大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)調(diào)查分析*

劉佳琪 李春密 黃佳佳 冉露

(北京師范大學(xué)物理學(xué)系 北京 100875)

隨著時(shí)代的發(fā)展，創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才越來(lái)越被社會(huì)需要.物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)[1]，物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中有著特殊的地位.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)和各項(xiàng)能力，探尋客觀規(guī)律的重要環(huán)節(jié).然而，相比于中學(xué)，關(guān)于大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的針對(duì)性研究并不多，對(duì)于大學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)現(xiàn)狀的實(shí)證分析也有待加強(qiáng).

基于已構(gòu)建的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)評(píng)價(jià)體系[2]，對(duì)某大學(xué)物理學(xué)系低年級(jí)本科生開(kāi)展抽樣調(diào)查，結(jié)合大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的幾個(gè)重要指標(biāo)，從被試群體的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)整體水平、優(yōu)勢(shì)、待提高之處等方面分析和討論了調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的普遍問(wèn)題，并針對(duì)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展提出教學(xué)建議，為學(xué)生全面發(fā)展個(gè)人物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和教師優(yōu)化教學(xué)策略提供必要依據(jù).

1 大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的內(nèi)容

大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是大學(xué)生在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐步形成的個(gè)人能力和素質(zhì)，是學(xué)生順利進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的個(gè)體必備基礎(chǔ).在結(jié)合了眾多教育理念和新型教學(xué)理念后，將大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的必需要素總結(jié)為“知識(shí)”“方法”和“情感”，將大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程概括為“學(xué)習(xí)”“操作”“分析”和“應(yīng)用”.大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)主要包括理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)操作能力、數(shù)據(jù)處理與分析能力、設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力、情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度等6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，其中每個(gè)一級(jí)指標(biāo)又被細(xì)化為不同的二級(jí)指標(biāo)[2].這些指標(biāo)是大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的具體體現(xiàn)，具有外顯性的特征，其發(fā)展水平可以通過(guò)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)評(píng)和推斷.

2 評(píng)價(jià)實(shí)施

抽取某大學(xué)物理學(xué)系28名2018級(jí)本科生作為研究對(duì)象，以學(xué)生學(xué)習(xí)普通物理實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程為研究載體，結(jié)合多種評(píng)價(jià)方法制定評(píng)價(jià)策略、開(kāi)展評(píng)價(jià)實(shí)施，以獲得客觀、全面的調(diào)查結(jié)果.

2.1 評(píng)價(jià)方法

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，采用客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)兩種評(píng)價(jià)方式，并利用多種調(diào)查方法，擬定計(jì)分權(quán)重，綜合評(píng)價(jià)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)指標(biāo).

2.1.1 客觀評(píng)價(jià)

(1)試題測(cè)試

針對(duì)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)創(chuàng)新部分兩個(gè)指標(biāo)編制試題，主要考查學(xué)生對(duì)于“力、熱、電、光”部分的物理理論和實(shí)驗(yàn)理論的理解情況和學(xué)生對(duì)于已操作過(guò)的實(shí)驗(yàn)的思考.題目難易適中，普遍針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的易錯(cuò)點(diǎn)，在多次預(yù)測(cè)試和意見(jiàn)調(diào)查后最終確定.

(2)訪談法

針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力兩部分對(duì)學(xué)生進(jìn)行訪談，包括“是否能在實(shí)驗(yàn)中形成清晰的操作思路,對(duì)于實(shí)驗(yàn)的外延知識(shí)是否有自己的思考”等訪談問(wèn)題，旨在通過(guò)討論交流過(guò)程反映學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的思考.

(3)問(wèn)卷法

針對(duì)情感態(tài)度與科學(xué)態(tài)度兩個(gè)指標(biāo)編制題目問(wèn)卷，主要調(diào)查學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃性、目的性、積極性和認(rèn)真程度，在實(shí)驗(yàn)中是否能保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、是否能認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)、是否愿意嘗試新方法等.

(4)分析學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

針對(duì)數(shù)據(jù)處理及分析能力制定實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析標(biāo)準(zhǔn)，從準(zhǔn)確性、完整性、規(guī)范性3個(gè)方面對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行分析評(píng)價(jià).

(5)參考學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)

實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)?yōu)閷?shí)驗(yàn)任課教師在特定實(shí)驗(yàn)情境下對(duì)于學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行觀察后得到的，是在具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的評(píng)價(jià)結(jié)果，成績(jī)真實(shí)有效，具有很大參考價(jià)值.

