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大学物理有效教学的理论与实践研究

时间:2020-08-06来源:毕业论文

基于对大学物理教学现状的认知、问题的剖析,尝试以典型的案例实施教学以 促成大学物理有效教学的实现。论文在对有效教学概念界定的基础上,梳理了有效 教学、中学物理有效教学以及大学物理有效教学相关文献,表现为有效教学的理论 研究丰富、教学实证研究缺乏,呈现了基于中学特定学科的有效教学研究有待深入, 而大学学科的有效教学之关注缺乏。论文以大学物理学科为载体,针对大学物理学 科特征,以有效教学在中学学科教学中的理论与实践关注为基础,从大学物理有效 教学目标、有效教学内容、有效教学方法、有效教学实施与评价等几个方面理论探 讨了大学物理有效教学的实现路径。理论的阐释离不开实践的检验,论文还进一步 基于典型大学物理案例开展实证研究与教学评价,进而得到研究的结论与反思。 本论文主要研究内容如下: 第一章:为引言部分,明确了该论文的研究背景、已有的研究基础,厘晰了论 文的研究问题、思路及框架。 第二章:基于对大学物理教学现状的剖析,认为大学物理有效教学设计可以为 实现大学物理有效教学提供可行途径。论文进一步明确了大学物理有效教学的理论 基础、原则,并阐释了本论文的相关概念。 第三章:大学物理有效教学目标;基于对教学目标与教学目的的区分,明确教 学目标的预设性与生成性。基于对教学目标分类理论的探讨,提岀了大学物理有效 教学目标设计的方式,明确了大学物理有效教学的目标。 第四章:大学物理有效教学内容。教学内容的选择与呈现是有效教学开展的基 础,论文第四章明确了大学物理教学内容生成的多种途径、多维原则,基于特定的 案例说明教学内容的生成方式的丰富性与教学内容呈现方式的不同。教学内容生成 方式的丰富性,促进了对教学内容呈现方式的不同需求。 第五章:大学物理有效教学方法。知识属性的多样性以及矛盾性,决定了有效 教学方法的多样性,也决定了教学方法与教学内容的关联性。论文第五章明确了大 学物理有效教学基于教学组织形式的有效教学方法与基于特定教学内容的有效教学 教学方法。 第六章:大学物理有效教学实施。以“质点运动的描述”、“电场强度以及磁感 应强度的计算”、“单摆"、“牛顿运功定理的应用”等大学物理典型案例为例,提出 了大学物理有效教学的变式教学、相似性教学、主题教学与基于问题的教学等教学 策略。 第七章:大学物理有效教学评价。在明确有效教学评价的基础上,针对大学物 理教学实施,利用调查法、访谈法等对大学物理教学实施效果与实施策略进行评价 与反思。 第八章:结论与反思,基于对大学物理有效教学的理论与实证研究,明确了论 文研究的结论,并对大学物理有效教学提出了几点可供反思的建议。
有效教学;大学物理教学;有效教学目标;有效教学内容;有效教学方法; 有效教学实施;有效教学评价

目录

第一章引言 1

1.1问题的缘起 1

1丄1人学教学的困境与!11路 1

1.1.2工科大学物理教学困境与出路 5

1.2文献综述 9

121有效教学研究 9

122有效教学的学科研究 15

123物理学科有效教学研究 18

1.2.4 启示 21

1.3有效教学研究的意义 22

1.4研究的思路、内容和方法 24

1.5论文基木框架 26

第二章大学物理有效教学研究视角与理论基础 27

2」大学物理教学苗效性缺失的现状分析 27

22大学物理有效教学的保障——教师成为教学设计者 35

221教师专业发展与有效教学之需 35

2.2.2大学物理教师设计者实践之困 36

2.3基于学习理论的教学设计发展 38

231学习理论与教学设计的发展 38

232客观主义与建构主义的整合——基于教学设计和学习科学 44

2.4大学物理有效教学的理论基础 48

2.5大学物理有效教学的原则 52

2.6本论文的相关概念阐释 57

第二章大学物理有效教学目标 60

3.1教学冃标 60

3.1.1教学冃标与教学H 60

3.2教学H标的预设性与生成性 61

3.1.3教洋冃标的重要性 61

3.2教学戸标的分类理论 62

3.2.1教学冃标的经典形态——泰勒原理 62

322经典的教営冃标分类理论 63

3.3人学物理有效教学日标设计 64

331人澆物理课程教洋目标…… 64

3.3.2人学物理有效教学目标设计的方式 66

333人学物理有效教学目标 67

第四章 人学物理有效教学内容 70

4.1教学内容的重耍性 70

4.2人学物理教学内容的牛成 71

4.2.1源丁-物理教材分析 72

422源于科学研究 78

423源于网络资源 85

4.3大学物理教学内容组织的原则 86

4.4大学物理教学内容呈现方式, 93

第五章大学物理有效教学方法 98

5.1教学方法与有效教学方法 98

5.2知识属性与教学方法的内在关系 100

5.2.1知识的内在属性 101

5.2.2教学方法与知识属性的关系 104

523物理知识属性与教学方法关系 107

53大学物理有效教学方法 109

531第一类有效教学方法——基于教学组织形式 .....109

532第二类有效教学方了 一皋于特定教学内容 115

第六章大学物理有效教学实施 123

6.1教学实施的准备工作 123

6.2有效教学实施策略     124

6.3有效教学的实施   128

6.3.1变式教学 128

632相似性教学 135

633主题教学 141

6.3.4 PBL 教溢 147

第七章大学物理有效教学评价    154

7.1有效教学的评价 154

7.2大学物理有效教学评价 155

7.3教学反思 165

7.3.1对教学实遍策略的反思 165

732対教学效果的反思 ....167

第八章结论与反思 169

8.1 结论 169

8.2 反思 170

8.2.1高校教师的责仃以及教学能力现状 171

822大学牛群体的多样性 172

8.2.3大学物理有效教学的几点建议 173

8.3研究不足及展望 174

附录 176

附录1问题解决能力测试试卷 176

附录2屮期访谈提纲 178

附录3高校物理教师教学设计情况调查问卷 178

附录4大学物理自主学习能力调查问卷 181

附录5博士期间研究成果 184

参考文献 18

第一章引言

教学是教育研究中的一个永恒的主题,有效教学是人类教学追求的目标,自从 有了教学活动,人类从未停止过对有效教学的追求。夸美纽斯在他的《大教学论》 一书的扉页上一语道出“有效教学”的重要性:“寻求并找出一种教学的方法,使教 员因此可以少教,但是学生可以多学;使学校因此可以少些喧嚣、厌恶和无益的劳 苦,多具闲暇、快乐和坚实的进步”(傅任敢译,1999)。于是,使“教学”渐臻“有 效”成为人们一种自觉的行动追求。

1J问题的缘起

高等教育承担着培养高级人才、发展科学技术、促进社会主义现代化建设的重 大任务,提高教学质量是高等教育发展的核心任务,也是建设高等教育强国的基本 要求。1999年中国提出扩大高校招生规模,以提高国民素质,提升学历,缩小与国 外受教育水平差距。高校扩招实现了我国教育发展阶段性飞跃,教育规模日渐扩大, 在校大学生逐年攀升,但扩大教育教学规模进程中,也产生了「些突出的问题,大 学扩招导致办学力量分散,教学资源短缺,教学质量呈现下滑之势。面对高等教育 这些问题,2010年7月出台的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年)》,明确指出要全面提高高等教育质量,到2020年,高等教育结构更加合理,特 色更加鲜明,人才培养、科学研究和社会服务整体水平全面提升。《纲要》将以“提 高高校人才培养质量”为首要目标的同时,将教学视为教师考核的重要内容,以凸 显教学在高校中的重要地位。高等教育学科教育的有效教学,也正是在应对这一困 境与符合这一形势而得以逐渐关注。

LL1大学教学的困境与出路

国家的发展离不开教育,提高国民的素质,依赖于教育的普及与发展。教育质 量以教学质量为基石,没有好的教学质量,难以促成好的教育质量。研究我国大学 教学,应基于国际的视野,透过各国高等教育教学现状,直面教育教学问题,提出


大学教学改革的方向,关注点应为“有效教学S

1•大学教学的困境

“如果拨开美国高等教育的美丽光环,笼罩在下面的木科生教育质量问题就会 暴露出来”(张福远等,2007)o自20世纪80年代以来,美国的大学尤其是研究型 大学的本科教育,一直处于边缘化地位。社会各界对美国研究型大学的指责不绝于 耳,而本科生教学问题表现最突出。具体表现为几个方面:(1)对经费以及排名的 追求使得学校已经无暇顾及本科生教学。美国伯克利大学教授Clark Kerr认为,盲 目的追求经费以及排名是造成本科教学被荒废的一个主要原因。他在其著作《The Uses of the University 中写到:由于一个学校的品牌是争取科研经费的门面,这就 需要引进一流的研究教授,于是造成了大学花大价钱去挖“明星研究员''的情况(胡 建梅,2004)。然而,这些重金聘请来的大牌教授不愿意从事本科教学,大学只好再 聘请专门的“教书匠”来应付本科生的教学。(2)不合理的晋升与报酬机制(科研 与学术是最重要的晋升指标)使得教师远离本科教学。2001年美国博耶本科教育委 员会对研究型大学进行了一次调查,调杳中教师在回答“你为何重研究,轻教学?" 这个问题吋,许多教师都提到:感觉教学并未被领导给予足够的重视——奖励太少、 在晋级中分量太轻-

在英国,同样存在着这样的问题。1998年,英国对98所大学进行了教学评估, 其中就包含了对英国各个大学的教学质量的评价。结果表明,各个大学的教学质量 差别较大,如布里斯托尔大学的电子工稈系的教学水平普遍很高,他们每年都对职 员和学生进行面谈以调查教学情况,如发现问题及吋改正;但是冇些大学却存在教 师教学准备工作贫乏、教学方法不合适、教师对学生的基础不十分清建,而且学生 对效果不太好的课堂技能训练意见很大等诸多问题。如英国前理工学院的教学质量 普遍较低,评估的结果显示:排名最后的40名几乎都是前理工学院,这使得人们对 前理工学院的教学质量印象很糟。产生这种现象有其特定的社会背景,自1992年英 国根据经济发展需求,扩大了前理工学院学位授予权,使得这类学院升为大学以应 对经济萧条。随着这些大学规模的不断扩大,招生的规模也逐年增加,而扩招后带 来的负面效应对教学质量的影响尤为突出(黄国文等,2000)o

提高高等教育学科教学质量也是我国各高等院校永恒的主题。我国针对大学本

http: //www. sunysb. edu/pres/0210066Boyer 科阶段的教学改革,是继2001年教育部下发了《关于加强髙等学校木科教学工作提 髙教学质量的若干意见》的文件后逐渐得以重视与开展。2003 “髙等学校教学质量 与教学改革工程”实施,开始了普通高等本科院校教学水平评估工作,为扭转教学 质量的下滑趋势、推动高校改革与发展发挥了重要的作用。到2007年全国首轮评估 工作基本完成,而预期的目标并没有完全实现。在评估工作完成后,国家教育部在 2007年连续下发了两个文件,即《关于实施高等学校木科教学质量与教学改革工作 的意见》(教高[2007] 1号文)和《教育部关于进一步深化木科教学改革提高教学质 量的若干意见》(教高[2007]2号文)。周济部长在贯彻2号文的会议上,分析了当前 教学工作所面临的困难和问题时明确指出「最为突出的问题,一是教学投入严重不 足,二是教学管理相当薄弱,三是教学改革亟待深入。”此后,“提高质量”成为我 国高等教育发展的主旋律,2010年公布的《纲要》将“提高质量”作为高等教育发 展的核心任务。

可见,科研与教学的平衡问题——严重倾向于科研的教师评价制度使教师丧失 了教学热情,是不同国家共同面临的问题。尽管,当前高等教育对有效教学的关注 不难成为吋代变化之要求,而且也是人才培训之需要,高校教师表现出对教学研究 动力之缺乏。研究者(王义遒,2007)指出:高等教育大众化引发出的学生被“裹胁” 进大学从而使得教学需要新的方法和新的模式;学校重科研、轻教学使注重教学效 果成为…句空话,许多教师视科学研究为硬功夫,视教学为软功夫;知识经济吋代 对基础课程的冲击,使得基础课的教学吋间和课程内容不能无限扩展等之间存在种 种矛盾。可见,大学教学面临着诸多严峻问题,如教师考评制度、教师教学研究动 力缺失、大学生群体的素质下降等。

2.大学教学改革方向

针对教学中出现的问题,各个国家采取了应对问题的相应措施。美国诸多大学, 开始关注教学和科研之间的矛盾,由科研优先以及重视研究生教学转向重视本科生 教学。如斯坦福大学改革对教师的激励手段和奖励措施,使之更着重于教学成果, 如规定个人年收入增加的部分,按照一定的比例应以教学为依据,并相应地建立了 科学的评价教学的方法(陈惠梅,1997)。此外,美国部分高等教育工作者针对“什 么样的教学才能带来良好的教学效果”开展了系统的研究o 1987年发表了大学教育 教学的7条原则,包括鼓励学牛与教师接触;鼓励学牛•间的合作;鼓励主动学习;


及时反馈;强调主动学习;表达高期望;尊重多才多艺和多种学习方法(张继华, 2008)o 1999年舒尔曼认为要用更加系统和学术性的方法研究如何使学习发生,并 提出了 “教与学的学术”,从而在美国掀起了教与学的学术运动(Eileen, 2005)o 在此运动中,大学教师通过各种途径丰富自己关于教学的知识,并将知识与学科教 学结合起来,证实探究教学知识的有效性(Carolin, 2002)o也有研究者认为自己对 学生的学习并不是真正理解,需要从课程的设计和教学两个方面计自己对学生应该 达到的学习目标更加精细(Bass, 1999)。研究者对普通化学教学屮学生的过高的不 通过率感到不满,采取在保持课程内容不变的情况下,增加辅导、互动讲座以及更 多作业的形式,提高学生的学习效果(Cox, 2001)o

