Redish教學法則及其啟示

鄧婉林 黃致新

關鍵詞 Redish;大學物理;教學法則;教學啟示

Edward F.Redish是馬里蘭大學帕克分校的物理學教授，美國物理學會、美國科學促進會、美國物理教師協(xié)會和華盛頓科學院的成員，曾獲得過美國國家科學基金會頒發(fā)的杰出教學學者獎、國際物理教育委員會獎章、奧斯特獎章、美國物理學會頒發(fā)的卓越物理教育獎等榮譽。2003年，作為物理教育研究改革運動（Physics Education Researchmovement）的代表人物之一，Redish基于自己幾十年的教學工作經歷和物理教育領域的研究文獻，撰寫并出版了《Teaching Physics withthe Physics Suite》[1]一書，用于改進物理教學，幫助大學物理教師改善教學效果。在書中，Redish提出了一些教學心得，以Redish 的教學法則（Redishs teaching commandments）的形式呈現(xiàn)，共有九條。我們認為這些對我國的大學物理教學具有一定的啟發(fā)作用，以下對這些教學法則的內容進行梳理、總結和探討。

1 教學目標：認知與超越

1.1 心智模型

Redish認為，大學物理教學不僅僅是完成教學大綱中的知識點，更重要的是將學生引導到一個充滿可能性的未知的世界[2]。教師需要從心智模型的角度出發(fā)，了解學生的思維是如何運作的。為此他提出了第一條教學法則：“大多數(shù)學生都不能自主構建有效且科學的心智模型，他們必須參與重復和多樣的活動?！毙闹悄Ｐ停╩ental models）指的是長期記憶中的要素與外在情境或刺激物相互作用所產生的內在表征，是對情境的結構化類比，是個體根據(jù)特定目的所形成的動態(tài)的認知結構[3，4]。Redish所提到的心智模型主要是指學生在面對物理情境時的認知模式，他希望物理教育可以幫助學生在心智模型上達到三個目標：概念，學生需要理解物理概念是牢固植根于現(xiàn)實世界中的;連貫性，學生能夠將學過的物理知識建構成連貫的體系;功能性，學生應該學會在何時、如何運用所學的物理知識。

1.2 元認知

Redish 的第二條教學法則為：“為了讓大多數(shù)學生學會如何學習物理，教師必須向他們提供明確的指導，使他們能夠發(fā)展更復雜的學習思維模式?！睂W習思維模式（schemas for learning）是Redish對元認知（metacognition）含義的描述，其認知水平是心智模型的超越，是控制思維過程的思維模式。國內學者一般認為元認知的實質是個體對當前認知活動的認知調節(jié)[5]，是學生對自己學習過程的反思和改進[6]。教師應當從元認知的角度出發(fā)，幫助學生理解學習科學的意義以及他們應該如何學習科學。只有在更復雜的學習思維模式的基礎上，學生才能真正構建出在第一條教學法則中提到的心智模型。

1.3 針對教學本質的的教學方法

Redish從心智模型和元認知的角度對大學物理的教學目標進行了分析，他認為教學的本質是培養(yǎng)出能夠獨立推理和思考的學習者，教師應當幫助學生構建有效且科學的心智模型，發(fā)展復雜的學習思維模式。

針對學生的心智模型，目前有效的教學方法共有四種：認知沖突（cognitive conflict）、橋接（bridging）、限制（restricting the frame）和多種表征（multiple representations）。前兩種方法主要利用了學生的先驗知識，認知沖突將錯誤的直覺與物理知識相連接，又稱反直覺教學，典型物理情境如圖1所示[7];橋接使用正確的直覺進行教學，有助于學生接受、理解未曾接觸過的知識，引導他們樹立自信心理，重視基礎、實踐和形象知識的積累，兩種教學方法都能夠使學生更好地掌握知識[8，9]。限制和物理模型思想類似，指的是把實際問題理想化，忽略次要因素，突出主要因素，得到簡潔的物理規(guī)律。多種表征則要求教師在教學過程中同時使用文本、方程、表、圖等形式。教師應當基于以上教學方法開展活動，幫助學生對知識進行重復學習、反思和整合，構建出有效且科學的心智模型。