2.1.2 主觀評(píng)價(jià)

擬定“五級(jí)自評(píng)表”，以自評(píng)問(wèn)卷的形式發(fā)于學(xué)生填寫(xiě)，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的自我評(píng)價(jià).

2.2 計(jì)分辦法

采用5分制，即每一個(gè)被評(píng)價(jià)成分的滿分均為5分，再結(jié)合指標(biāo)權(quán)重計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)總分?jǐn)?shù).

特別地，針對(duì)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的不同一級(jí)指標(biāo)，為其涉及的調(diào)查方法擬定計(jì)分權(quán)重(見(jiàn)表1).其中，主觀評(píng)價(jià)均占該指標(biāo)總分的30%，客觀評(píng)價(jià)共占70%.不同指標(biāo)的客觀評(píng)價(jià)方案是各不相同的.

表 1 大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)各一級(jí)指標(biāo)的針對(duì)性計(jì)分辦法

對(duì)于每一個(gè)指標(biāo)，以1分為一個(gè)水平級(jí)次(0～1分為水平1，1～2分為水平2，以此類推).被試者在調(diào)查中獲得的分?jǐn)?shù)可以直觀反映學(xué)生的各項(xiàng)素養(yǎng)水平.

2.3 數(shù)據(jù)處理

本次調(diào)查對(duì)某大學(xué)物理學(xué)系2018級(jí)的4個(gè)班級(jí)進(jìn)行了抽樣測(cè)試，每班調(diào)查人數(shù)均衡，共30人，共收回有效結(jié)果28份，調(diào)查結(jié)果信效度分析良好，有效保證了調(diào)查結(jié)果的真實(shí)性與可靠性.對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，還可以發(fā)現(xiàn)不同成分之間的相關(guān)關(guān)系，找出影響大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的因素.

3 結(jié)果分析與討論

李春密在研究高中生物理實(shí)驗(yàn)操作能力及其品質(zhì)發(fā)展時(shí)發(fā)現(xiàn)：物理實(shí)驗(yàn)操作能力的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，即便對(duì)于一生從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)人員來(lái)說(shuō)，操作能力達(dá)到滿分也是極難實(shí)現(xiàn)的.按照年齡段來(lái)分，人的實(shí)驗(yàn)操作能力發(fā)展可粗略分為3個(gè)時(shí)期，分別為：快步發(fā)展期、穩(wěn)步發(fā)展期和定型期.其中，大學(xué)階段學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)操作能力正處于穩(wěn)步發(fā)展期[3].實(shí)驗(yàn)操作能力是物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的一部分，與物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展經(jīng)歷相同的過(guò)程，和物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)中的其他成分互相影響，協(xié)調(diào)發(fā)展.因此，物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展與實(shí)驗(yàn)操作能力發(fā)展應(yīng)該有近似的規(guī)律.

基于以上內(nèi)容，將學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)水平劃分為3個(gè)階段：入門期(表現(xiàn)為水平1和水平2)、熟練期(表現(xiàn)為水平3和水平4)和定型期(表現(xiàn)為水平5)，作為分析學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn).

3.1 被試群體物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的整體水平

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，被試群體物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)總體和各一級(jí)指標(biāo)的水平分布情況如圖1所示.

從總體分布來(lái)看，學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)集中在水平3和水平4級(jí)次，且無(wú)低水平者.說(shuō)明在普通物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)普遍得到了發(fā)展，均已步入熟練階段.在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)和積累中，學(xué)生已經(jīng)能正確理解基礎(chǔ)物理理論和實(shí)驗(yàn)理論，能順利完成實(shí)驗(yàn)、得出實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果，具備基本的實(shí)驗(yàn)探究能力以及良好的情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度.

對(duì)于大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)，處于水平3和水平4級(jí)次的人數(shù)均是最多的，各成分的發(fā)展程度基本一致，說(shuō)明在當(dāng)前的教學(xué)模式下，學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)沒(méi)有嚴(yán)重的短板，得到了綜合性的培養(yǎng).

此外，由圖1可見(jiàn)，有4%的學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)整體水平已經(jīng)達(dá)到高水平(水平5)，且對(duì)于具體的某一項(xiàng)素養(yǎng)來(lái)說(shuō)，也有個(gè)別水平較高的學(xué)生.說(shuō)明被試群體的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)相比于一般規(guī)律發(fā)展更加迅速，有部分學(xué)生已經(jīng)步入從熟練期向定型期過(guò)渡的階段，可以達(dá)到綜合運(yùn)用各種知識(shí)、靈活解決實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等較高要求.