在英国大学教学改革中,以提高教学质量为中心,构建了完善的教学评估休系, 如教学中以学生为中心,重视学生的选择权,具休表现在重视学生的多种学习需要 改进学生的学习;提供学生可靠的信息,落实学生的选择权;重视学生的不满和投 诉。随着英国高等教育大众化进程的加快,模块课程成为其课程改革的主要举措; 资助'”髙等教育创业”课程,强调通过发展可迁移的个人技能间接强调为工作做准 备,这些技能包括沟通、演讲、信息技术和问题解决技能;发展基于工作的课程学 习。英国各大学都设立了教学研究或者教学改革项目,并实行优秀教学奖励,突出 教师的教学中心地位。教学项目大都是采用行动研究的方式,旨在改善本校的教与 学。优秀教学奖励旨在奖励那些在教学中具有创新特点的改革,以此提高教学的地 位。值得关注的是,英国大学本科中基于工作的学习,对学生知识和技能的培养途 径发生了根本性转变,重视“从现实工作中进行学习”的需要,与校园本位的学习 相比,工作本位学习被视为培养学生掌握各种就业技能的有效途径(周志群等, 2008 )□

在中国,教育部明确指出,本科教学要深化教学内容改革,建立与经济社会发 展相适应的课程体系,坚持知识、能力和素养协调发展,实现从注重知识传授向更 加注重能力和素质培养的转变。提高教师教学能力,通过学习先进的教学方法,积 累教学经验提升教书育人水平。教学中注重将信息技术作为提高教学质量的重要手 段,提高教师制作和使用多媒体、运用信息技术开展教学活动的能力,培养和提高 本科牛:通过计算机和多媒体课件学习的能力。

3.大学教学质量与有效教学

何谓教学质量?不同的学者有不同的界定与认识,美国麻省理工学院沃尔 • H.G莱温教授将教学质量定位在三个层面上:(1)学生对学科教学所规定内容 的掌握程度;(2)掌握知识的应用能力,多指用知识解决实际问题的能力;(3) 掌握和应用的基础上学生对学科的喜爱程度,这是教学质量的最髙境界(王祖源, 2009)o教学质量内涵的界定,为教学的成效提供了评价的依据,美国心理学家斯莱 文以教学质量(quality of instruction)、教学适当性(Appropriate levels of instruction) 诱因(Incentive)和时间(Time)等四个因素来诠释教学的有效性,提出了提高教学有效 性的QAIT教学模式(姚梅林等,2004)o教师利用合理的教学策略以及教学方法, 对提高教学质量具有积极的意义。可见,有效教学是促成高质量教学的基本保障, 提高教学质量,最终以有效教学为前提,只有实施有效教学,才能解决教学质量低 下问题,切实提高本科教学质量。

1.1.2工科大学物理教学困境与出路

1.工科大学物理教学的困境

在世界范围内关注本科教学质量之吋,本科阶段重要的基础课程——大学物理 以其重要的地位受到各界的高度重视。所谓“大学物理"是指高等学校工科专业开 设的-门基础课程。学生普遍认为大学物理课程难学,这可以从大学生的物理学业 成绩得以体现。笔者对某高校大学物理课程的学生学业成绩进行了统计,呈现了该 校2003级至2009级工科学生的学业成绩情况,包括各学期期末考试人数、考试卷 面成绩的平均分以及不及格率,具体的数据分布见表1-1。

从学生的学业成绩来看,大学物理(1)(上册)的不及格率一直居高不下,平 均不及格率接近30%,而大学物理(2)(下册)的学业成绩也不理想,时好时差,并 不稳定。高校对学生的学业成绩一直很重视,将其作为衡量学生学习效果和教师教 学效果的标准之一。从学生的学业成绩来看,大学物理教学效果并不理想。学生的 学业成绩为教学提供了反馈信息,迫切需要教师改进教学,激发学生学习兴趣以提 高教学效果。

表1-1学牛•的学业成绩

年级

考试总人数

平均分

考试不及格率

2003级大学物理(1)

1261

56.3

55.0%

2003级大学物理(2)

1262

7().X

26.0%

2004级大学物理(1)

1713

55.3

52.1%

2004级大学物理(2)

1713

68.1

22.1%

2005级大学物理(1)

1705

554

37.3%

2005级大学物理(2)

1697

71.0

22.4%

2006级大学物理(1)

1697

60.0

36.9%

2006级大学物理(2)

1707

71.1

19.2%

2007级大学物理(1)

1702

69.6

23.8%

2007级大学物理(2)

1714

67.9

17.5%

2008级大学物理(1)

1537

64.6

28.8%

2008级大学物理(2)

1538

78.7

13.3%

2009级大学物理(1)

1547

63.6

25.8%

2009级大学物理(2)

1535

67.2

28.1%

 

针对工科院校大学物理教学现状,曾基于小范围的问卷调查(针対工科专业 140名学生,就大学物理教师的教学目的、内容、组织以及方法等儿个层面开展调 ),结果表明:从学生期望大学物理教师在教学中强调的教学目的来看,选择“培 养学生的能力和学习方法”、“传授知识”以及“应付考试”的比例分别为:80.5%. 12」%、7.4%。,可见,学生希望通过大学物理学习培养自己的学习方法和能力。从 学生对教师在教学时强调的教学目的的回笞来看,选择“知识的灌输”、“发展学生 能力”以及“应付考试”的比例分别为:50.5%、25.3%以及24.2%。可见,近一半 的学生认为教师的教学没有满足学生能力的需求。在教学过程中,大学教师忽视了 学生的期望和需求,没有做到以人为本。从调查的结果分析,大学物理教师在教学 过程中基本采用讲授法,过多的以自我为中心,以考试为导向,以教材为依据。综 合各种情况分析,大学物理教学的困境主要表现为以下几个方面:

① 物理学科定位偏离。学科的科学定位是这门学科得以建立的关键并因此进一 步发展的基础。大学物理教学,不能仅局限于物理知识的教育和为专业培养服务的 层面,应该定位于培养以及提高学生的科学素养、科学思维方法以及科学研究的能 力。大学物理不仅提供学习后续课程的基础知识,更重要的是能培养学生科学素养、 提高科学研究的能力O

② 教学目标不明确,过多注重知识传授。由于学科定位偏失,大学物理教学目 标不明确,教学过多地注重知识的传授,以知识为本位,而不是以学生为本位。教 学中以讲授物理知识为主,忽视了物理知识内蕴含的思想以及方法,忽视了物理教 育对学生全面发展的重要价值,没有实现将传授知识、培养能力和提高科学素质有 机地融合起来。

③ 教学方法单一。在传统教学思想以及教学目标的影响下,我国高等院校长期 以來形成了“注入式”单向教学模式,休现在教学方法单一,以传统的讲授法为主, 教师很少采用其他形式的教学方法。教师在课堂上实行满堂灌,认为通过自己的讲 解学生一定能够掌握知识。教学中主要关注如何教,如何完成教学任务,很少关注 教学方法改革。

④ 缺乏对学生的关注。教师在教学中很少关注学生是如何学习的,不太清篷学 生对知识的理解、掌握程度,缺少与学生之间的交流以及互动。教学中体现的是“教” 的过稈,没有意识到“学生参与”对教学的重要意义。教学中依然是以教师为中心, 教师是课堂的主体,缺乏对学生需求的考虑,因而导致对学生的主体性地位缺失。

⑤ 教学资源贫乏。大学物理教学中,教师很少关注教材以外的教学资源,教师 为教学提供的素材基本来源于教材内容,或是与此配套的电子教学课件。伴随着网 络、信息技术的发展,极大地丰富了教学资源,但相对其他课程而言,呈现了大学 物理教学资源亟待开发,这从客观上为教师扩充教学内容增加了难度。

⑥ 教学评价的盲目。教学评价是对教学过程的检验,大学物理教学评价基本以 学生的学习成绩作为唯一的评价指标,缺乏对学生学习大学物理的形成性评价,也 缺乏对大学物理教师的素养与教学质量之评价。全面的教学评价应该包括对学生、 教师以及课程的评价,对学生的评价应该具体全面,要重视学生能力、情感发展的 评价;对教师的评价要及时并且详实,使教师清楚自己的教学情况,以促使教师改 进教学工作;对课程的评价则为课程建设以及发展明确方向。

大学物理教学凸显出的种种问题,需要教育工作者转变教学观念,以现代教育


理念重新审视大学物理教学;需要视学生的发展为大学物理教学目标,在过程中关 注学生需求;需要改变教学内容与丰富教学方法,实现教学范式的转型;需要借助 于信息技术实现学生学习方式的转变,从而促进师生角色的重新定位;需要改革单 一成绩的评价方式,促进多元化、过程性评价的手段的开展。

2•追求大学物理的有效教学——基于大学物理的教育价值

大学物理的教育价值体现在物理学蕴含的思想以及观念中,体现在物理学对世 界发展的深远影响中。20世纪对世界影响深远的10件大事中,物理学革命位列第 一,爱因斯坦的相对论和普朗克能量子假说从根本上改变了人们关于时间、空间、 物质和运动的概念。物理学研究物质、能量和它们之间的相互作用,是一项国际事 业,对人类未来的进步起着关键的作用,对物理教育的支持和研究对所有国家都是 重要的。物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学,物理学中有系统严密的物 理学知识,蕴含能够影响人的科学方法、世界观以及人生观。通过物理学习,学生 能够逐渐养成观察、实验、分析和解决问题的能力,提高学生的科学素养以及专业 素养。

物理学是整个自然科学和现代工稈技术的基础,任何专业,开设大学物理基础 课的目的,都是使学生对物理学内容和方法、概念和物理图像以及历史、现状和前 沿等方面从整体上有全面的了解。通过大学物理教学,使学生掌握物理知识、物理 学方法和思维,为从事工科工作奠定坚实的专业素养。工科,是培养工程师的摇篮, 工程师是通过想象、推断和推理,将科学、技术、数学以及实践经验应用到设计、 制造和对象或程序的操作之中,工程师利用科学和技术的原理来解决问题。由于物 理学的基本概念、基本思想、基本规律以及基本方法是后续专业课程的基础,而且 也是培养和提高学生综合素质、科学素养以及创新能力的重要于段,因此,在世界 范围内,理工科学生都要求学习大学物理课程。大学物理在培养学生的逻辑思维能 力、解决问题能力以及创新能力等方面有着其他课程无法取代的独特作用。随着人 们对物理教育价值的不断认识,不仅是工科院校开设大学物理课程,管理类等文科 专业也开设了大学物理课程,各个专业青睐于大学物理课程是源于追求物理学的教 育价值,希望通过物理学习使学生获得知识、思维、能力以及科学素质等各方面发 展。

可见物理学的教育价值,不仅体现在能丰富学牛物理知识,更重要的是使学牛: 掌握物理学中蕴含的思想以及方法,不断培养学习者的科学素养,为他们探索自然、 驱动技术奠定基础。

基于对当下大学物理教学问题的剖析,大学物理教学的教育价值的认同,论文 选择“大学物理有效教学”这一问题从理论上进行阐述,也将尝试从实践上进行实 证探索。

1.2文献综述

有效教学作为一个教学论概念提出于20世纪上半叶,受到科学思潮的影响,以 及心理学特别是行为科学发展的影响,人们逐渐意识到教学不仅是艺术也是一门科 学。教学不仅有科学的基础,同样可以采用科学的方法进行研究。国内外许多学者 以哲学、心理学以及社会学等为理论基础,从多角度、多方面对有效教学理论与实 践进行深入而广泛的研究。

1.2.1有效教学研究

当人们逐渐关注教学的哲学基础、心理学基础以及社会学基础,并釆用观察、 实验的方法研究教学问题吋,有效教学的理念随之产生。在有效教学的研究中,影 响有效教学的因素不断被关注,从早期的有效教学教师特征或品质研究、有效教学 教师教学行为研究到综合因素的研究历程可以看出,教学有效性从教师影响教学有 效性的单…因素分析,扩展到教师课堂教学行为与学生学业成就、学生自我发展之 间的复杂关系上。

1. 影响有效教学的因素

(1) 有效教学教师特征或品质研究

早期关于有效教学的研究主要集中在教师特征上,如教师特点、性别、年龄、 知识水平及接受专业训练水平等。卡特尔(Cattell, 1931)对教育行政官员师资培 训人员、学校教师以及学生进行调查,要求他们写出优秀青年教师10个显著特征, 结果显示,使用频率最高描述好教师品质的词依次为:个性与意志、才智、同情心 与机智、思想开放、幽默感。赖安2和他同事辨别出影响有效教学三个主要变量,主

2 http://www.docin.com/p-108723599.html 


要为教师特征,用肯定和否定两级相对的形式表述为:①热情、理解与冷漠、无情; ②有组织、有效率与散漫、草率;③有刺激、富于想象力与单调乏味、墨守成规。 当教师得分越是靠近每一项的肯定端,那么他就比靠近否定端的教师教学“更有效S

Medley(Medley, 1979)认为教师教学有效性研究是从“教”的角度研究教师教 学有效性,它反映了研究者对教师有效性的认识不断深化,并因此决定着研究所侧 重的内容以及所取得的研究成果。教师教学有效性,首先表现为教师拥有一些定位 为有效的特征,这是区别于无效、低效甚至负效教师的品质上的差异。20世纪70 年代,研究者对一万多名教师有效性方面进行研究(Berliner, 1996),将教师特征 归结为两个方面,一是教师的生理和心理特征或品质,如外表、魅力、幽默等;二 是与教学工作相关的持征或品质,如体谅学生、学科知识丰富等。有效教师的确具 有将其教学导向有效的特征或品质,但是不能回答教师的特征怎样影响教师的行为 进而影响学生学习效杲的问题,因此,NcNamara把这种关注教师特征与教学效果 的相关联的研究称为黑箱研究(Black-box research) (Kyriacou, 1986)o Bably(王连 ,1988)认为,教师教学行为有效性取决于教师的10项个性品质,即同情心、仪 表、谈吐、诚恳、乐观、热心、好学、活力、公正、严谨。Cruickshank(时绮等, 2003)则认为教学行为有效性的个人性格特征包含热情、热心、幽默、可信任、对 成功抱有很高的期望、激励、支持、有条理、灵活、适应性强以及博学等方面。美 Levis对美国肯特大学杰出教学奖教师的教学研究表明,这些教师具备如下五种 风格,按照重要程度排列为建立目标、精心准备、热情、幽默、表演(Ellis, 1993)o

