基于3C3R模型的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計

孫艷　高源　于丹

摘 要 滿足教學(xué)要求，針對目前實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀提出將PBL模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用此模式的可行性，并應(yīng)用3C3R模型解決實(shí)驗(yàn)課教學(xué)設(shè)計的有效性問題，從而促進(jìn)教學(xué)方式變革。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)課程 教學(xué)模式 3C3R

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.058

Teaching Design of College Physics Experiment Based on 3C3R Model

SUN Yan， GAO Yuan， YU Dan

（Basic Aviation College， Air Force Aviation University， Changchun， Jilin 130022）

Abstract In order to meet the requirements， this paper proposes to apply PBL model to experiment teaching according to the current teaching situation， analyzes the feasibility of adopting this model in experiment teaching， and applies 3C3R model to solve the effectiveness of experiment teaching design， so as to promote the reform of teaching methods.

Keywords experiment course; teaching model; 3C3R

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等院校開設(shè)的一門自然科學(xué)類必修基礎(chǔ)課，是學(xué)生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實(shí)際、適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實(shí)踐類課程不可替代的作用。

1 轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)模式的必要性

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程地位、作用重要，但實(shí)際教學(xué)中在課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、對學(xué)生綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)上沒有達(dá)到預(yù)期效果。教師要重新思考教學(xué)，樹立以學(xué)為中心的目標(biāo)導(dǎo)向，要轉(zhuǎn)變以往的“講授+操作”的做法，引入新的教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)課堂要實(shí)現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)變，一要教學(xué)中加入豐富的、具有挑戰(zhàn)性的內(nèi)容，使課堂時間得以充分利用;二要改變課堂教學(xué)設(shè)計和組織，教學(xué)目標(biāo)由短期向遠(yuǎn)景目標(biāo)轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)任務(wù)由知識學(xué)習(xí)向基于問題或項目的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和探究習(xí)慣，幫助學(xué)生進(jìn)行自我知識構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)。[1]

2 基于PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性

2.1 模式的提出

PBL（Problem-Based Learning）稱為基于問題的學(xué)習(xí)，提倡以教師為主導(dǎo)，學(xué)習(xí)內(nèi)容與問題情境有機(jī)融合，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及分析與解決問題能力，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，建立高層次思維。[2]PBL是一種與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及教學(xué)原則非常吻合的教學(xué)模式，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)方面有很大優(yōu)勢。[3]這種模式提出后被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)、物理、化學(xué)、計算機(jī)等課程教學(xué)。[4-8]為適應(yīng)實(shí)際教學(xué)需求，開展具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色的教學(xué)改革，本文提出將PBL教學(xué)法應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用PBL的可行性

在實(shí)驗(yàn)課程中，可以認(rèn)為每次教學(xué)的任務(wù)是要集中解決一個核心“問題”，例如牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)為解決透鏡曲率半徑測量問題、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)為解決普朗克常數(shù)測量問題等等。為了解決這個核心“問題”，就以這個“問題”為出發(fā)點(diǎn)按照流程可在不同環(huán)節(jié)上設(shè)置若干子問題，設(shè)計學(xué)生參與討論或自主探究解決。