3.2 物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)情況的具體分析與討論

為了進(jìn)一步探討學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的情況，統(tǒng)計(jì)被試群體各項(xiàng)素養(yǎng)的平均得分及其與總分平均分的比較結(jié)果如表2所示.

從表2中看，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度均已達(dá)到水平4，處于熟練期內(nèi)的高水平階段，在調(diào)查中顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì).學(xué)生的理論基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)處理與分析能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力處于中等水平(水平3)，相比于物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)中的其他成分，在整體發(fā)展中相對(duì)滯后.可見(jiàn)，在多項(xiàng)指標(biāo)中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)具有一定優(yōu)勢(shì)及有待提高之處.

接下來(lái)，結(jié)合調(diào)查結(jié)果及調(diào)查過(guò)程，從知識(shí)、能力、思維層面具體討論學(xué)生各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的狀況.

(1)知識(shí)層面

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)將知識(shí)分成了兩大類，分別是陳述性知識(shí)和程序性知識(shí).從知識(shí)的作用上，陳述性知識(shí)是回答 “是什么”問(wèn)題的知識(shí)，程序性知識(shí)是回答“怎么做”問(wèn)題的知識(shí).其中，程序性知識(shí)又被具體劃分為動(dòng)作技能、智慧技能和認(rèn)知策略，包括方法、策劃、實(shí)踐、程序、常規(guī)、策略、技術(shù)、竅門等[4].

從性質(zhì)上看，學(xué)生的物理理論隸屬于陳述性知識(shí)，而實(shí)驗(yàn)理論隸屬于程序性知識(shí).在指標(biāo)中，理論基礎(chǔ)指的就是學(xué)生對(duì)于物理理論及實(shí)驗(yàn)理論的掌握情況.

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的物理理論水平較高.大部分學(xué)生對(duì)物理學(xué)基本物理量及相關(guān)知識(shí)概念、基本實(shí)驗(yàn)方法等掌握情況較好，學(xué)生不僅可以準(zhǔn)確寫(xiě)出題目有關(guān)的知識(shí)和概念，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行細(xì)致地解釋.但是，相比之下，學(xué)生對(duì)于常用儀器的原理和使用方法、常用數(shù)據(jù)的處理方法等實(shí)驗(yàn)理論的掌握情況略有不足.一些學(xué)生無(wú)法將實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)方法相對(duì)應(yīng)，如學(xué)生不能說(shuō)出在“金屬絲楊氏彈性模量的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中，為測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度的微小伸長(zhǎng)量所設(shè)計(jì)的“光杠桿法”應(yīng)用了放大法這一實(shí)驗(yàn)方法.對(duì)于常用儀器，如示波器和多用電表，學(xué)生可以正確規(guī)范地操作儀器，但對(duì)于儀器的原理理解不夠深入，導(dǎo)致在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，學(xué)生在讀取數(shù)據(jù)和理解圖像所表現(xiàn)出的物理規(guī)律上，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)困難.

從程序性知識(shí)的形成過(guò)程來(lái)看，學(xué)生的物理理論的形成主要依賴于對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的反思和總結(jié)，是一個(gè)長(zhǎng)期的積累過(guò)程，需要在具體應(yīng)用中不斷自我完善.在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)具有一定的模仿性，如果學(xué)生缺乏主動(dòng)探究的過(guò)程，將不能形成長(zhǎng)久記憶，不易在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自覺(jué)內(nèi)化知識(shí)進(jìn)行理論充實(shí).此外，如果學(xué)生缺乏對(duì)于實(shí)驗(yàn)的反思精神，對(duì)于知識(shí)僅一知半解，也將不利于學(xué)生深入理解儀器原理，靈活使用實(shí)驗(yàn)儀器.所以，在教學(xué)中多強(qiáng)調(diào)知識(shí)的反思和總結(jié)，學(xué)生的物理理論會(huì)得到進(jìn)一步鞏固，實(shí)驗(yàn)理論也會(huì)得到有效提高.

(2)能力層面

學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)中以能力形式存在的內(nèi)容主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)操作能力、數(shù)據(jù)處理與分析能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力.