(2) 有效教学教师教学行为的研究

自20世纪60年代起,教学有效性的研究开始关注教师在课堂上的表现行为対 教学效果的影响。Shulman(Berliner, 1996)指出始终与学生良好成绩相联系的教师的 教学行为一般不同于那些学生成绩不良的教师的教学行为,即将有效教学研究转移 到教师的教学行为上。Borich(Borich, 2000)在《有效教学方法》中指出,有10 教学行为与理想的学生学习业绩有显著关系,其中五种被称为关键行为,如讲课清 晰明了;教学异常性;以任务为导向;让学生参与学习过程;确保学生的成功率; 另外五种为辅助行为,如利用学生的观念和贡献;精心组织;恰当提问;展开探寻; 遗传自身的影响。可见,教师的课堂教学行为可以大致分为以下几个方面:关注学 牛:的学习;关注交往与沟通;关注教师的教学策略和学生的学习策略。

对于教师教学行为有效性的研究,一般是对其特征进行描述,而不是直接定义 教师教学行为有效性。Castle(Castle? 2006)认为,教师教学行为有效性取决于教师 是否把教学作为教育学的取向;是否将教学作为科学研究的取向;是否将教学作为 教师自治行动的取向;是否将教师作为教学研究者的取向。Stanley & Jeffrey (Stanley et.al,7 1993)从三个方面论述了教学行为有效性的教学过程特征:①一名人际关系 的专家;②营造真诚关心的气氛;③一名帮助者;Danieslson (Danielson, 1996) 为教学的重要目标是要创造出学习者共同体,在这个共同体中使学生能够从事重要 内容的学习。具体包括四个方面:①教学计划和备课;包括选择教学目标;展现教 学内容、资源知识、教学法的知识;展现内在设计、学习评价等内容;②课堂环境。 创设尊重和睦的课堂环境,形成学习氛围,课堂程序管理以及学生行为管理等;③ 课堂教学。包括清晰而准确的交流,提问以及讨论技术,使学生认真学习,及时给 予学生反馈;④专业职责。包括教学反思、保持记录以及专业成长等。Cruicshank( 绮等译,2003)从教学技巧的角度涉及教师教学行为有效性,包括创设环境;教学模 式的多样性;指导时间最优化;提问题;提供最清晰的指导;注意学生进步以及提 供反馈和强化等7个方面。

可见在关注教师行为吋,却忽视了对以认知活动为代表的学习行为的研究,因 为教师教学行为与学生学习结果是以学生学习行动的变化为中介的,当学生学习行 为发生变化时,对学习结果会产生显著的影响。因此,有效教学的研究由教师教学 行为研究转为各种因素的综合研究。

(3) 综合因素分析

国外关于学生评教对提高教学的有效性做了研究,同吋也指出其中的不足。 Frost & Teodorescu(Frost et.al.f 2001)指出,学生评教对教师教学的影响不大,一些 教师认为学生对教师的评价不是看重教学技能而是看待教师如何表演,视教师为表 演者。Appolonia & Abrami(Appolonia et.al., 1997)采用元分析的方法检测学生的评 价,综合考虑各种因素,而学生评价只是其中一个部分。也有研究者赞成多维度评 价教师,Marsh & Roche(Marsh et.al., 1997)开发了多维有效教学的学生评价模型, 他建议采用多维建构的方式辨认有效教学,而不是单看一个方面。类似的,Jachson (Jachsonetal., 1999)等建议,尽量不要降低学生评价以确保教学评价的公平性。 随着研究不断深入,许多其他因素慢慢被人们所关注,如教师尊重学生(Patrick et.ah


1998; Roueche et.aL, 2003; Tang, 1997);教师有准备的、有组织性的教学也被视 为有效教学的因素(Patricket.aL,1998; Tang, 1997; Younget.ah 1999)。

Daniels & Bizar (余艳译,2004)对课堂教学有效的因素进行了研究,认为课堂 教学中应该尽量增加一些因素促进有效教学,如体验性、引导性和操作性学习;课 堂上活跃的学习气氛;强调学生更高级的思维,学习某领域中的关键概念和原理; 选择为数不多的主题,引导学生进行探究,使学生掌握研究该领域的方法等。而课 堂上应该尽量减少的因素有:面向全班进行的教学指导;学生被动活动,如静坐、 聆听接受以及吸收信息;对教室中安静状态给予表扬;对覆盖每个领域中的大量材 料做简单介绍;死记硕背事实和细节;强调分数等。国内学者认为影响有效教学的 因素有教学观、教育知识、教学能力、教学机智(姚利民,2004)o刘承汞从化学学 科教学角度,认为影响有效教学的因素有教师的课程内容整合能力,教师的教学理 念,学生课堂参与意识三个方面(刘承汞,2010)。

2. 有效教学的策略以及特征研究

20世纪60年代以来,许多学者系统地研究了如何提高教学全过程的效率,突破 原来的单一模式,对教师心理特征、行为特征以及学生学习心理与行为特征的关系 进行全面考察,如关注有效教学策略、标准、模式以及有效教学的艺术等。 Fisher(Wilen et.al., 2000)等研究表明,讲授组织条理化与学生的学业成绩相关。 Brophy&Good (陶志琼等,2002〉指出,当教师将新旧知识联系起来而使新知识信 息组织条理化吋,学生的学习效率更高,学业成绩更好(Wilenet.al., 2000),这些研 究倾向于教师的讲授策略;Schuck (Wilen et.al., 2000)研究表明,教师运用心向 诱导技巧,即在教学初始吋吸引学生,能够使学生掌握更多的知识;此外,研究者 对教师的提问等待吋间进行了研究,Rowe(Rowe, 1986)区分了两种等候时,第一 等候时和第二等候时,教师提问后至叫答的时间间隔叫等候时,又称为第一等候时。 他们认为,适当增加等候时间可以增加学生对问题作出反应的数量和毎一反应的长 度,利于提髙反应的复杂性和认知水平。他认为,低水平问题等候时为3-4秒,高水 平为15秒左右。国内学者对讲授策略、组织策略、讨论策略以及提问题策略等进行 了详细的讨论(姚利民,2004) c

随着研究不断深入考虑教学全过程,关于有效教学的特征的研究成果不断丰富。 1976年费尔德孟全面而深入地研究了大学半对有效教学特征的看法,研究表明,大 学生将引起并激发学习兴趣和讲授清晰作为有效教学的两个最重要的标准 Feldman, 1976) 0其后歇尔孟在大量研究基础上综合了有效教学五种特征:充满 热情、教学清楚明了、精心准备教学和合理组织教学、善于激励学生、知识卞富(歇 尔孟,1989) o国内不少学者对有效教学的特征进行了研究,研究者认为有效教学 具有七个特征,分别为正确的目标;充分的准备;科学的组织;清楚明了;充满热 情;促进学习;以融洽的师生关系为基础(姚利民,2004);研究者通过对有效教学 的解读与教学系统分析,认为有效教学是一种状态,依据教学系统分析,有效教学 具有开放性、远离平衡态、非线性作用和具有涨落的特征(刘承汞,2010)o也有研 究者(魏红等,2002)认为有效教学应该具备使学生能力提高、教师的教学表达清 楚、教师有自己的教学风格和特点、教师对教学工作认真负责、教师教学重点和难 点突出、教师激发学生学习兴趣和主动性六大特征,其中对教学工作认真负责是衡 量教师教学工作的最基本的重要特征。有研究者认为有效教学应具备的基本特征主 要有以下几个方面:一是体现促进人的发展为根本宗旨的教学目标,主要指学科教 学的基础目标以及主休性发展目标;二是科学合理的教学内容,主要包括正确理解 和创造性地使用教材,认真挖掘教学内容的教育因素,关注教学内容的实践性;三 是教师的教学能力,如课堂管理监督、调节能力,实践操作能力以及良好的语言表 达能力(裴娣娜,2005) o从研究者对有效教学的基本特征来看,他们从不同的视 角进行了广泛的研究,其中科学合理的教学内容、积极认真的教学态度、以及良好 的课堂教学能力是有效教学最突岀的特征。

3. 有效教学的标准与评价研究

虽然国外対有效教学的研究较多,在教师有效性方面已经进行了大量研究,但 对如何去评估的问题仍然悬而未决,到今犬为止,这些问题也尚未形成公认的答案

Yong, 1999)。

在英国,从1994年到1998年间,教师培训机构Teacher Training Agency, TTA) 主动为教师开发国家课堂教学有效性标准,为教师培训机构和教师专业发展提供一 个标准框架(TTA, 1998) o各个地方机构分别制定一些标准框架,并随着政治因 素不断改动,这些框架标准对教师的教学能力提出了很多的要求。2000年英国教育 与就业部颁布了较为缓和的支持条款,为教师的职业牛:涯发展提供新的全国性框架。

美国有着较为广泛的课堂教学有效性标准,如一些大学成立教学有效性委员会


the teaching effectiveness Committee) c道尔顿从课堂教学实践范例出发,给出了5 条课堂有效性标准,①师生共同参与的创造性活动,以促进学习;②语言发展—— 通过课程发展学习者的语言,提高学习者素质;③学习背景化——把教学与学牛的 真实生活联系起来,以此创造学习的意义;④挑战性的活动——培养学生复杂的思 维能力,通过思维挑战发展学生的认知技能;⑤教学对话——通过对话进厅教学(许 华琼等,2010) o美国第二个更有影响力的、为提高课堂教学有效性的框架是由夏 洛特•丹尼森负责研制的“专业实践组成要素” ,1996年在美国课程开发与督导协 会的支持下,她的标准框架“专业实践构成框架”在全美国推行,这个框架主要包 括四个领域,分别为:计划和准备;教学环境;教学以及专业职责Danielson, 1996), 四个领域又细分为22个组成部分。这些评价标准从教师专业角度进行制定,评价本 身为教师提供了一个教学设计的基本框架,其目的是作为提髙教师专业能力的参考。

国内学者对-有效教学的评价指标由笼统走向具体。孙亚玲(孙亚玲,2004) 教学目标、教学活动、教学能力、教学反馈以及教学组织与管理五个方面制定了课 堂有效教学的评价标准。关文信指出(关文信,2006)有效教学评价的五条标准,一 是营造良好的教学氛围,二是用教学目标引领学生发展,三是学生主动参与,四是 重视学习策略的教学,五是突出创新素质的培养。李学红(李学红,2007)认为有效 教学应该符合以下标准:引导学生自主、合作、探究学习;教师与学生、学生与学 生之间平等多向互动;为学生的主动构建提供学习材料;吋间以及空间上的保障; 使学习者形成对知识真正的理解;关注学习者对自己以及他人学习的反思;让学主 获得对学习的积极的情感体验。研究者针对高校课堂教学,对有效教学评价体系分 为教学内容、教学方法、教学组织、教学农达、教学态度和总的效果儿个方面,下 面再设下级指标(章小辉等,2006),学生评价课堂教学质量最先考虑的是教学内 容体系,其次是总的效果,最后考虑教学的组织。

值得一提的是,我国从2006年至2010年,已经连续举办了五届有效教学理论 与实践研讨会。前面四届研讨会的主题分别为“有效教学的基本要素"、“创造性的 使用教材”、“课堂有效互动”、“不同视域中的三维目标”,反映了有效教学教改实践 与理论研究的深入发展。第五届研讨会于2010年12月在普陀区新黄浦实验学校举 行,其主题为“冇效教学视野中的课堂规范”,提出有效教学必须聚焦课堂,注重有 效。可见国内对有效教学从理论研究出发,注重与实践结合,将目光从有效教学的 要素、创新性使用教材以及有效教学的三维目标的理论分析,转向了课堂教学。国 内对有效教学的研究多集中在中学阶段,在大学教学阶段,研究有效教学的很少, 就大学物理而言,现今还没有大学物理有效教学方面的研究。有效教学在中学阶段 的研究成果,对大学物理有效教学研究有重要的借鉴意义。

1.2.2有效教学的学科研究

有效教学研究的理论成果不断丰富,使得理论与实践的研究不断增多,表现为 各学科以有效教学的理论为指导,进行学科内有效教学研究,以下从国外、国内两 方面进行梳理。

1.国外学科有效教学研究

2006年美国州立教育厅召集国家数学小组商讨使用最有效的方法提升全国的数 学教育NMAP), 2008年出版了《成功的基础:全国数学顾问小组的最终调研报告》, 指出最关键的六条建议:(1)8年级之前的课程应该强调核心话题;(2)关于学生如 何学习的研究成果应该成为教学的…部分;3)教师应该具有渊博的和精通的数学 教学知识;(4)应该尽可能多采用高质量的探究;(5)改革国家以及州的评价制度, 应包含发展代数推理的核心知识和技能;(6)对数学教学研究必须是严密的、具有 策略性和可实践性NMAP, 2008)o

此外,美国社会科教学也进行了有效教学研究(任京民,2010)。为了改变社会 科面临的严峻局面,美国推出基于社会科有效教学的课程指南,对社会科有效教学 提岀有意义、综合的、基于不同价值观的、具有挑战性的教学原则,指出实现有效 教学的条件为:教师充分的专业准备和专业发展;广泛的教学资源,以及各层面对 社会科教学的支持。

在澳大利亚,研究者考虑到数学以及科学对其他课程的重要影响,采取信息技 术方法整合数学,整合的设计方案聚焦于指导性的、调整的课程,使用一些有用的 整合工具,使学生真正理解数学概念,更加理解数学的本质(Norton, 2008)。其实 质是将数学与实际应用整合起来,以帮助学生在应用中理解数学本质。不仅是数学 教学,在其他的学科中,也较多地采用信息技术与学科教学整合,使得信息技术不 冉是辅助教和辅助学的工具,从根本上改变传统的教学结构。


2.国内学科有效教学研究

国内学科有效教学研究逐年增加,研究成果颇丰富,笔者从研究生学位论文、 期刊论文两个方面进行了文献梳理,基于本论文的研究需求,对大学物理教学实践 成果给予了关注。

1. 研究生学位论文

以下是1989-2010年期间,在万方数据期刊网中,以“有效教学”与“学科”组 合的方式搜索学位论文,整理后发现,近几年有效教学理论与学科相结合的研究成 果逐渐增多,各学科研究生学位论文发表情况如表1・2所示。

表学科何效教学学位论文发表情况

学科

化学

物理

数学

英语

历史

政治

语文

生物

休育

论文数目

15

13

33

15

13

10

26

7

2

 

从研究的广度来看,几乎各个学科领域都开展了有效教学研究,但是,仔细分 析发现,各学科领域研究的侧重点多集中在教学策略研究、学科部分教学内容的有 效教学研究、案例研究等,总体呈现为理论研究较多,实证研究相对不足。