針對元認知，學生學習物理時元認知上的困難主要體現(xiàn)在：（1）不能自覺地使用有效的學習策略;（2）缺乏對物理學習的有效監(jiān)控。加州大學伯克利分校的教授Alan Schoenfeld開發(fā)了一種教學方法，教師可從中學會如何提供明確的指導幫助學生鍛煉元認知能力。Schoenfeld在教室的墻上書寫了三個元認知問題：（1）你在做什么？ 你能具體描述一下嗎？ （2）你為什么要做？ 它和解決方案的關系是什么？ （3）它有什么用？ 當你得到結果時，你會如何處理？ 學生在學習時需要不斷地回答這三個問題，思考自己的思考過程。實踐證明，這種方法加強了學生的判斷力和對思維過程的控制力[10]。

2 教學評價：反饋與創(chuàng)新

2.1 給出學生學習反饋

Redish認為，學生在學習物理時遇到的主要困難可能隱藏在他們對作業(yè)題目的“錯誤”答案中，教師需要認真批改學生的平時作業(yè)，給出真實、詳細的反饋，幫助他們理解概念、獲得技能。國內中南大學的《大學物理》教學團隊發(fā)現(xiàn)，加強對學生平時作業(yè)的反饋有助于提升學生學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習乃至研究式學習的能力[11]。隨著高等教育的急劇擴張，高校教師人數(shù)捉襟見肘，每人負責的班級規(guī)模變大，教師難以全身心地投入到分析學生作業(yè)的工作中，這就要求課程助教具有豐富的經驗和學識，協(xié)助教師針對學生的思考給出反饋。

為了保證反饋的有效性，教師首先要做到的是及時批改并返還作業(yè)，以免學生忘記自己的思考過程。如Redish的第三條教學法則：“教師能給學生的最有用的幫助之一就是針對他們的思考給出詳細的反饋——在一個學生會注意到并利用反饋的環(huán)境中。”在布置作業(yè)時，教師應選擇能夠真正鍛煉學生解決問題能力的題目，問題情境應該和現(xiàn)實世界相似，不規(guī)定變量名稱，不忽略無關信息，也不明確規(guī)定解題步驟。另外，給核心題目標記上“期末考試原題”能夠更有效地幫助學生理解學習重點與難點。

近幾年，隨著移動設備的普及和智能化程度的提高，基于自備設備（如智能手機，平板電腦）的課堂反饋系統(tǒng)（student response system）在一定程度上加強了教師對學生的反饋效率[12]，當教師在課堂中提問時，學生可直接通過課堂反饋系統(tǒng)提交答案得到系統(tǒng)的反饋，同時教師也可根據(jù)系統(tǒng)的分析主動調整教學過程。

2.2 得到教師教學反饋

Redish指出，學生分析物理的方式可能與教師所期望的完全不同[13]。教師需要通過了解學生真實的想法來檢查學生對所學知識的掌握程度和運用能力，發(fā)現(xiàn)教學中的問題和薄弱環(huán)節(jié)，改進教學工作[14]。Redish的第四、五、六條教學法則都與之相關，如第四條法則強調：“教師應盡可能多地了解學生的想法”;第五條法則為“當學生向教師提問或尋求幫助時，不要馬上回答。教師應先問他們問題，看看自己對他們疑問的假設是否正確”;第六條法則強調：“想讓學生學到什么，就要考他們什么”。

一般獲得學生反饋的方法有以下幾種：（1）觀察學生在與教師交流時的表現(xiàn);（2）通過調查或問卷衡量學生的滿意度;（3）布置具有干擾項的客觀題或論述式的主觀題評價學生的學習情況。第一種觀察方法是教師了解教學效果的重要途徑，但在和學生交流時，教師必須要注意不能“一廂情愿”，特別是在答疑時，不能直截了當、單刀直入地回答學生的問題。一些恰到好處的反問，例如“你能解釋一下你的困惑嗎”或者“你為什么這樣認為”通常會產生大量信息，幫助教師理解學生真正的疑問。第二種調查滿意度的方法是最簡單、常用的方法，但滿意度無法直接反應學生的學習情況。第三種布置客觀題的方法容易實施，但需要教師付出大量努力才能保證客觀題的有效性。而布置主觀題的方法可以較完整地呈現(xiàn)學生的思維，但要求教師付出大量時間和精力批改答案。