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，被試群體的實(shí)驗(yàn)操作能力發(fā)展處在各項(xiàng)素養(yǎng)前列.學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力發(fā)展已相對(duì)成熟，會(huì)操作基本的實(shí)驗(yàn)儀器，能夠得到準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)、排查實(shí)驗(yàn)故障、順利完成實(shí)驗(yàn).許多學(xué)生對(duì)于常用儀器的使用方法和規(guī)范已經(jīng)十分熟悉，操作儀器時(shí)效率較高，測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確.在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)，絕大部分學(xué)生思路清晰、動(dòng)手能力較強(qiáng)，有能力靈活處理實(shí)驗(yàn)中的各種問(wèn)題.盡管在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)時(shí)所展現(xiàn)的能力呈現(xiàn)波動(dòng)性，在操作不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)的水平呈現(xiàn)忽高忽低的現(xiàn)象，但是對(duì)于處于熟練期而未實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)定型的大學(xué)生而言，這是正常的.

對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作能力，根據(jù)已有的心理學(xué)研究，它的一個(gè)顯著特征是可以通過(guò)練習(xí)而改進(jìn)[5].

結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)、演示實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放、實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽等活動(dòng)的開(kāi)設(shè)為學(xué)生充分創(chuàng)造了練習(xí)的機(jī)會(huì).可見(jiàn)，如果多多鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，參加實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，將加速學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的內(nèi)化，進(jìn)一步鞏固學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力.

關(guān)于學(xué)生的數(shù)據(jù)處理與分析能力，從被試者的實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)看，大部分學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力較強(qiáng)，可以規(guī)范記錄數(shù)據(jù)、利用正確的方法處理數(shù)據(jù)、制作符合要求的標(biāo)準(zhǔn)圖像，個(gè)別學(xué)生還可以應(yīng)用較高級(jí)的計(jì)算軟件如Matlab和Origin等進(jìn)行繪圖，以更加直觀清晰的方式展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律.然而相比之下，學(xué)生的分析能力相對(duì)薄弱，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析誤差來(lái)源、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力水平相對(duì)較低.一些學(xué)生只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)，卻很少分析產(chǎn)生這一結(jié)果的原因；在誤差分析時(shí)，這些學(xué)生往往不能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生誤差的本質(zhì)原因，分析不夠細(xì)致、全面，缺少對(duì)于減小誤差方法的思考，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析有所欠缺.

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：分析能力較強(qiáng)的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告往往具有規(guī)范性、深刻性和獨(dú)創(chuàng)性的特點(diǎn)，能夠有意識(shí)地分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程、比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果、總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，并能在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)拓展，這說(shuō)明分析能力的提高有賴于日常學(xué)習(xí)中的反思和總結(jié).

在物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)中，學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力是提升空間相對(duì)較大的一項(xiàng).被試群體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力平均分為2.48，處于剛剛從入門期進(jìn)入熟練期的階段.從試題測(cè)試和訪談的結(jié)果來(lái)看，有的學(xué)生不能及時(shí)總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行知識(shí)遷移，如在回答“邁克爾遜干涉儀除測(cè)量鈉光波長(zhǎng)外還有哪些應(yīng)用”時(shí)，學(xué)生不能聯(lián)系光學(xué)所學(xué)的知識(shí)，提出“邁克爾遜干涉儀還可以用來(lái)測(cè)量牛頓環(huán)半徑”等類似的實(shí)驗(yàn)想法；學(xué)生“提出問(wèn)題—尋找證據(jù)—作出解釋—討論交流”的科學(xué)探究能力欠佳，自主提出完整的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案和設(shè)計(jì)方案的科學(xué)探究能力需要加強(qiáng).

但是，在調(diào)查中也有個(gè)別學(xué)生展現(xiàn)出了較強(qiáng)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力.在訪談中了解到，創(chuàng)新能力較強(qiáng)的學(xué)生均受過(guò)諸如實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)等創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，已經(jīng)形成了一套較為成熟的認(rèn)知策略.這說(shuō)明創(chuàng)新能力的提高依賴于新情境的創(chuàng)設(shè)，設(shè)計(jì)性思考題和活動(dòng)可以使學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決新情境中的問(wèn)題.

(3)思維層面

為表征在思維層面上學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展程度，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)入大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的三維結(jié)構(gòu)模型中[2]，標(biāo)記學(xué)生在各個(gè)思維層面上的發(fā)展水平(如圖2).由圖2可見(jiàn)，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于水平3和水平4之間的點(diǎn)的個(gè)數(shù)是最多的，這與學(xué)生的大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)水平有著相同的整體趨勢(shì).