在化学学科领域有…篇博士学位论文,研究者对化学有效教学的结构及影响因 素进行了分析(刘德贡,2010),认为化学有效教学存于化学教学中,影响化学有效 教学的因素是教师的教、学生的学以及化学课程内容,研究者提出了实现化学有效 教学的策略,开展了化学有效教学的实践硏究。从表层来看,有效教学是教学行为 的优化;从深层分析,有效教学是预设与生成的体现。

综合各学科有效教学研究发现,有三篇硕士学位论文以’‘有效教学设计”为出 发点研究有效教学,分别为《高等学校英语专业语法课有效教学的设计研究——以 贵阳学院外语系语法课教学为研究个案》(孙德林,2009)、《新课标视域下高中数学 有效教学设计研究》(蔡香宜,2008)、《新课程背景下初中函数有效教学设计研究》 (丁银杰,2008),第一篇论文,立足于教师课堂上如何教的策略设计教学,是理论 思辨层面的研究;第二篇结合有效教学特征,指出高中数学有效教学设计的原则, 最后对教学的效果进行分析,认为实施有效教学的前提是师生改变教育观念,重点 是有效教学方案设计,关键是引导学4•“数学地思考”。第三篇,则是以有效教学与 教学设计的理论对初中函数内容的教学设计环节进行分析,如背景分析、过程设计 及评价,没有涉及实证的研究。

2 •期刊论文

以下是1989-2010在万方数据期刊网中,以“有效教学”与“学科”组合的方式 搜索期刊论文,具体文献数量如表1・3所示:

表卜3学科有效教学的文献发表悄况

学科

化学

物理

数学

英语

历史

政治

语文

生物

体育

文献数目

61

40

147

148

41

43

109

27

41

 

可见,有效教学在各个学科内的研究成果逐渐增多,笔者深入研究后发现,与 学科相结合的有效教学研究,多应用有效教学的普适性理论研究学科教学,没有体 现学科特色,是有效教学理论在学科内的直接套用。研究者(王鉴等,2008)通过 对近十年我国“有效教学”的研究成果梳理后发现,存在成果重复、内容肤浅、轻 视实证研究等问题。此后,乂有研究者(范蔚等,2010)针对我国自1990年至2009 年以来关于“有效教学"的文献进行内容分析,研究发现有效教学的研究集中于涵 义、影响因素、教学策略以及评价和标准四个方面,各研究内容的文献数分布如表 1・4所示。

表1・4 1990-2009“有效教学”各研究内容的文献量

研究内容

文献量

占相关文献总量的白分数(%)

涵义

2001

18.9

影响因素

1458

13.6

教学策略

2865

26.8

评价及标准

685

6.4

 

研究者对研究内容进彳亍分析发现,有效教学研究定性研究居多,定量研究相对 匮乏;多数研究者视角相近,如有效教学策略文献很多,导致研究的内容与结果重 复现象比较严重;研究的深度不够,未能体现对教学的指导作用,不利于理论向实 践的转化应用;有效教学的实质及其评价标准观点不一等。

此外,研究者针对我国科学课程有效教学基本问题进行研究(周勇,2009), 为影响科学课程有效教学的基本问题,根源上是背离科学课程统整属性的结果,并 提出,科学课程有效教学策略研究必须针对科学教学实践中存在的现实问题展开研 究,基于科学课程统整属性视野探究科学课程有效教学策略,是科学课程有效教学 研究的方法。可见,科学课程研究必须来源于现实问题,并采取相应的策略才能实 现有效教学。

值得关注的是,研究成果中有几篇涉及大学有效教学的文献,如《国外高校课 堂有效教学的基木经验与启发》(包鎔,2010)、《大学有效教学特征之研究》(姚利 民,2001)、《略谈大学教师的有效教学》(姚利民,2002)、《大学有效教学及教学管 理的理念与思考》(赵菊珊,2010)等,这些研究以介绍国外有效教学的经验为主, 并对我国高校有效教学提岀一些建议,在高校教学研究中,有效教学的研究集中在 理论层面,很少有学科内的实证研究。

1.2.3物理学科有效教学研究

1. 中学物理有效教学研究

在已有的有效教学的研究成果中,中学物理有效教学研究成果颇为丰富。有13 篇关于中学物理有效教学方面的硕士学位论文,从研究的内容来看,主要集中在有 效教学策略的研究,如研究者(梁春玲,2003)指出,教师应树立有效教学观念, 围绕学习中心进行理论研究是实现有效教学的前提和基础,强调立足课堂实践,具 备反思意识,执行教学策略是实现有效教学的关键,并提出了具体的组织实施策略; 研究者(樊华,2010)分析了当前物理有效教学中存在的问题和学习态度教育的重 要性,指岀物理有效教学过程中开展学习态度教育的必要性;在新课稈标准下,研 究者(蔡丽珍,2009)认为提升物理教学有效性的策略为:(1)物理教师深入领会 新课程标理念;2)合理有效地确立三维教学目标;3)精心选择和组织教学内容;

4)灵活选用和改进课堂教学方式;5)做好教师的有效指导和评价;(5)恰当使 用多媒体教学于段;7)关注学生学习过程屮的体验;(8)有效表达和传递积极的 期望。分析研究思路可知,基本是遵循有效教学理论,结合中学物理教学,探讨有 效的教学方法或是教学策略,理论思辨较多,实践研究中多采用个案研究的方法, 评价教学有效性多以学生的学业成绩为依据c

2. 大学物理有效教学研究

1) 大学物理有效教学文献研究

为了改善大学物理教学困境,研究者对大学物理教学的有效性进行了探讨。首 先是从教材建设方面入手,如提出教材建设应该与课程教学基木要求相适应的原则 (毛骏健等,2009);此外,对于大学物理课程内容,研究者提出了课程内容与教学 模式相整合的观点,以改变教学过程中教师、学生、课程之间缺乏联系的现状,并 构建了多层次、多形式的人才培养模式,体现“以学为木、因材施教”的教育理念 (潮兴兵等,2010)o提出此种观点,是基于教师教学内容与学生的期望存在较大的 差距、教师教学没有从实际情况出发的教学现状。此外,对于大学物理教学方法, 研究者指出,要组织课前预习、组织好课堂教学以及重视辅导答疑等,教学手段则 采用传统教学与多媒体教学相结合的方式、建立演示实验室等(陈明通等,2007 基于对大学物理教学质量和培养创新型人才的需要,研究者提出了大学物理教学中 的问题设计研究(樊雅平,2010),认为问题是教学活动的中心,没有问题存在,探 究就无法进行。在硕士学位论文中,出现了一些教学方法的尝试,如案例教学法、 探究教学法、研究性教学等等,研究成果打破了原有的单一化教学模式,极大地丰 富了课堂教学。尤其是“科学探究”,更是引起了教育领域的广泛关注,如果用一个 词描述一个世纪以来科学教育者所努力的方向,那么…定是“探究”(徐学福,2001) 探究教学成为大力倡导的教学方式,它可以让学生以类似于科学探究的方式学习科 学,使他们不仅获得科学知识,还掌握科学方法以及培养科学态度。但是探究教学 形式化、教师对探究教学的“度”把握不理想以及忽视科学探究之外的教学环节等 问题,显示探究教学在实践中出现了诸多问题(马勇军等,2007o

2) 大学物理教学实践中对有效教学的追求

大学物理教学研究中,很少涉及“有效教学”,但是从对学生的发展、以及对国 内物理教学产生的影响来看,有些教学改革成果是值得肯定的,其目的是为了改变 大学物理的教学困境,促进大学物理有效教学,研究成果中以华中科技大学的李元 杰教授组织的大学物理数字化教学以及南京大学卢德馨教授的研究性教学最为突 岀。研究大学物理有效教学,必须从理论以及实践两层面探讨己有的成果,他们的 教学改革思想以及教学成果对改进大学物理教学有重要的借鉴意义。

①大学物理CCBP教学体系以及数字化教学

李元杰教授的大学物理教学改革以现代数字化教学理念为指导,强调课堂中的


教和学。他认为耍提高教学质量,必须从应试教育和纯知识教育向创新教育转变, 教学中要坚持讲知识、讲思想、讲方法并重,而突破点就是强大的先进动力和重要 的技术支撑(李元杰等,2003 )o华中科技大学于2007年底完成了大学物理CCBP

(Calculus-Computer-Based Physics)教学体系,将CCBP引入大学物理课程,打破 大学物理教材内容中力、热、光、电、近代物理的排列顺序,突岀物理木质、物理 思想,特别是物理方法,引入计算机数值技术和模拟技术等工具,引导学生充分利 用计算机的数值处理功能,将复杂的物理方程,特别是现代物理学的微分、积分方 程以及非线性问题转化为计算机处理,使纯理论的推导转变为用计算机解决实际问 题。数字化技术对教学现代化的支撑具体体现在以下几个方面:能大大丰富基础物 理中许多可教可不教的内容;能利于营造素质教育和创新教育的学习环境等。

数字化教学模式对传统的教学是一种极大的挑战,但是,技术应该是为人所用, 技术不能完全支配了教学过程。对学业水平参差不齐的学生,数字化教学会使感兴 趣的学生收获很大,而对计算机编程不感兴趣的学生,则在学习物理的基础上再增 加计算机编程的负担,学习效果可想而知。笔者认为,数字技术发展为数字化教学 提供了极大的便利,教学中引入数字化技术是完全有必要的,但是它只能成为课堂 教学的•种辅助形式。

②研究性教学模式

南京大学的卢德馨教授经过近20年探索和实践,使研究性教学模式成为我国研 究型大学提高本科教学质量的成功个案。当前国际高等教育界对研究性教学这•概 念并没有达成统…共识,国内对研究性教学也是说法不、卢徳馨教授对研究性教 学提出了自己的看法,即把研究所需要的很多元素都融入到教学中,用科学研究的 基本要求组织教学。因此,卢德馨教授的硏究性教学模式整体渗透着研究精神。他 认为,用科学研究的素养和要求去设计整个教学才是要点。研究性教学应该强调探 究,强调创新,强调规范,而习题环节最能体现卢德馨教授对探究的强调。此外, 卢德馨教授强调思想对教学内容的统摄,即所谓的“集成教学”,而集成教学的目的 就是以知识为载体传递一定的思想。

卢徳馨教授研究性教学模式的作用机制在于高质量探究激发学生的内在学习兴 趣,而学牛:内在学习兴趣反过来推动高质量探究,两者互相促进,循环往复,从而 实现教学质量的持续提高。研究性教学对教师本身提出了三个条件:对学科知识的

木身有深刻理解;亲自参与研究,将研究经验引入教学;具备促成学生成功体验的 方法和手段。很多教学型大学大部分教师教学任务重,从事课题研究的时间短,很 难取得实质性的科研成果;而有科研任务的教师,由于教学成果相对不容易量化, 因此重科研、轻教学,主观上不愿意开展教学改革,也就难以实行研究性教学了(张 禧,2008

尽管研究性教学在南京大学取得了一定的成果,但研究者指出,卢德馨教授研 究性教学建立在南京大学强化部这一特殊平台,借助于该大学的研究资源,得益于 教学与科研要素的长期磨合,其目标定位于优秀的新型理科基础研究与教学人才。 研究性教学模式具有一定的产生条件和适用范围,并不是放之四海而皆准的万能模 式。对定位于非研究型的大学而言,要结合本校的具体情况,使研究性教学有一个 本土化再创造的过程(张富生,2007)o

1.2-4启示

有效教学教师特征、教学行为以及策略的研究成果可以促使实践者朝向有效教 学的目标靠近。从有效教学的研究成果来看,理论成果丰富,而教学实证研究缺乏, 尤其是针对大学物理课程进行有效教学的研究很少。因此,大学物理有效教学研究, 无论是理论还是实践层面都需要进行积极探索。结合已有研究成果,笔者认为:

1. 有效教学研究内容的偏失

有效教学的研究多数关注对教师的研究,如个性、品德以及教学行为等,但是 对教学实践关注甚少。有效教学需要以有效教学过程作为支撑,教学过程中教师、 学生以及媒介的交流沟通,教学目标、教学内容、教学方法以及教学评价等很少论 及,特别是忽略了教学内容、教学方法等重要教学因素对有效教学的影响。因此, 研究有效教学应该立足教学过程,以系统的观点探索有效教学的实现途径。

2. 有效教学没有否认知识的教育价值

有效教学需要以正确的目标引领教学,正确的目标并不否认知识对学生的教育 价值,学生的发展需要有宽广的知识作为基础,并为以后的工作服务。吉尔福特曾 说过:“我是很赞赏事实的知识的,因为没有哪一位富有创造行动的人,不需要以往 的经验或事实也能够有所作为,他决不可能在真空里创造或用真空来创造”(周浩波,


2003)。教育中的知识基础问题,如知识与教学之间存在何种关系?这理应成为教育 理论研究者以及实践主体思索的问题。随着社会不断发展变化,知识木身在不断创 造和发展,人类知识体系变得复杂庞大。那么教学中如何理解知识、选择知识以及 应用知识是有效教学研究以及教学实践主体的一个认知论前提。

3. 有效教学研究方法的缺失

有效教学是一种有效果、有效益的教学,指向一个合乎教学规律的教学过程。 有效教学研究成果中并没有系统地给出实现有效教学的路径。现有的研究理论思辨 的多,实证研究的少;学科内有效教学研究,是以普适的有效教学理论为基础,没 有考虑学科的本身特性,难以指导教学实践。教学研究源于教学问题,一些有效教 学研究并不是建立在教学实践的基础上,对教学现象缺乏深入了解,使得单一的理 论思辨或是脱离实际的教学研究很难解决教学问题,因此,必须采用理论与实践结 合、定性与定量结合的方法研究教学问题。

4大学物理课程有效教学研究的缺失

物理学科“有效教学”研究集中于中学阶段,大学物理还没有有效教学的系统 研究。笔者认为,只有审视教学全过程,采用系统的观点才能解决教学问题。•直 以来,教育研究停留于描述性阶段难以发展到对因果机制的更为精确的探索上,其 效果明显不如那些建立在先前研究并发展到探索因果结构的研究。教学设计的探究 性为提高教学效果促进学生发展提供了可能。从教学设计视角研究大学物理教学的 有效性,以科学理论为指导,通过设计有效的教学方案并实施教学,可以了解有效 教学形成的机制。Rowland(Rowland, 1993)认为设计是一种学科的探究,是为了创 造有实践效用的新事物的探究,它包含了对-个定义不良情境的探索、发现和解决 多个问题并说明导致有效改变的途径……o设计需要理性和直觉的平衡,行动的动 力和对所采取行动的反思能力,教师对教学的创造性改进对教学起到重要的作用。 据此,有效教学必须建立在有效教学设计上,只有以有效教学设计为前提,才能促 成大学物理有效教学。