2.3 多元題型

為了實現(xiàn)教師和學生之間的雙向反饋，同時真正幫助學生構建出有效且科學的心智模型、發(fā)展更復雜的學習思維模式，Redish介紹了八種考試題型，通過激活學生不同的知識與技能，引導他們更深入地思考物理學。

（1） 選擇題和簡答題（Multiple-choice andshort-answer questions）。評分簡單，適應面廣，但學生的得分情況往往會優(yōu)于實際學習情況，要求教師精心構造選項。如選擇題可以是圖2類型;也可以是填空題，如：一大塊鐵在桌子上靜止。把它移到桌子上的一桶水里后，鐵沉在了桶的底部。當鐵在桶底時，它受到的合力______它在桌子上受到的合力（填“大于”“小于”或“等于”）。

（2） 多選多答題（Multiple-choice multipleresponse questions）。在相同的物理情境下，考驗學生進行大量思考和推理的能力。要解決圖3所示的典型例題，學生必須很好地掌握位移和速度的概念，并能夠清楚地區(qū)分速度和速率。

（3） 多種表征對應題（Representation-translationquestions）。理解并處理物理學中使用的多種表征對于學生來說是一個相當大的挑戰(zhàn)，但這也是他們從物理學習過程中獲得的最有價值的通用技能之一。圖4所示的題目要求學生將描述物理情境的文字表述與縱坐標未知的圖表相匹配，引導學生深入思考物理變量的含義。

（4） 排序題（Ranking tasks）。易于評分且結果有效，容易引導學生調動推理能力。在霍夫斯拉特大學的教授David Cassidy編纂的大學物理教材《Understanding Physics》中，許多練習題都是排序題[15]，如圖5所示。

（5） 基于文本的推理題（Context-based reasoningproblems）。使用文本描述一個合理且有趣的現(xiàn)實情境，要求學生必須使用物理原理進行分析，可利用廣告、電視劇和電影中存在物理學錯誤的日常例子，如圖6所示。

（6） 估計題（Estimation problems）。經典問題是由諾貝爾物理學獎得主Enrico Fermi提出的“芝加哥有多少名理發(fā)師”，估計題要求學生練習和應用比例推理、處理大數(shù)、思考有效數(shù)字以及量化他們的現(xiàn)實經驗。如：估計夏天時，一個典型的郊區(qū)房子前的草坪里有多少根草。學生需要寫下自己的推理過程，例如，“假設一平方厘米的草坪里有10×10根草，那么一平方米的草坪里就會有10×10×10000”。

（7） 定性題（Qualitative questions）。有效地引導學生思考物理概念，將他們在現(xiàn)實世界中的個人經歷與在課堂中學習的物理知識聯(lián)系起來，并且減少計算能力的干擾，幫助教師真實評估學生的學習情況。典型例題如圖7所示。

（8） 作文題（Essay questions）。清晰地揭示學生在理解物理概念上遇到的困難，如：這學期我們學習了電場和磁場。解釋為什么要引入場的概念，并對電場和磁場進行分析比較，討論至少一個相同點和一個不同點，如圖7所示。

3 教學過程：關心與尊重

Redish主張一堂好課的重要組成部分是親近的師生關系，而要拉近師生之間的距離，教師就要向學生展示關心與信任。Redish建議教師盡可能多地記住學生的名字。即使教師只知道課堂上提問的學生的名字，也會給其他學生留下教師認識大部分學生的印象。針對教學過程，Redish提出的第七、八、九教學法則分別是：“永遠不要在課堂上貶低學生的發(fā)言或讓學生難堪”“讓你的學生感受到你對他們的關心與信任”“傾聽學生”。

3.1 課堂提問

Redish認為，教師教學過程的關鍵組成部分是課堂提問，提問是師生之間傳遞知識和思想交流的紐帶，在課堂教學中起著不容替代的作用[16]。課堂提問也能有效提高學生的參與度，因為他們需要通過真正的思考來回答。但是在實際的大學課堂中，大多數(shù)教師的提問是一種形式主義，教師不愿意等待學生回答，而是選擇最簡單的解決方案———自己回答。一旦學生們知道教師會這樣做，他們就會傾向于等著教師說出答案而不是自己思考。所以，教師一定要讓學生養(yǎng)成回答課堂提問的習慣。一方面，教師可以重復問題或者隨機選擇學生回答，來表明自己確實想要得到答復;另一方面，教師還必須讓學生相信回答問題不是痛苦的，不會讓自己在教師和同學面前顯得愚蠢，因此教師一定要尊重學生，不否定或者忽略學生的發(fā)言。