圖2 被試群體物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的思維發(fā)展水平

表3記錄了模型中每個(gè)重要成分下對(duì)應(yīng)于各水平的點(diǎn)的個(gè)數(shù).由表3可見(jiàn)，在思維層面上，學(xué)生對(duì)知識(shí)和方法的分析和應(yīng)用思維水平均集中在第2和第3個(gè)水平級(jí)次，相比于這兩者在學(xué)習(xí)和操作層面上的思維水平要低一些.

知識(shí)和方法的分析與應(yīng)用思維在物理學(xué)科上主要體現(xiàn)在模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素上.從調(diào)查結(jié)果上看，學(xué)生能夠初步形成思維習(xí)慣，但在思維水平的構(gòu)建上還不夠成熟.學(xué)生在遇到靈活性較高的問(wèn)題或在解釋現(xiàn)象時(shí),有時(shí)會(huì)無(wú)從下手，習(xí)慣于憑借直覺(jué)進(jìn)行判斷，而缺乏合理有力的推理過(guò)程.

在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，講義上已給出詳細(xì)的操作步驟，學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立探究的過(guò)程相對(duì)較少，這會(huì)降低學(xué)生的思維發(fā)展速度.為強(qiáng)化學(xué)生的分析和應(yīng)用思維的培養(yǎng)，教師可以適當(dāng)提高對(duì)學(xué)生的要求，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識(shí)全方位地分析問(wèn)題，采用不同的方法和手段制定問(wèn)題解決方案，力求在日常的學(xué)習(xí)鍛煉中，讓學(xué)生對(duì)于知識(shí)和方法的分析與應(yīng)用達(dá)到熟練化.

表3 各重要成分下對(duì)應(yīng)各水平的點(diǎn)的個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.3 調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的其他現(xiàn)象

3.3.1 學(xué)生的情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度與物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)顯著相關(guān)

學(xué)生的情感態(tài)度與科學(xué)價(jià)值觀教育是我國(guó)教育改革對(duì)于當(dāng)前人才的客觀要求[6].皮亞杰的認(rèn)知心理學(xué)理論認(rèn)為，所有的行為均具有情感與認(rèn)知兩個(gè)方面，純粹的認(rèn)知行為或者純粹的情感行為是不存在的[7].情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度是物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)中不可分割的一部分，同時(shí)它們對(duì)于其他物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)重要成分的發(fā)展也起到了重要的推動(dòng)作用.

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，被試群體的情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度較好.大部分學(xué)生都能養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，形成實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)，能主動(dòng)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，當(dāng)遇到困難時(shí)努力尋找解決問(wèn)題的方案，并能清楚地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中的地位和作用.

此外，根據(jù)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的相關(guān)性檢驗(yàn)，在情感態(tài)度中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣對(duì)物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)總體水平的影響最大.實(shí)驗(yàn)興趣強(qiáng)烈的學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)均處于中上等水平，而物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)水平較低的學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣普遍不高，對(duì)于實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出來(lái)的積極性較差.在科學(xué)態(tài)度中，學(xué)生的求真意識(shí)和鉆研精神與數(shù)據(jù)處理與分析能力的相關(guān)性最強(qiáng).態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)生在數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析時(shí)往往更加細(xì)致、全面，分析內(nèi)容也更加準(zhǔn)確、到位，數(shù)據(jù)處理與分析能力差的學(xué)生傾向于以參考和詢問(wèn)他人的方式完成結(jié)果的處理與分析過(guò)程，不愿意獨(dú)立思考.

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，起關(guān)鍵作用的情感態(tài)度因素主要為焦慮、自信心、動(dòng)機(jī)等[7].情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度差的學(xué)生在訪談中普遍表現(xiàn)出畏難情緒和不自信的狀態(tài)，存在退縮性焦慮，逃避學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)愿望不夠強(qiáng)烈.如果能在教學(xué)中適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生提升情感態(tài)度和科學(xué)態(tài)度，對(duì)于學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展將是極其有益的.

3.3.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段有利于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)的普及為教育者和學(xué)習(xí)者提供了很好的互動(dòng)平臺(tái)，利用多種數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)手段開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為當(dāng)前教育研究的熱點(diǎn).許多學(xué)校致力于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)、仿真模擬系統(tǒng)、物理實(shí)驗(yàn)精品在線課程等網(wǎng)絡(luò)手段的開(kāi)發(fā)[8，9]，并在課堂上應(yīng)用多媒體教學(xué)、CCD技術(shù)等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，例如“采用CCD 技術(shù)演示分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用”等.