13有效教学研究的意义

有效教学的研究可以促进教师教学观念的更新;有助于促进课堂教学的转型、 师生角色的转变;有助于真正落实教学的有效,以促进学生的发展。

1 •有效教学研究可以促进教学观念的更新

在世界范围课程改革的背景下,教师教学观念已经成为教师专业发展的重要研 究领域。教学观是教师对教学活动的看法和持有的基木的态度和观念,也是人们从 事教学活动的信念(孙亚玲等,2004)o教师在个人特定文化背景和长期的教学活动 中逐渐形成个性化的教学观念,它以一种神秘的力量对教学产生重要影响,如对教 学木质、目标、过程以及方法等教学因素都有极大的影响。这种观念一旦形成,就 很难改变,只有在以有效的理论指导实践并伴有明显效果生成情况下才会触及教师 的心灵,从内心转变教学观念。有效教学研究,将研究成果推广到教学实践,有利 于改变教师的教学观念,为教师提供先进的教学理论以及理念,让教师在教学中有 章可循,在不断实践过程中,以教学效果和效益坚定教学信念,逐步转变教学观念。

2. 有效教学研究有助于促进课堂教学的转型、师生角色的转变

有效教学研究成果对教学产生的积极效应,能促进教学观念转变,有利于在实 践中形成以教师为主导、学习者为中心的课堂教学格局,实现从教的范式向学的范 式转变。在课堂范式中,研究者对教师与学生的主体地位进行了分析,…种是教师 唯…主体论,即将学生、教学内容都视为客体,教师是唯…主体(魏贻通,1990); …种是学生唯…主体论,即教学过稈的主体只能是学生而不是教师(历以贤, 1992)O在总结以上两种观点的不足后,有研究者认为教学过稈中教师是主导、学生 是主体,学生是心理发展的主体,教师属于外部精神力量;学生是认知的能动主体, 教师则是认识的客体;教师的教是矛盾的决定方面,学生的学便成为矛盾的被决定 方面;教作为一种能动的引导活动,学则成为一种积极主动的被认知活动(曹光灿, 1990)。笔者认为,教学应该是教师引导学生主动学习的过程,教师不是控制者,而 是主导者。教师的主导体现在发动、组织、指导、调控、点拨五个方面。

3•有效教学研究有助于真正落实教学的有效,以促进学生的发展

有效教学的相对面就是无效或低效的教学。教学质量低下,人们自然会将教学 与低效、无效相连。当教学由教转向真正意义上的“教学”时,富有生命力的课堂 不是纪律的混乱,而是动态中的井然有序。教师与学生之间的交往,学生与学生之 间的交往,各种交往使学纶乐于加入学习过程,教师的关注点落在学生的“学”上, 关注学牛•的全面发展。教学有效性讲究教学效率,追求在尽可能少的时间内使学牛


发展,这种发展不仅仅是知识的增长,还包括学习知识过程中情感、态度以及体验。 教学实践中需要教师深入研究教学,如研究教学理论、教学方法、教学策略等等。 当教师的教学能唤起学生解决问题的意愿,挑战困难的决心,学生的兴趣被激活并 转换为学习热情时,教学不仅是有效的,也是精彩的、富有活力的。总之,有效教 学的研究对于改变无效或低效的教学有极大的推动作用。

有效教学是以现代教学理论为指导,现代教育教学理念“以人文木”,因此,学 生的发展是教学的终极目标。教学应该注重学生个体发展,培养学生的创新精神、 实践能力,让学生拥有健康的身心、优良的品质以及终身学习的愿望和能力。大学 生身心发展为他们深入了解科学文化发展过程、掌握科学方法和科学思想基础提供 了条件,因此,大学教学除了重视学生知识增长外,还要重视学生学习方法的获得 以及能力的发展。物理学家劳厄说过:“重要的不是获得知识,而是发展思维能力。 教育无非是一切已学过的东西都忘掉的时候所剩下的东西''(周光璧等,1995)。当 一切知识忘记时,学生能够回忆起来的如方法、情感态度等才是他们在教学中获得 的重要知识。

1.4研究的思路、内容和方法

1•研究的思路

本论文以大学物理为研究载体,以有效教学设计为前提,从理论以及实践两层 面探索大学物理有效教学。首先剖析了大学物理教学现状,以明确教学问题,并提 岀教师教学设计者是实现大学物理有效教学的前提,提出从教学设计的视角研究大 学物理有效教学。基于学习理论的有效教学设计的发展态势,给出大学物理有效教 学的理论基础以及原则,并阐释了本论文中的相关概念;其次是对大学物理教学目 标、教学内容以及教学方法设、教学实施与评价进行了阐释,基于理论阐释以典型 的案例实施教学,最后以调查、访谈等多种形式进行教学评价,以检验基于有效教 学设计的途径探索大学物理有效教学是否可行。具体研究的思路如图1・1所示。

 

图1-1论文流程图

2. 研究内容

本论文着重探索“大学物理有效教学”,将从理论与实践两个层面展开。理论层 面主要阐释有效教学的理论基础,具体阐释了有效教学目标、有效教学内容以及有 效教学方法、有效教学实施与教学评价;实践层面以基于不同教学内容选择的教学 方法设计的案例实施教学,从多维度进行教学评价,以探索大学物理有效教学的途 径。

3. 研究方法

1) 文献法

通过阅读、整理、分析文献,从已有成果中吸取养分以夯实理论基础。在梳理 文献过程中寻找突破口,同时也为本研究寻求理论支撑。只有清楚已有的研究成果 以及述需深入的方向,才能为本论文确定研究的起点以及发展点。

2) 调查法

为了获得教学的真实情况,笔者对大学物理教师教学设计现状进行了调查,并 对大学生自主学习能力进行了调查,以了解现状并展开研究。

3) 访谈法

为及时了解教学效果,对学生进行访谈,了解教学实施的情况,以确定下一步 如何改进教学。


4) 行动研究法

基于科学、有效的教学设计方案,在实践中检验教学效果,将理论融于教学实 践中,在行动中改进教学方案,进行教学改革的探索,以解决实际的教学问题。

5) 实验法

针对大学物理教学中存在的问题,以基于现代教学理论的自效教学设计为前提, 将教学设计文木付诸于实验,以探索有效教学,观测学生各方面的发展。

1.5论文基本框架

本论文一共分为八章,第一章为导论,阐述了选题的缘由,对已有研究成果进 行了综述,发现大学学科有效教学研究缺乏,本论文选择以大学物理为载体从理论 与实践两层面探索有效教学的途径,最后明确了研究的内容和思路。第二章在剖析 了大学物理教学现状基础上,提出有效教学设计是有效教学的前提,进而阐述有效 教学的理论基础以及原则,明晰了本论文中的相关概念;第三章为有效教学目标, 指岀教学目标的重要性,以及教学目标的分类理论进而明确了大学物理有效教学目 标;第四章为大学物理有效教学内容,分析了教学内容的重要性,明确大学物理教 学内容生成的多元方式以及多维原则,最后阐述了教学内容呈现方式。第五章为大 学物理有效教学方法,对知识属性进行研究,并指岀知识属性与教学方法的内在关 联性;结合教学组织形式以及基于教学内容指出大学物理有效教学方法。第六章为 有效教学实施,在理论分析基础上,以典型教学案例实施教学,并指出有效教学实 施的策略。第七章为大学物理有效教学评价,本章是对有效教学理论以及教学实施 的检验,以调查、访谈等多种方式检测教学效果。第八章是结论与反思。


第二章大学物理有效教学研究视角与理论基

73b

研究大学物理有效教学,必须明确教学中的问题,木部分在明确大学物理教学 现状的基础上,提出从教学设计视角探索大学物理有效教学的途径。基于教学设计 的理论基础,明确了大学物理有效教学设计的原则,进而明确了本论文的相关概念。

2.1大学物理教学有效性缺失的现状分析

教学研究必须源于教学问题,并以此展开研究,脱离教学现状或无视教学问题 展开的研究没有现实意义。大学物理有效教学研究,必须建立在大学物理教学现状 上,只有透视大学物理教学现状,才能明晰教学问题,并以此设计解决问题的方案。 那么大学物理课程教学存在哪些亟待解决的问题呢?

1. 大学物理课程内容与课吋数之间的矛盾

大学物理课程存在教育缩水现象。现代社会科技飞速发展,日新月异,新的岗 位、职业不断涌现,对人才的适应性、灵活性要求也更高。学校为了使毕业生的社 会适应性增强,提高学生和用人单位双方的满意率,在课稈设置上进行了改革,如 增加大量针对性较强的、与科技发展、社会需求较合拍的实用性课程,开设大量选 修课,实行弹性学分制,由学生根据自己的兴趣、发展方向自行选择。这种变革大 大提高了教育的现实作用性,但是学生在校学习期间的总学时数是一定的,这样就 产生了所谓的教育缩水的问题。要增加新的课程,必然对传统的课程设置形成冲击。 传统课程中有一部分是根据以前的社会需要设置的,已不能满足现在的需求,没有 多大理论和实用价值,进行重新调整是必然的;可是大学物理这样的传统基础课也 受到了不可忽视的影响。物理学提供理论基础的学习,对学生的科学素质、创新能 力等方面的培养和熏陶起重要的作用,这些作用需要很长时间才能显现,在短时间 内不容易起作用,很容易被忽视,因此大多数高校都在不断压缩物理等基础学科的 学时。

在课时不断压缩的背景下,教学要求中对物理教学内容的要求并没有减少,相 反,物理学木身的发展使物理学科知识不断发展,并被载入物理教材成为新的教学 内容,让大学物理教学面临更大的挑战。大学物理课程教学要求中对学时数有明确 的要求,即最低不少于126学时,但是很多高校的课时数都少于这个最低值。教学 要求中对近代物理内容加大了教学时数,但是经典物理内容并没有降低要求,使得 教学内容与教学时数之间的矛盾日益凸显。协调教学内容与教学时数之间的矛盾, 需要教师合理组织教学内容,合理分配时间,只有保证最起码的“教学效率”,才能 保证有效教学的生成。

面临困境,教师应该寻求解决方案,笔者所在高校,在全体物理教师的努力争 取下,大学物理课程教学实行分层教学,即不同专业教学时数不同,大部分工科专 业物理学时数略有增加。诚然,增加学时数的确能缓解教学内容与学时数之间的孑 盾,但更多深层的教学问题还需要教师通过教学改革并以行动研究才能解决。高等 学校宽松的教学环境,有利有弊,一方而为教师进行教学改革提供便利条件,另一 方面容易使教师安于现状,教师很难有进行教学改革的客观压力和主观意愿。

大学物理教学中各个因素不断地变化,但课堂教学却•如既往,日益凸显的教 学问题渴求•种有效的解决方式,因此,有效教学设计的研究得以彰显。

2. 变化的教学因素与不变的课堂教学

(1) 变化的教学因素

教学中的各种变化可谓日新月异,十儿年吋间内中国高等教育发生的变化让世 界惊叹。中国高等教育规模不断扩大,高等教育从精英教育转向大众化教育。十儿 年前千军万马过独木桥,高考被视为选拔考试,只有佼佼者才能进入大学深造。1995 年笔者参加高考,记得当时高等教育毛入学率约为5%o,笔者考入了上海一所重点 高校学习物理专业,有生以来、第一次计算机上机操作实习的经历让笔者终身难忘。 在此之前,笔者从未接触过计算机,对于输入拼音就能从屏幕上显示出汉字觉得不 可思议,对计算机能够处理很多“人不能处理”的问题觉得难以理解。当时有此想 法的同学不是少数,因为相当部分同学从偏远地区考入上海,接受现代化的教育, 并且每人一台计算机上机实习,这些教学条件在高中阶段是不可能达到的,因为高 中阶段有很多同学没有接触过计算机。此外,大学老师一节课讲授的内容特别多, 上课基本消化不了,学牛:只能将老师讲的重点内容记下来,课后再仔细琢磨推敲。 课堂教学基木都是教师讲,学生听,互动很少。很少有多媒体技术引入课堂教学, 是最典型的“黑板加粉笔”的讲授式教学。大学生学习都很认真,干扰学习的因素 很少,如学校周围很少有网吧、游戏厅等,多数学生有浓厚的学习兴趣,有问题一 起讨论,学习氛围很好。学生的课余生活除了完成学业,就是上图书馆,休闲运动 以体育运动为主。

回到2010年,中国的高考录取率逐年攀升,多数人都能考入大学。根据《哈尔 滨日报》报道,2010年黑龙江省高考招生录取率创下近年来新高,约为90.77%, 比去年提高7.21个百分点,本科录取率也将高达54.36%。这意味着超过九成的考 生都有机会进入高等学府。北京高考录取率超过80%,其中本科录取率高达54.9% 在上海,2010年高考录取率超过了 85%。高考的高录取率自然让人们联想到过低的 录取线,逐年下降的录取线使许多中学教育没有达到要求的学生进入了高校。很多 人认为,进入高校不存在退学或是不能毕业的情况,这符合中国的情况,但其他国 家并不是如此。有研究者对西方大学扩招后的情况进行了研究,发现西方高等教育 大规模扩张后,导致毕业率很低,…般仅为20%〜40% (张少雄,2006)0在中国, 出现这么低的毕业率是很难为“自费”上学买单的。随着大学生整体素质下滑,教 学质量也明显下降,如何协调两者之间的矛盾己成为高校教育教学研究的热点话题。 大学生整体素质下降,源于高校大规模扩张,这是社会发展的需要,也是教学中随 时代发展而变化的「个重要教学因素。此外,现在的社会相比于十儿年前,也发生 了重大变化,最明显的是,多数学生中学就开始接触电脑,大学阶段很多学生都有 电脑并且能上网,能从网络世界中获取大量的信息,丰富的网络资源在…定程度上 扩大学生的知识面,但是也对学生产生了一些负面影响,如网络世界占据了学生大 部分课外时间,有些学生沉迷于玩游戏、上网聊天,很难合理分配自己的学习时间。 此外,这一代大学生都是90后,几乎都是独生子女,他们在生活、学习上有很强的 依赖性,独立学习的意识不强。