3 3C3R模型設(shè)計課堂的問題

教師在問題設(shè)置上要考慮以下幾點(diǎn)：第一，待解決的問題要結(jié)合學(xué)生的興趣和生活實(shí)際，考慮到與學(xué)生學(xué)科專業(yè)和未來職業(yè)發(fā)展的緊密聯(lián)系。第二，設(shè)置的問題必須是驅(qū)動性問題，對學(xué)生有激發(fā)作用，要求每個問題要有實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、給定的信息和一定程度的障礙。第三，設(shè)置問題障礙的程度時，要分析學(xué)生理論知識和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。第四，要對問題層次有明確的規(guī)劃。問題的屬性可按布魯姆目標(biāo)分類法根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)設(shè)計不同層次的問題，將問題分成記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造等類別。第五，教師在設(shè)計串問題或群問題時要考慮問題之間的結(jié)構(gòu)，可依據(jù)不同內(nèi)容和目標(biāo)需求進(jìn)行設(shè)計。具體操作方法，可根據(jù)參考文獻(xiàn)中3C3R模型設(shè)計課堂的問題。[9]“3C”是這個模型的核心部分，是教學(xué)內(nèi)容（Content）、問題情境（Context）和各變量關(guān)系（Connection）三個單詞的首字母?！?R”是指模型的進(jìn)程部分，是研究進(jìn)程（Researching）、推理進(jìn)程（Reasoning）和反思進(jìn)程（Reflecting）三個單詞的首字母。問題設(shè)計模型包括9步，前三步主要是對PBL教學(xué)法的前端分析，第4、5步分析選定問題，第6、7步分析問題的可行性，第8步是反思，第9步是檢驗(yàn)。通過9步設(shè)計優(yōu)化3C和3R六個成分，創(chuàng)造一個良好的學(xué)習(xí)情境。下面以《密立根油滴實(shí)驗(yàn)》為例，說明套用3C3R問題設(shè)計模型進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的方法：

步驟1.設(shè)置教學(xué)目標(biāo)。設(shè)置教學(xué)目標(biāo)是問題設(shè)計的基礎(chǔ)，是教學(xué)的起點(diǎn)也是終點(diǎn)，貫穿教學(xué)過程。在這一步驟中，教師需要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)總體培養(yǎng)目標(biāo)提出本次課對學(xué)生能力培養(yǎng)要求。從三個層面設(shè)置教學(xué)目標(biāo)。（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：①說明密立根油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想。②通過靜態(tài)法和動態(tài)法測量，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，測定基本電荷值。③通過對實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整、油滴的測控以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。（2）問題解決技能目標(biāo)：①依據(jù)理論分析，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟。②經(jīng)過多次嘗試，歸納總結(jié)篩選油滴實(shí)驗(yàn)技巧。③通過分析數(shù)據(jù)評價實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（3）自主學(xué)習(xí)技能目標(biāo)：①合理使用儀器說明書，了解儀器結(jié)構(gòu)及功能。②在教師引導(dǎo)下完成新測量方法研究。③自覺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思。

步驟2.分析教學(xué)任務(wù)。分析教學(xué)內(nèi)容時，區(qū)分內(nèi)容屬于概念、原則、程序和實(shí)事中哪一類，規(guī)劃知識過渡到教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)流程。如圖1所示密立根油滴實(shí)驗(yàn)教學(xué)自下而上的流程。

圖1 教學(xué)流程

步驟3.框定問題情景的范圍。教學(xué)內(nèi)容情景設(shè)定在學(xué)生熟知的知識、常接觸的日常實(shí)踐，重在引發(fā)興趣。密立根油滴實(shí)驗(yàn)問題情景設(shè)計是從學(xué)生熟知的物理運(yùn)動學(xué)問題構(gòu)建情境。

步驟4.形成問題情境。在確定了教學(xué)目標(biāo)和問題情景前提下，從學(xué)生的發(fā)展等角度考慮并選擇足夠引起學(xué)生持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣的問題情景。油滴實(shí)驗(yàn)問題情境設(shè)置是回顧一百年前湯姆遜通過對陰極射線一系列研究，發(fā)現(xiàn)了帶負(fù)電的電子。如何測得電子電量，選擇的什么樣的待測物，采用什么方法測量。通過提出一系列物理學(xué)問題，建立情境，引導(dǎo)學(xué)生逐步建立實(shí)驗(yàn)測量模型。

步驟5.進(jìn)行可行性分析。在該步驟中需進(jìn)行細(xì)致設(shè)計，規(guī)劃情景與學(xué)習(xí)目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。表1列出了油滴實(shí)驗(yàn)中對應(yīng)目標(biāo)的問題。

步驟6.進(jìn)行相關(guān)性分析。教師要考察教學(xué)設(shè)計中認(rèn)知過程對問題解決和自主學(xué)習(xí)兩類技能目標(biāo)的支撐性。即對問題進(jìn)行歸類，看其是否與技能目標(biāo)有對應(yīng)關(guān)系。表2說明了油滴實(shí)驗(yàn)中設(shè)計的問題與兩類目標(biāo)的對應(yīng)。