3.2 師生關系

Redish注重培養(yǎng)親近的師生關系，他提出教師在教學過程中要尊重、關心學生。尊重學生在教師作為“專家”、學生作為“學習者”的模式下并不容易做到。首都師范大學的教授王陸[17]認為，教師一直獨占課堂的主體地位，阻礙了課堂教學的提質提效，師生之間應該形成一種主體與主體的高級協(xié)同的對話關系，帶動課堂教學從單主體的自利性向主體間的互利性對話轉向。要實現(xiàn)這種主體轉向，教師就必須改變信念，真正尊重學生。同時，教師應認識到關心學生是自己的義務?！吨腥A人民共和國教師法》第十條第四項規(guī)定教師應當“關心、愛護全體學生，尊重學生基本權利和人格尊嚴，促進學生德智體美勞全面發(fā)展”。2018年發(fā)布的文件《中共中央國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》[18]中，也明確要求廣大教師以德立身、以德立學、以德施教、以德育德，堅持教書與育人相統(tǒng)一、言傳與身教相統(tǒng)一、潛心問道與關注社會相統(tǒng)一、學術自由與學術規(guī)范相統(tǒng)一，爭做“四有”好教師，全心全意做學生錘煉品格、學習知識、創(chuàng)新思維、奉獻祖國的引路人。

為了幫助教師提高教學過程的互動性，Redish總結了四種小技巧：（1）提出學生感興趣的問題;（2）引導學生互相討論，而不是直接解答疑問;（3）組織學生共同解決基本概念的理解問題并安排學生展示;（4）少做題，精做題，避免盲目刷題。使用這些技巧時的關鍵要素是溝通，而在實際的教學溝通中，最重要的是教師能夠無條件地、全身心地、共情地傾聽[19]。教師需要設置環(huán)境，傾聽真實聲音;保持敏感，傾聽全部信息;時時思考，正確理解信息;耐心等待，鼓勵學生表達;注重反饋，提升傾聽質量[20]。

4 Redish的主要研究及貢獻

自1994年開始，Redish專注將認知論引入大學物理教學中，這也是《Teaching Physics with? the Physics Suite》一書中的主要內容。他通過深入研究神經、認知和行為科學，總結出了學生學習物理過程的理論框架[21]，鼓勵教師基于該理論跳出內容教學的框架，從認知科學的角度設計教學實踐，幫助學生發(fā)展工程師所需技能[22]，并利用為期五年的教學實驗證明認知科學在物理教育中的有效性[23]。

自2021年5月開始，Redish在《The PhysicsTeacher》雜志上陸續(xù)發(fā)表了6篇有關在物理教學中使用數(shù)學的文章。如在文章《Using Math inPhysics： 4.Toy models》[24]中，Redish提到，當利用高度簡化的物理模型分析復雜系統(tǒng)時，使用數(shù)學運算可以幫助學生接受并理解簡化模型的意義與價值。

Redish一直積極參與物理教育研究，他是馬里蘭大學物理教育與技術項目（Maryland UniversityProject in Physics Education and Technology）和綜合統(tǒng)一物理學習環(huán)境項目（ComprehensiveUnified Physics Learning Environment）的創(chuàng)始人。他和他的合作者對物理教育中計算機[25]的使用、學生物理思維的心智模型、學生期望和認知論在物理學習中的作用以及物理教學中的跨學科實踐[26]等研究領域都做出了卓越貢獻。

5 結語

在我國目前的物理教學研究領域中，也存在基于心智模型的教學實踐，其在有效建構認知和促進思維發(fā)展方面具備優(yōu)勢[27]，但大多是針對中等教育進行的研究，大學物理教學工作中認知學的內容較少，主要出現(xiàn)在深度學習[28]的有關研究中。這也是Redish的九條教學法則的價值所在。它啟示我們，在大學物理課程的教學過程中，在教學目標上，教師應當強調教學本質，幫助學生構建有效且科學的心智模型，發(fā)展復雜的學習思維模式;在教學評價上，教師需要采用多元的考試題型，激活學生不同的知識與技能;在教學過程上，教師應當注重師生關系，尊重、關心學生。