(2) 不变的课堂教学

伴随社会的发展,教学中很多因素都发生了重大的变化,那么大学物理课堂教 学情况如何?要了解真实的教学情况,必须走进课堂。笔者除了上课外,每年都要 听课,也在网络上观看了其他一些院校的教学录像。高等院校都设有大学物理网上 教学平台,会展示一些优秀教师的公开课。笔者选取了一位教师的公开课进行课堂 教学分析。由于教师讲述内容非常多,很难一一罗列,故呈现教师的授课思路,主 要的教学过程叙述如下:

【授课内容:毕奥■莎伐尔定律】一一多媒体教学

[1] 从运动电荷受力出发,讨论了磁感应强度的方向与电荷运动以及受力方向之 间的关系。

[2] 新知识引入。在研究磁场计算时,指出由毕奥和莎伐尔两人建立了毕奥■莎伐 尔定律,指出适用条件(真空、电流元),并分析了公式中各个物理量的意义。

(关于实验介绍比较少,如实验的原理,怎样得到的没有涉及,只说明它是一 条实验定律)

[3] 应用。用毕奧■莎伐尔定律求解载流直导线外一点磁感应强度(讲解过程); 最后将结果推广到无限长载流直导线和半无限长载流导线的情况;

[4] 应用。用毕奥■莎伐尔定律求解载流圆线圈轴线上一点磁感应强度(讲解过 程);

[5] 学生练习。用计算得到的结果,学生套用公式求解几道例题(由于时间关系, 学生还没做完教师就公布了答案)。

从授课形式来看,录像上显示该节课时间为39分钟,教师讲了近37分钟。除 了间或等待学生抄笔记,教师•直在讲解,没有片刻休息。该教师声音洪亮,语速 适宜,表述物理概念吋思路很清堂,解释也很到位。但是总感觉缺少什么,缺什么 呢?缺少了学生的主体参与。摄像头•直对准教师,画面上除了教师就是黑板以及 大屏幕,儿乎找不到学生的身影,也听不到学生的声音。教师也有提问,但都以“对 不对”,“是什么呢”简短方式进行询问,偶尔会有学生回答“是”或“对笃除此之 外,是教师对教学内容的讲解过程。另外,还有一个显著的特征,就是教师在讲台 上讲,学生坐在台下听,形成鲜明的“上■下”、“主一次”关系。公开课的目的虽重 在展示教师的教学行为,但是教学更应该关注教师教学行为是否对学生的学习行为 产生了影响,不能只关注教师“教”的行为,只有展示“教”和“学”两个方面才 是完整的教学活动。

从教学内容分析,教师讲授内容很多,信息量很大;但从教授内容与教材对比 可以发现,教授内容基本源于教材,包括内容的呈现顺序、例题的讲解等都是教材


上处理的手法。教学中采用多媒体教学,其功能是将教材上的内容以电了黑板形式 呈现,没有真正体现多媒体对教学的辅助作用。从教学效率来看,在一节课的时间 内完成「个重要定律的讲解,求解两道例题,并对例题进行了推广,效率是非常高 的。这种高效率,是以多媒体便捷的显示为前提,以牺牲学生深入理解物理演算过 程为代价,形成典型的“灌输”式教学。物理有自身的学科特性,教学内容需要教 师在黑板上一步步演算时,多媒体教学效果不如板书,因为学生需要了解问题如何 开始,如何展开以及怎样结解决。显然,教师对计算机辅助教学的理解存在偏失, 认为多媒体教学能使教师从写黑板的“苦力”活中解脱出来,没有深层体会多媒体 辅助教学的价值,也没有深入分析教学内容应该采取何种方式呈现最为妥当。

教师如何看待教学?大多数教师认为:“学生的基础太弄了,只能讲得多一点, 这样他们就能有样子照着做,回去做作业就不会有问题了 可见,教师是按照预设 的教学目标完成了知识传授,为完成教学任务,教师讲得很辛苦,而学生学得也很 辛苦,教学效果却并不理想。

这只是大学物理教学的一个缩影,形成此种大学物理教学现状有各种主观以及 客观的因素。大学教学中教师自主权并不大,如学校指定了统一的教材,制定了统 …的教学进度,要求进度不能超前或是落后进度太多,教学缺乏演示实验,因为没 有演示实验器材等等,这些是客观因素。教学还需要教师的主观参与,需要教师科 学対待教学活动。教师教学是用教材教,而不是教材教,教学内容应该是对教材内 容的加工与再造。现有的多媒体教学,并没有比传统的板书教学优越,因为它只是 …块已经书写好教学内容只等待提取的电子黑板。多媒体辅助教学实现了辅助教师 “教”的功能,将教师从写黑板中解放出来,但难以呈现物理思维过程,也没有为 课堂教学引入丰富的教学资源。教学以教师讲授为主,虽有学生参与教学的意愿, 但是没有给学生足够的时间。即使是例题,教师也是面面俱到,完成了两个例题的 全面讲解。从掌握知识的角度来说,当第一道例题讲解完后,第二道例题可以作为 一种新的问题情境让学生自己练习。整个教学过程,生动地诠释了 “讲授法”在物 理教学中的应用。这种教学虽井然有序,但因缺少了学生的参与变得过于“沉寂S 大学物理教学,不仅要让学生掌握知识,更重要的是让学生应用知识,培养能力。 教学还需要激发学生的兴趣,教师应该以多种手段丰富课堂教学,并深入研究教学 方法以促进教学的有效。

3. 学生的学业成绩

大学物理教师教学很辛苦,学生学得也很辛苦,那么教学效果怎样呢?在教育 理论研究以及实践中,关于教学效果的评价方法很多,但并没有一致的结论。Marsh & Dunkin提出了教学技能、师生关系、结构、组织和作业量五个评价维度(Marsh et.al., 1992) ,Marsh提出了教学评价九个维度,学习价值感、教学热情、组织清晰 性、群体互动、人际和谐、知识宽度、考试评分、作业阅读材料和功课量难度(Marsh, 1987)。对教学效果进行评价,考试成绩不仅是衡量学生学习能力的重要指标,同时 也是反映教师教学效果的指标(王爱平等,2008)o可见,教学是否有效,学主学业 成绩可以作为一个重要指标。那么现在大学物理的学业成绩怎么样呢?从表1-1 示,学生的学业成绩并不理想。

4. 大学生的基础与教学需求

教学是教与学的互动,教师认为“我多讲了学生就能多学”,可结果显示学生并 没有多学。学生是课堂教学的主体,教学应该从学生的需要出发。对大学物理课程, 学生是怎样看待的?他们的基础怎样?他们的学习风格怎样?对课堂教学有什么期 待?笔者曾对还没有学习大学物理的新生做了调查,以了解学生已有的学习基础以 及期待的课堂教学方式,现选择喑E分具有代表性的观点以反映学生的情况。

① 学生基础

A:老师,高中我选的是化学,物理基本是盲点,电学、磁学什么都不会,我 对这门课是没有什么信心的;

E:高中时感觉电磁学方面很抽象,概念太多 高中时没有接触过相对论;

C:电磁学的内容容易搞混;

D:物理基础不好

② 期望的教学方式

A:我希望通过大学物理的学习能真实地提升自己的能力,而不是简单地应付 考试,这样有利于我个人日后的专业学习及发展,喜欢课堂能够活跃一点,师生互 动,而不是枯燥乏味的知识灌输。

B课堂上气氛活跃,多让同学自主解决问题,锻炼个人能力,挖掘学生潜能;

C:学物理,做悟理之人;大学物理重要的是自学;习惯于自己看,不希望太多 互动;

D:多提问题,让学生回答;多一些课堂互动,题不要讲太多;……

E:上课尽可能多地与学生互动,课上多让同学回答问题;

F:轻松的教学方式;最好有多媒体演示,丰富课程……,但是反对全用多媒体;

G:多给学生一些实践机会,由学生自主提问,全班探讨解答;

③ 希望通过物理学习获得哪些方面的提高

A:获得解题技巧,熟练做题方法;

B希望通过大学物理的学习能够掌握解决物理问题的思想及方法,而不是盲目 做题;

C:希望通过大学物理学习提升自己的能力,而不是简单的应付考试;

从学生的反馈信息来看,学生的基础都不是很好,这也是意料之中的。随着高 校不断扩招,高考录取率逐年攀升,一些原本难以进入大学的学生进入了高等学府。 笔者工作单位是一所地方院校,每年招收的学生大部分不是第一志愿录取,在调剂 过程中会岀现原本是学化学的,但是现在调剂的学校或专业要求学物理,这部分学 生学习大学物理感到有困难。此外,大学学习方式与中学学习方式有很大的差别, 一些原本物理学习成绩不错的学生也感到学习吃力。还有…点,大学实行全国招生, 导致大学生的物理基础多样化。大学生来自不同的省市,教育教学耍求不同,学生 的物理基础相差很大。因此,学生的水平呈现多样化,而教学必须考虑学生的基础 差异,以学生基础作为教学的前提条件。

大学生期待的课堂教学形式,不再局限于教师讲、学生听的传统模式,他们需 要的是-个师生平等,共同探讨的学习环境。他们希望受到教师的重视,希望在课 堂上有展示自己能力的机会。他们主观上有参与课堂的意愿,他们希望教学中互动 多一点,教师少一些灌输。他们对教学中多媒体辅助教学也有自己的看法,他们希 望多媒体为他们提供丰富的教学资源,而不是作为教材的翻版。他们也需要教师在 黑板上为他们呈现推导、解题的具体过程以及思路,他们认为教师的板书具有某种 不可言喻的“亲切感S有些学生认为大学物理关键靠自己学,希望教师少讲,自己 多看多体会;也有学生说得很到位,学物理,就是做悟理之人。可见学生并不是作 为一个被动的接受者身份进入课堂,而是有思想、希望被尊重的个体。教学中要充 分考虑学习者学习风格,使学4:在适合自己的氛围中成长进步。

学牛:希望学习物理后,能够提高解决物理问题的能力,这是多数学化的想法,


如有些学生直接说希望能够熟练解题。解题是体现物理思维的过程,当物理思维清 晰明确,那么解题也会很流畅,即使碰到问题,也会寻找方法解决问题。学生也希 望经过物理学习,能够了解物理学中的思想以及方法,体会物理学科的木质特征。 他们不再局限于掌握物理知识,纯粹的知识教学对他们的吸引力不大。学生的学习 需求,教师必须给予关注,这些需求是激发学生内在动机的最好元素,教师只有满 足了学生学习需求,才能促使学生产生并维持学习的动机。

此外,已经完成大学物理课程学习的学生对物理教学的体会有:①上课主要是 教师讲,他们能听懂,但不会做作业(迁移能力差);②多媒体教学没有特色,就是 电子黑板(教师使用多媒体技术不当);③上课比较枯燥,没有吸引力(缺乏学习的 兴趣);④感觉物理知识与实际问题联系不上(理论与实践的脱节);⑤感觉大学物 理中电磁学部分很难(频繁使用微积分)。

当学生预期的学习方式与课堂中的教学方式相冲突时,教师的独自讲授很难引 起学生的兴趣。学生希望以各种形式参与课堂,只有教师高度重视学生需求,了解 学生的心声,并且采用合适的方式组织教学,学生才能真正参与课堂。

5. 启示

中国的高等教育已经从精英教育转变为大众化教育,教育工作者必须接受学习 者已经改变的事实,教师不能再采用传统的教学方式应对变化了的学生。中国课堂 教学中带有明显的“凯洛夫”印痕。在长期的教学中,这种教学形式-口形成就长 期影响着人类对教学的看法。高等教育的改革进程是艰难的,不仅仅在中国,在其 他的国家也是如此。古斯肯(Guskim 1994)认为本科生的基本学习环境,即那种 相当被动的教师讲、学生听的讲座■讨论式教学,差不多与学生最佳学习环境的任意 一条标准都不符合。21世纪极力倡导改变教学观念,改变教学方法,但是,课堂教 学依然一如既往的执行着惯常的教学方式。学生掌握的物理知识是脆弱的,虽有部 分学生在考试中表现出掌握了知识,如考了高分,但是,对于物理概念的一知半解 使他们难以在新的情境屮使用知识。大学物理课程教学目标不仅希望学生增长知识, 还要学生了解物理学的思维以及方法,并逐步掌握自主学习的方法,当他们步入社 会时,不会因为没有教师的指导而束手无策。

除了教学方法亟需改变,另一个需要关注的重要因素是教学内容。绝大多数教 师将教学内容理解为教材内容的一部分,教材内容经教学化处理后牛成的教学内容 缺乏吸引力与创造力。在教师掌控的课堂教学中,教学内容只有预设,而少了生成。 教学内容应该是教师在对课程内容、教材内容以及教学要求深度解读后,采用合理 的方式进行加工再造后形成的。教师对教学内容以及教学方法的选择,大多源于教 师既定的教学目标,即以单一的知识传授为目的,而忽视了其他的教学目标。可见, 只有确定正确的教学目标,设计丰富的教学内容并采用多元教学方法,以有效的教 促进学生有效的学,才能真正实现有效教学。

明确了大学物理教学现状剖析了教学问题,那么如何展开有效教学研究呢?笔 者认为,教师的教学能力要求指出,教师应该具备教学设计能力,教学设计恰好能 够提供系统解决教学问题的方式。

2.2大学物理有效教学的保障师成为教学设计者

221教师专业发展与有效教学之需

长期以来,人们将教学成功的条件归因于学生遇到好的教师,人们注重教师个 人的天赋以及独特的教学艺术风格,这种观点明显将教学视为一种艺术。从科学的 角度来看,教学工作,需要教师具备一些专业发展能力和素养,如教育基础知识、 教学系统开发、教学研究、媒体制作以及课程设计等能力。研究者给出了对中小学 教师和大学教师各种能力要求的相对关系,数值越大,则说明该项指标能力要求越 高,具体数据如表2・1所示(高利民,1997):

表2・1中小学、大学教师各项教学能力指标

各项指标

中小学

大学

课程设计

33

36

媒体制作

34

23

教学研究

25

55

教学系统开发

10

24

教育基础知识

14

24

 