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于有錄制的視頻講解實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)效果遠(yuǎn)高于僅能單純閱讀實(shí)驗(yàn)講義的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的理解也更加深刻.此外，有的實(shí)驗(yàn)教師喜歡在課堂上播放實(shí)驗(yàn)講解視頻，除幫助學(xué)生細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法外，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式.因此，在學(xué)生的預(yù)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)階段加以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段的輔助，是一種幫助學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)的有效途徑.

4 教學(xué)建議

4.1 思考與操作并重 提高學(xué)生的分析能力

實(shí)驗(yàn)課的目的在于從物理現(xiàn)象和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中感悟?qū)嶒?yàn)對(duì)于物理學(xué)理論的推動(dòng)作用.在實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中，操作和思考具有同等地位[8].因此，為提高學(xué)生的分析能力，教師可以在課堂上多設(shè)置問(wèn)題，以問(wèn)題引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程.在課堂下，通過(guò)規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中體現(xiàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生原因、誤差來(lái)源、實(shí)驗(yàn)的不足之處等問(wèn)題的分析，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析、反思和總結(jié)，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)知識(shí)和過(guò)程的理解.

4.2 增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)思考題 促進(jìn)創(chuàng)新思維的發(fā)展

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)大多為“菜譜型”實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生按照已有的實(shí)驗(yàn)步驟和方法完成實(shí)驗(yàn)操作，缺乏自主探究過(guò)程[4].調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)設(shè)置情境，讓學(xué)生以小組或個(gè)人為單位經(jīng)歷完整的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)施和總結(jié)的過(guò)程，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，從而進(jìn)一步提高創(chuàng)新思維.此外，一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往具有多種功能，也可以在其他實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮作用.因此，教師可以在實(shí)驗(yàn)思考題中設(shè)置問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已學(xué)知識(shí)，自主挖掘儀器的其他功能，以求在日積月累中強(qiáng)化創(chuàng)新思維.

4.3 注重課堂上的情感交流和科學(xué)態(tài)度的滲透

濃厚的學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)烈的求知欲是學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、自我提升的不竭動(dòng)力. 關(guān)于情感態(tài)度，日常教學(xué)中的情感交流可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、提高學(xué)習(xí)意識(shí)；增加課堂上的討論交流環(huán)節(jié)可以促進(jìn)教師與學(xué)生和學(xué)生與學(xué)生之間的交流，使每一位學(xué)生充分參與到課堂之中.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生，幫助學(xué)生消除畏難情緒，樹(shù)立自信心，從而從學(xué)生的心理上提高學(xué)習(xí)的積極性.在科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)上，適度的知識(shí)拓展可以發(fā)揮重要的作用.課堂上，教師可以講解與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物理學(xué)發(fā)展史或物理學(xué)家的事跡，使學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程，明白從事科研事業(yè)的意義，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)態(tài)度，樹(shù)立正確的科學(xué)價(jià)值觀和責(zé)任感.

4.4 豐富教學(xué)手段 充分利用多種網(wǎng)絡(luò)媒介

對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟的學(xué)習(xí)，相比于實(shí)驗(yàn)講義，錄制的實(shí)驗(yàn)視頻可以有效輔助學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，將實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)合在一起.在課堂上，適當(dāng)使用多媒體課件配合教師的講解，可以更加清楚地幫助學(xué)生梳理理論知識(shí).通過(guò)上述方法，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前形成較為清晰的實(shí)驗(yàn)思路，理解各實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)意圖.此外，在當(dāng)前成熟的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境下，模擬仿真系統(tǒng)的使用也將會(huì)對(duì)教學(xué)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用.

5 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)展物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的最終目的.本文綜合利用多種調(diào)查方法，對(duì)某大學(xué)物理學(xué)系的低年級(jí)學(xué)生開(kāi)展了抽樣調(diào)查，分析了樣本群體物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的整體水平，并從知識(shí)、能力和思維等方面討論了被試群體在物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的長(zhǎng)處和存在問(wèn)題，針對(duì)大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展提出教學(xué)建議.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，及時(shí)的反饋和評(píng)價(jià)可以幫助教師了解學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)水平，以更具針對(duì)性的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生不斷提升個(gè)人的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，有助于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的改進(jìn)和完善.