步驟7.進(jìn)行校準(zhǔn)分析。問題的設(shè)計不是一次成型的，要隨著教學(xué)實(shí)踐不斷深入、教師融入更多思考后不斷迭代更新?？紤]設(shè)計的問題是否能激發(fā)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣，難度是否適宜，經(jīng)過多次或多輪實(shí)踐后及時對問題進(jìn)行校正，以適應(yīng)教學(xué)實(shí)際。

步驟8.進(jìn)行反思進(jìn)程的設(shè)計。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的反思和總結(jié)至關(guān)重要。一是對數(shù)據(jù)的分析。在學(xué)生測量完畢后，教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)理論分析數(shù)據(jù)，與測量結(jié)果是否相符。二是對實(shí)驗(yàn)方法、過程的反思總結(jié)。教師要考慮“問題”的設(shè)計對學(xué)生引導(dǎo)是否到位，學(xué)生是否通過反思找到解決方案，形成自主學(xué)習(xí)的能力和習(xí)慣。

步驟9.檢測3C3R模型各部分的內(nèi)在聯(lián)系。最后，教師需要對問題中的3C和3R的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行檢測，使問題的內(nèi)容對進(jìn)程具有推動性。分析教學(xué)中的“問題”是否能夠促進(jìn)學(xué)生的反思，最終使 “問題”得以成型。

通過3C3R問題設(shè)計模型，可以使教師對“問題”與內(nèi)容、目標(biāo)聯(lián)系程度更加緊密，幫助教師重新認(rèn)識并設(shè)計教學(xué)“問題”。但是這個模型步驟過多，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，使之更均有操作性和高效性。

4 基于3C3R模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計要實(shí)現(xiàn)教學(xué)幾點(diǎn)變革

基于3C3R模型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計改變原實(shí)驗(yàn)課“講授+操作”的模式，改教師“教”實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生“做”實(shí)驗(yàn)。對教學(xué)的影響具體表現(xiàn)為以下三點(diǎn)：[10]

一是教學(xué)目標(biāo)的變革：從知識技能目標(biāo)到素質(zhì)能力目標(biāo)。教師由傳授者轉(zhuǎn)換成輔助者，學(xué)生由接受者轉(zhuǎn)換成思考者、運(yùn)用者。通過基于目標(biāo)的問題設(shè)置推動激發(fā)學(xué)生，給予學(xué)生較大空間可獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會建立起理論與實(shí)際的聯(lián)系，能夠解決實(shí)際問題。

二是教學(xué)內(nèi)容編排的變革：從學(xué)科知識體系到問題引導(dǎo)體系。在內(nèi)容設(shè)計上，首先提出要解決的核心問題，并將問題進(jìn)行分解、分類，最后對觀察的現(xiàn)象及所得的數(shù)據(jù)結(jié)合理論原理進(jìn)行分析歸納總結(jié)。

三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的變革：從單純教師講授到學(xué)生探究學(xué)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，教師預(yù)留出疑問和待解決的問題，給學(xué)生一定的自己自主研究和操作時間。在這個過程中，讓學(xué)生認(rèn)識到自己是實(shí)現(xiàn)自身發(fā)展的第一責(zé)任人，要對自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，形成獨(dú)立自主地解決問題的能力，這是一個循序漸進(jìn)的過程。

5 結(jié)束語

3C3R問題設(shè)計模型為PBL應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了問題設(shè)計的流程和檢測方法，使教師關(guān)注教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容安排和組織形式對教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，即使教學(xué)形成了閉環(huán)。3C3R問題設(shè)計模型也說明了問題的設(shè)計不是一蹴而就的，要通過教師不斷在實(shí)際教學(xué)中檢驗(yàn)、不斷校正。理論支撐和教學(xué)實(shí)踐缺一不可，雙向作用才能不斷完善、更新教學(xué)設(shè)計，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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