可见,对大学教师而言,教学研究能力要求最高,为55,但是目前我国高校教

师从事教学研究的状况不容乐观,具体表现在三个方面:轻视教学研究和对教学研


究缺乏积极性;教学研究能力不高和教学研究缺乏原创性;教学研究成果难以推广 应用(郑银华,2006)c居于第二位的是课程设计能力,不论是在中小学还是大学, 教师的课程设计能力在教学能力中都是相当重要的。Fink认为高校教师的教学能力 由四个方面构成:教师的专业知识能力、进行课程设计的能力、教师与学生沟通交 流的能力以及教师进行教学实施和教学管理的能力,课程设计能力同样处于关键的 地位,课程设计方案影响师生的交互模式,设计水平高低对教学实施的效果以及教 学管理的方式产生根木的影响(Fink, 2003)o

学习教学设计可以缩短教师发展进步的年限。国际著名设计专家达兰曾说过, 教学设计是使原本犬才能做的事情一般人也能去做。教师在学习教学设计以及应用 教学设计时,能够加速自己的专业成长。教学成功建立在教师教学工作的规范化、 合理化以及有序化的基础之上,教学设计为教师提供了发展的依据。教学的效果直 接依赖于教师系统设计教学的能力,这种能力是教师专业成长的重要标志。教学设 计不能只停留在经验层面,不能认为教学是一种没有技术含量的工作。教师面对的 教育教学问题,不能通过猜想或是假说得以解决。教学问题需要科学的理论指导, 教师针对教学进行设计是•种专门的教学决策。教师成为教学设计者,需要教师注 重对教学以及学习的科学理解,关注如何设计能有效地、系统地促进学习者学习的 最好方法。教学设计除了要研究教学材料开发,还要研究教师、学习者、技术以及 环境等各种因素在内的整个教学系统。此外,在教师教育研究领域中,行动研究方 法应用非常广泛,教师自己或是与他人合作,反思自己教学以及学生学习以改进教 学实践。当教师行动研究基于…定的理论,并结合实证的方法用以解决实际问题, 过程本身就能促进教师专业发展。教师成为教学设计者,可以改变以往理论与实践 相剥离的局面,通过设计过程使之整合起来。教学设计应该满足教与学的需求,开 发有效的学习环境,解决学习者的学习问题促进教学发展。只有教师成为教学设计 者,才能制定适宜的教学设计,促成学生发展,实现有效教学。

2.2.2大学物理教师设计者实践之困

有效教学设计是有效教学的前提,那么,大学物理教师的教学设计情况如何呢? 笔者对30位大学物理教师的教学设计情况进行了调查,以了解教师的教学设计情 况,包括理论与实践两个方面内容,调查问卷见附录。调查结果表明:

① 教学理论基础调查:近三分之二的教师为非教育类研究生毕业,只有三分之 一的教师本科时学的是师范专业;一半以上的教师没有学过教学理论、学习理论、 物理教学法以及教学设计中的任何一样,而只有几位教师系统学过物理教学论,可 见大学物理教师缺乏对教学理论知识的认知。

② 对物理教学设计的理解:很多教师认为教学设计就是写教案,就是如何将书 木上的知识转化为教学内容,教学内容组织讲究教的策略,即如何能让学生听懂, 较少关心学生的学习策略,关注能否在教学计划内完成教学任务。对如何看待教学 设计对教学质量的影响,绝大多数教师认为教学设计对教学质量起基础性作用,为 教学质量保底,教学质量或教学效果关键看教师课堂发挥情况。

③ 如何提高教学设计能力:多数教师认为应该多观摩优秀教师的课堂教学,也 希望能有专人指导如何进行教学设计。在对何种教学设计难度最大时,很多教师提 到新授课以及综合课,尤其在问题导入设计中存在较大困难,多数教师认为习题教 学很好设计,一般就是给学生讲解作业,没什么技巧性。

④ 对物理教学的综合理解:对物理学科的整体感觉,认为物理中蕴含较强的逻 辑思维能力,但是很少关注如何显示地表达出来;对物理教学,多数教师认为就是 处理好概念、定理、定律等就可以了,很少教学生学习方法以及关注学生应用能力 的提高,教学目标基本指向学生物理认知水平的发展,以单一的学业成绩为评价教 学指标,很少考虑学生能力、情感的发展。

从调查结果来看,大学物理教师几乎没有进行过严格意义上的教学设计的培训, 他们视教材内容为教学内容,缺少对教学过程的系统研究。教师关注的是如何按照 既定进度完成教学任务,教学中缺少对学生的学习基础以及学习需求的关注。教学 质量的提高,不能完全由教学经验决定,教学质量应该有理论指导实践的价值体现, 对教学理论知识的廣乏,以及对教学设计认识的不全面,让教师的教学难以遵循科 学规律以促进教学。教学理论知识多寡虽不能完全决定教学效果,但是教学中的各 种问题只有诉诸于理论才能得到科学的解释,理论能提供如何改进教学的指导性策 略。因此,作为教师,必须学习教学理论知识,只有以科学的、合乎教学规律的理 论指导教学、设计教学,才能实现教学的有效,切实提高教学质量。

有效教学是对理想教学状态的追求,它是一场精彩的演出,精彩的演出源于精


心的准备。没有定位明确、架构合理的教学设计,学校这一以知识传承为主要目的 的教育场所将失去教育价值和基木功能(杨玉东,2010)。教学设计是为了教学而设 计,最了解教学实情的是工作在一线的教师,只有教师真正成为教学设计者,依据 教学状况开处方,这种处方具有针对性和指向性,也具有一般课堂教学的情境性。

2.3基于学习理论的教学设计发展

教学设计从提出设想到发展相对成熟的今天,整整经历100年的时间,期间 吸收了不少学科的理论以不断发展自己,如系统理论、传播理论、学习理论和教学 理论等。加涅等认为教学设计是以人类学习的某些原理为基础,尤其是以学习赖以 产生的条件为基础,一些经受时间检验的原理是接近、重复和强化,它们揭示了可 以用于教学设计的某些外部条件。可见现代教学设计以学习理论作为教学设计的重 要理论基础,在学习理论的发展进程中,教学设计随之经历了不同的发展阶段。

2.3.1学习理论与教学设计的发展

学习理论从最初的行为主义学习理论发展到人本主义学习理论,经历了不同过 程,最后实现了学习科学与教学设计的整合,休现了教学设计对学习理论的依附性。

1. 行为主义学习理论与教学设计

20世纪初在反对结构主义心理学的基础上诞生了行为主义学习理论,其中的代 表人物有巴甫洛夫、桑代克、斯金纳以及班杜拉等。行为主义的学习理论可以用S-R 公式来表示,即刺激一反应的联结关系。行为主义建议用可观察的行为描述学习过 程,认为行为的多次性可以改变个体的行为。桑代克认为:人的学习过程是尝试错 误和最后导致成功的过程,学习实质是刺激与反应之间的联结,其过程是“刺激■ 强化■反应有效的学习过程应该遵循准备律、练习律、效果律。斯金纳提岀了操 作性条件反射的概念,认为人类行为主要是由操作反射构成的操作性行为,在学习 情境中,操作性行为更有代表性。此外,他还提出了强化理论,十分强调强化在学 习中的重要性,从而建立了新的联结方式:辨别刺激一行为或反应一强化刺激。

行为主义者关注的是学习者的外显行为,认为学习过程与内部心理过程无关, 只要控制外部刺激就能控制和预测学习效果。桑代克认为联结主义学习理论可以直 接运用于教学,他根据其学习理论建立一整套包括任务分析、教学方法、教学评价 以及教学测量的教学设计体系。1954年斯金纳发表了一篇名为《学习科学与教学设 计》的论文,掀起了程序教学设计的高潮,他提出“小步子、循序渐进、序列化、 学习者参与、强化、自定步调"六个教学设计原则,从而确立了行为主义教学设计 的基础。在行为主义指导下,比较有影响的教学设计模式有行为目标分类、程序教 学、个别化教学、计算机辅助学习以及组合教学方法等。

在行为主义教学设计中以狄克一柯瑞模型最为经典(加涅,2005),具体过程 如图2・1所示。该模型将教学目标置于首位,表明整个教学活动都受教学目标控制, 要进行教学设计必须首先确定教学目标,这符合教学目标导向。设计促使学生反应 行为趋于精确和熟练化的问题刺激,这些问题刺激同时也是评价学生达标程度的标 准。

 

 

图2-1狄克一柯瑞模型

2. 认知学习理论与教学设计

20世纪60年代后随着认知心理学的诞生,学习理论开始重视研究学习者处理 环境刺激的内部过程和机制,用S・O・R的公式取代了没有人脑参与的S-R联结,其 O即学习的大脑加工过程,主要是心理学与邻近学科如控制论、信息论以及计算 机科学等交叉渗透的产物,如加涅的累积学习的一般理论模式就是直接借鉴了控制 论和计算机科学的某些重要的思想。布鲁纳认为,在学习过程中,必须考虑以往的 认知结构对现有学习过程的影响。他强调学习是一种积极的认知过程,学习的实质 在于主动形成认知结构;重视学习的内在动机与发展学生的思维,提侣知识的发现 学习。奥苏贝尔提出了有意义学习理论,即认知同化说,新知识的学习必须以已有 的认知结构为基础,学习者获得新知识的过程就是原有知识同化过程中发生了意义 变化。并按照学习的方式,将学生的学习分为接受学习和发现学习;按照学习过程 的性质,分为机械学习和有意义学习。

尽管认知学习理论在20世纪50年代末就出现并逐渐成为主要的学习理论,但 是直到20世纪70年代末认知主义才开始影响教学设计。认知主义教学设计从行为 主义的强调外在刺激行为转向内部学习的进程,考虑如何才能使学习者的学习有效。 认知主义教学设计并不是将行为主义的一套做法完全丢弃,而是在吸收行为主义教 学设计长处的基础上的一种超越。由于认知主义与行为主义都认为知识是客观的, 因此从以行为主义指导的教学设计原理向以认知主义教学设计原理转变并不难,教 学目标仍然是以最育效的方式将知识传递给学习者。设计者在注意学习者内部心理 认知分析的基础上,进一步考虑了认知学习理论对教学内容组织的重要影响,将认 知主义与行为主义结合起来。他们认为学习的发生同时依赖于外部条件和内部条件, 教学就是通过安排恰当的外部条件使之达到最理想的学习效果。加涅和瑞格卢斯是 七十年代认知主义教学设计的代表人物,他们认为教学设计应具备四个前提条件:

1)必须为个体而设计;(2)设计应包扌舌短期和长期两个阶段;(3)设计应实质 性地影响个体发展;(4)设计必须建立在个体如何学习知识的基础上»在认知主 义理论指导卜,形成的教学设计的理论和思想主要有加涅的九段教学法、梅瑞尔的 成分显示理论、西蒙的信息加工理论等,在实践方而引导了智能教学软件开发的兴 起。在认知主义教学设计中,以史密斯■雷根模型最为经典,他们在1993年的《教 学设计》一书中提岀 ,如图2・2所示。

2-2

斯・

在狄克■柯瑞模型基础上发展起来的,与狄克■柯瑞模型相比其特点为:一是突出了 学习环境分析,前者只是教学环境。学习环境不同于教学环境,对学生而言,学习 环境意味着更多的主动和自由,而教学环境则意味着控制和支配,且学习环境放在 教学分析之前,突出学习环境分析,在教与学上,突出了学。二是深化了对学习者 特征的分析。除了对学习者外部行为、基础知识和技能的掌握程度进行分析外,还 对学习者的认知特点和认知能力进行了分析,即发挥学生内部因素,改变学习的被 动状态。三是强化了教学策略的设计。在狄克■柯瑞模型中只提到了要开发教学策略, 至于开发哪一类教学策略并未说明,而史密斯-雷根模型中指出应设计三类教学策 略,即教学组织策略,教学内容传递策略以及教学资源管理策略,既突出教学组织


策略的设计,注重揭示教学内容的知识结构、以指导教学内容的组织、知识点顺序 的排列,又依据学生的认知能力,为特定内容的教学提供具体有效的可操作的方法, 将学生的认知结构与教学内容结合起来,使教学活动更加符合人的学习规律,接近 学习的本质。

3. 建构主义学习理论与教学设计

对建构主义的理解并没有达成共识,有多少建构主义者就有多少种建构主义(斯 特弗,2002),如杜威的“实用主义”、皮亚杰的“发生学结构主义”以及维果斯 基的“社会文化历史理论”等都可作为建构主义的产生与发展的思想渊源。尽管建 构主义者持有各种不同的观点,但是他们多数都认同意义既不是来源于客观世界的 固有本源,也不是来自主观所认识的世界,而是来自于社会共同体的一种主动构建。 皮亚杰的后结构主义,认为学习就是同化和顺应的建构方式。由此可知,学习是学 习者自己建构知识的过程。建构主义的思想作为一种认知论对学习产生了深远的影 响,改变了人们的知识观和学习观。建构主义提出学习不仅是主体自我构建的过程, 而且是学习者在社会和文化的影响下,建构个体知识经验的对话和社会性协商过程, 强调学习者根据自己独特的经验以自己的方式构建对事物的理解。

尽管不同的建构主义学派研究的问题侧重点不同,但是他们都包含有与学习有 关的基本成分,即强调学习者应基于自己与世界相互作用的独特经验和赋予这些经 验的意义建构自己的知识,而不是等待教师传递知识。从建构主义教学观出发,对 直接教学的质疑变成了设计的…种需要,使得教学系统设计专家引发了一场战争, 争论的核心问题是建构主义与教学设计能否共处(余胜泉等,2000) o

建构主义教学设计的原则主要可以概括为以下儿条:以问题为核心驱动学习; 强调以学习者为中心,各种教学因素,作为一种广义的学习环境支持学生的自主学 习;学习问题必须在真实的情境中展开,必须是一种真实的任务;强调学习任务的 复杂性;强调协作学习的重要性,要求学习环境能够支持协作学习;强调非量化的 整体评价,反对过分细化的标准参照评价;强调设计学习任务展开的学习环境;强 调设计多种自主学习策略,使得学习能够以学生主体展开。

4 •人本主义学习理论与教学设计

人本主义是20世纪60年代初在美国出现的一种重要的教育思潮,主要代表人 物有马斯洛、罗杰斯以及凯利等。他们的主要观点是:人具有主动地、创造性地做 岀选择的权利;人的木性中情感体验是非常重要的内容;生长与发展是人的本能等。 “它反对科学主义研究中的机械论和原了论,注重人的整体性、主动性和创造性, 突出心理学现象的社会特征方面,采用非实证的研究方法。从狄尔泰侣导的人文科 学的、描述、理解的心理学开始,意动心理学、精神分析心理学、格式塔心理学和 人木主义心理学走上了人文主义的研究道路”(苏卫萍,2004)。格式塔心理学派提 出了学习的顿悟说,认为学习是以对整个问题情境的顿悟为基础,情境中的所有刺 激为一个整体。人木主义认为学习即自我实现,认为真正的学习应该关乎到整个人, 充分实现自身价值与潜能。

