考試成績加權(quán)平均得到實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績。兩組學(xué)生的總評(píng)成績得分情況如表5、表6：

對比實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的總評(píng)成績發(fā)現(xiàn)，實(shí)施分層教學(xué)的班級(jí)學(xué)生平均分為83.99，高于實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)的班級(jí)學(xué)生的77.50。對兩組學(xué)生總評(píng)成績進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)顯著性水平P<0.05，兩組學(xué)生總評(píng)成績存在顯著差異。結(jié)果表明，考慮學(xué)生認(rèn)知能力水平和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ降牟町愋?，?shí)施普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分層模式于教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)效果更突出，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ嵘臁?/p>

（二）實(shí)施兩種教學(xué)模式的不同能力層次學(xué)生差異分析

在普通物理實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)前，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ酱嬖诓町?經(jīng)過兩種不同的教學(xué)模式實(shí)踐后，兩個(gè)能力層次的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績平均得分如圖2：

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ綄哟螢樘岣邔拥膶W(xué)生，接受分層教學(xué)后實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績平均得分為87.63，明顯高于同層次接受傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生的79.13;基礎(chǔ)層的學(xué)生接受分層教學(xué)后實(shí)驗(yàn)總評(píng)成績平均得分也高于同層次接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。實(shí)施分層教學(xué)模式后，拓展的教學(xué)內(nèi)容使提高層學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫捷^好的發(fā)揮和提高;分層教學(xué)激發(fā)了學(xué)生對普通物理實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在實(shí)驗(yàn)過程中以更高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自我要求，基礎(chǔ)層與提高層學(xué)生層間因動(dòng)態(tài)管理形成良性競爭，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ恼w提升。

普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)起著重要作用，實(shí)施分層教學(xué)既考慮了學(xué)生的個(gè)體差異，提高了基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，讓?shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)的學(xué)生最大限度地開發(fā)潛能;又考慮了學(xué)生的接受能力，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度的逐漸加深激發(fā)了學(xué)生的積極性，體現(xiàn)了因材施教和最近發(fā)展區(qū)原則。采用多元化的教學(xué)方法，融合多種輔助教學(xué)工具，進(jìn)一步優(yōu)化和整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，讓學(xué)生在逐層學(xué)習(xí)中開發(fā)自身能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]何光宏，韓 忠，楊駿駿，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分類分層實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)[J].物理與工程，2017，27（S1）：168-171.

[2]魏要麗，楊 亮.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)模式的探究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015，28（5）：126-128.