人本主义指导下的教学设计主要有以下特点:特别关注教育教学与学生全面发 展的关系;注重教学设计的个性化;关注认知设计与情感设计并重,注重学习氛围、 环境尤其是人际关系的创设,促进学生无压力的学习;以学生为中心,重视个人意 义的学习;创设真实的问题情境;追求学习过程的开放性。

5.学习科学与教学设计的统合——基于设计的研究

一直以来学习理论是进行教学设计的理论基础,但是学习理论从行为主义实验 到认知主义信息单元分析,它所使用的方法是经典心理学基于实验室的研究方法。 人们逐渐认识到传统基于实验室的心理测量方法研究认知与学习的局限,认为实验 研究的控制条件使得“芜杂”的现实世界变得非常"纯净”,它们过多地关注于人脑 的认知机制而忽视了现实世界的复杂,忘记了人的推理与学习是通过环境交互与社 会交往进行的(Kolodner, 2002)。在实验室中发生的学习规律难以解释自然发生的 学习过程,使得基于实验室研究成果很难迁移到现实的学习情境中。若研究者仅研 究发生在控制条件下的学习,那么用与现实情境相脱离的理论来指导实践是值得怀 疑的。因而,实验心理学的因素分解式假设在真实学习环境中是无效的(Bawb, 2004)o在这种情况下,人们对学习的研究从实验室走出来,将自然情境和社会交互 等因素纳入他们的研究范围,将学习研究“由认知科学扩展到社会认知科学的研究, 这需要发展一种新方法论"(Kolodner, 2004)o大多数学习科学家认为,认知不是 局限于个体思考中的事情,而是一个分布式地贯穿于知识者、知识发生的环境以及 学习者参与的活动过程,即学习,知识和情境脉络三者不可缩减,构成一个整体 (Barab, et.al., 2004)0正是基于此,学习的研究者开始从学科视角对人的学习进 行多层面、多方位的研究,脱胎于认知科学、折衷于各学派方法的跨学科研究领域 ——学习科学开始兴起。学习科学研究者的目的在于利用活动学习的观点、建构主 义学习观点和参与学习观点来设计促进深度和持久学习的各种软件以及学习环境和 教法。Kolodner(Kolodner, 2004)认为学习科学的研究目标可以归结为:(1)理解什 么是旨在适应的学习,使学习者能有效地使用所学概念技能以及练习。(2)怎样促 进深层学习以及持久学习;(3)研究影响人的学习环境因素。(4)设计相关方法研 究个体内部学习;(5)设计课程材料、教师专业发展等促进深层和持久学习。学习 科学研究需要…种新方法论,以便在这些情境中得出基于证实的研究主张,在实践 中基于设计的研究便酝酿其中并得到迅猛发展。

基于设计的研究(DesigmBased Research简称DBR)是20世纪90年代由Brown 和Collins (Brown, 1992; Collins, 1992)提出的。他们建议采用“设计实验”的方 式,在实际课堂情境中实行教学干预的设计和研究,而不是在实验室条件下研究教 学变量的作用。他们认为教育研究中理论和实践的结合的有效途径就是“设计”。 DER关注学习过程的设计,充分考虑环境的复杂性以及情境的多样性,形成特定领 域特定的理论以便理解学习过程。

232客观主义与建构主义的整合一于教学设计和学习科

当学习科学与教学设计从分立走向整合,形成基于设计的研究时,促使人们考 虑如何将学习理论中客观主义与建构主义进行整合。不少学者将行为主义以及认知 主义称为客观主义,基于客观主义的教学设计都是以教为中心的教学设计,建立在 线性设计和决定论的、可预测的基础上。我国对此类研究较多,这种设计模式的基 本构成要素主要由对象、目标、策略和评价四大要素构成(张祖忻等,1992) o

1 •加涅的九大教学事件的客观主义思想

在教学设计领域中加涅可谓是该领域中的一位巨匠,他的《学习的条件与教学 论》以及《教学设计原理》指明了当代教学设计的方向。加涅吸收了信息加工与建 构主义思想,形成了新的学习论体系,并提出新的教学论,是科学心理学与学校教 育相结合的典范,其中关于教学设计的阐述体现了理论如何在实践中应用。加涅认 为,人类学习所形成的性能可以概括为五类,即智慧技能、认知策略、言语信息、 态度和动作技能,他指出大多数的教学设计都以教程计划和设计问题为中心,加涅 将五类性能作为教学设计的基本框架以及目标指向(加涅,2005) o加涅将教学定 义为经过设计的、外在于学习者的一套支持内部学习过程的事件。设计教学事件是 用来激活信息加工过程,或者至少和信息加工过程同时发生并支持加工过程的。为 此,他给出了九大教学事件以及事件与学习过程的关系,如表2-2所示。加涅受行 为主义思想的影响,依据信息加工模型提出来的九大教学事件强调的是通过外部刺 激激发学习,因此九大教学事件偏重于教,即注重学习的外部条件的设计(彭丽等, 2008)。可见加涅在吸收行为主义和认知主义两大学习理论的基础上,提出了 “联 结-认知”学习理论,既强调外部事件的刺激和外显的行为表现,又要重视学习者内 部的心理过程,而在实际的教学过程和实际教学设计中,其指导思想仍是行为主义 占主导地位(何克抗,1998) o

基于学习理论的不断发展,人们对人类学习本质的理解不断深入,一种新的理 论出现后使得人们习惯于用批判的眼光对待传统的学习理论,尤其是建构主义学习 理论难以接受客观主义学习理论,使得两种理论处于对立的格局。

表2-2教学事件及其与学习过程的关系

教学事件

与学习过程的关系

引起注意

接受神经冲动模式

告知学习者目标

激活执行控制过程

激起对习得的先决性能的回忆 呈现刺激材料

把先前的学习提取到工作记忆中 突出特征以利于选择性知觉

提供学习指导

语义编码;提取线索

引出行为表现

激活反应组织

提供行为表现正确性的反馈

建立强化

测量行为表现

激活提取;使强化成为可能

促进保持和迁移

为提取提供线索和策略

2.客观主义与建构主义的整合

即使是加涅的教学设计也印有明显的行为主义烙印,其设置的教学事件多以教 师的教为中心,带有明显的灌输倾向。研究者不断探讨,指导教学设计的理论如何 能从对立的态势转向整合,使得教学设计从“教”和“学”两方面考虑。基于教和


学而整合的对立理论将改变人们对教学设计的认知,使得教学设计同时关注教师的 教以及学生的学的两个侧面,实现真正的双主教学模式。

长期以来,教学设计选择客观主义还是建构主义的争论一直困扰着教学设计者。 在教学设计方法中,客观主义和建构主义是截然不同的、对立的。设计者在教学设 计理论取向中摇摆不定,要么选择客观主义要么选择建构主义,要么是折衷地站在 两者之间(Cook, 1993; Lebow, 1993; Philips, 1995; Glaserfeld, 1996)。Jonassen (Jonassem 1991)认为两种方法处于一条直线上的两极,一边是建构主义,一边 是客观主义,如图2-3所示。

客观主义 543 2 1 0 12 345建构主义

◄ ►

图2・3客观主义与建构主义连续统观点

当设计者选择其中之一或是位于直线上一点时,总意味着对另一理论的缺失。 建构主义与客观主义存在于一个连续统的两极,它们不可能整合,建构主义与客观 主义是非常不协调的(Bednaret.al., 1992)。Spector(Spector, 2004)揭示了建构主义 —客观主义争论和教学设计一学习理论争论的关系,即一个是关于讨论学习的结果, 学习理论主耍解决学习者学的问题;而教学设计主要解决教学中学与教的问题。基 于对学习理论的客观主义以及建构主义的理解,教学设计需要寻找…个模型,能够 将建构主义与客观主义进行整合,这种整合的模型能够操纵现实可厅的对于教的方 法与学的策略。然而,教学中处理的问题是非常复杂的,不能简单地由客观主义的 刺激■反应■强化实现教学目的,教学应该是为了达到一定的教学目的而准备的干预。 教学设计理论中,持客观主义观点的倾向于教,而持建构主义观点倾向于学(Brooks, 1990)o教学设计者在进行教学设计时,选择建构主义或是客观主义是凭本能选择的 认知过程,而不考虑哪一种理论更优越(Brooks, 1990)o还有学者认为当前教育理 论是一个三角形的关系,三个顶点上分别为行为主义、认知主义和建构主义,而多 数的教育工作者位于三角形的中心处,他们认为建构主义者试图将行为主义和认知 主义纳入一个整体。为了解决教学设计者选择理论基础的矛盾,南非比勒陀利亚大 学教授柯隆杰(CKrnjO, 2006)提岀在教学设计和学习科学中整合建构主义和客观 主义的方法。柯隆杰认为,教学设计中处理的是关于学习的事件,那么学习事件可 能同时包含客观主义以及建构主义的成分。即使一个学习事件含有较高的客观卞义

成分,但也不能认为它就一定具有低的建构主义成分。他采用直角平面建立建构主 义和客观主义的关系,而不是用直线将它们位于两极。设计者在考虑处理高度建构 和高度客观的学习事件时,可以不受内在的、对立的方法的困扰。该整合模型认为: 客观主义(直接教学)与建构主义(学生自己生成)并非对立,而是互补的,因此, 可以在一个直角坐标中表示两者的关系,如图2-4所示:

 

图2-4建构主义与客观主义直角关系 图2-5基于教和学的建构主义与客观主义整合

建立客观主义与建构主义之间的平面直角关系而不是直线关系,可以使两者之 间相对而不是相背离。在直角坐标中,横坐标表示客观主义,数字从零开始增大, 表示由间接到直接;纵坐标表示建构主义,从原点往上逐渐变大,说明由简单到复 O

学习事件总是位于直角平面的某个区域中,而整个平面可以分为四个区域,分 别对应不同的学习类型,如注入(mjection)、整合(Integration)>建构(Construction) 以及沉g(Immersion),如图2-5所示。注入教学的原则是可将先决性知识、技能以 及态度以尽可能高效、简化的方式传递给学习者,注入的原则是自动的、有效的和 集中的。建构即学习者通过自己原有的知识和经验建立自己的意义,它强调个体的 理解,其主要优点是有效的和可转移的,这也是教学设计理论中最支持的一种设计 方式,它认为学习者可以发现结果,获得他们所需要的知识。尽管这种方式有很多 优点但是却需要消耗大量的时间。沉浸属于低建构以及低客观主义的范畴,最早柯 隆杰将之命名为“混沌”区域。该区域内,学习不太依赖于外部存在,这种学习是 一种经验的学习,如一个小孩捡起一条黄色的小虫,小虫刺疼了他,他以后就会避 开这种类型的小虫。有些学习不是预设的,而是偶然发生的,不需要任何自觉的努 力。

整合即教师教学与学生建构以适当的方式组合,这是教学设计者最应该关注的


领域。Merrill(Menill, 2002)这样描述这个区域:“知识呈现、学习者指导方式以各 种不同方式组合是为了获得不同种类的教学目标,因此,不同的教学目标需要不同 的教学方法在这个区域中的学习需要进行目标分析以获得可测量的学习结果,设 计者将从客观主义和建构主义中选择基木原理获得预期的效果。

在这个整合区域,柯隆杰建议采用Smith & Ragan教学设计模型。该模型中对 教学策略模型进行了扩展,在此过程中,他们提出了不同于加涅的九大教学事件, 将教学事件分成导入(包括引起注意,明确学习目标,唤起兴趣和动机以及新课概 览)、展开(包括回忆原有知识、处理信息、聚焦注意力、运用学习策略、联系和评 价反馈)、结束(包括小结与复习、知识迁移、再次鼓励和结束)和评估(包括评估 与反馈)。因此,Smith &R略血的教学事件包括四个阶段15个教学事件,是对加涅 的教学事件的扩展。他们认为教学事件除了可以由教学提供,还可以由学习者自己 生成,前者对应于呈现性策略,后者对应于生成性策略。教学中采用何种方式,需 要根据学习者特征、学习情境以及学习任务而决定。他们提出的教学设计模型包含 分析阶段,如分析学习内容、学习者、教学任务;包括策略阶段如组织传递策略、 管理策略等,最后是评价阶段,包括形成性评价和修改。

柯隆杰将客观主义与建构主义通过学习事件的教和学进厅了整合,教学设计范 式,从行为主义到认知主义、再到建构主义,最后到整合,使人们对教学的认知产 生了深远的影响。柯隆杰的整合模型,指出了 •个学习事件可同时具有直接教学和 学习者生成的成分,Smith &Rag3n的教学事件从教和学两个方面进行了阐述,强调 教学中教师和学生的主体地位。教学中教师可以根据实际情况,选择生成性策略, 实现学习者生成,也可以采用呈现性策略,由教师教学提供。可见基于教和学的客 观主义与建构主义的整合模型,对教学设计者选取教学策略有重要的指导意义。

2.4大学物理有效教学的理论基础

学习理论从客观主义发展到建构主义,经历了从对立到整合的过程,寓意教学 中各种设计方法逐渐趋于融合,教学要同时关注“教”与“学”。反观大学物理课堂 教学,教师过多地关注如何教,佼少关心学生如何学习,缺乏以学习理论指导“教二 大学物理教学设计的理论基础,是教师藉此展开教学的出发点。设计教学是为了促 进学生学习并维持学习的动力,使学生获得发展。教学理论知识一部分建立在教师 教学实践经验之上,另…部分则是来源于科学研究的理论成果。

1.认知建构主义

传统的行为主义认为学习是信息和技能的积累,教师可以直接向学生传授知识, 学习在教师与个体的相互影响中产生,因此传统理论关注的是提供教学。从行为主 义到认知主义,突出了学习中人自身的作用。认知主义心理学家,特别是信息加工 理论心理学家,他们的基本方法取向仍沿袭客观主义传统,认为世界是由客观主体 及其特征以及客观事物之间的关系构成的。但是他们强调学习者的内部认知过程, 认为人类学习是外界客观世界的知识与结构内化为内部认知结构的过程。

认知建构主义是认知主义的进一步发展。在皮亚杰与布鲁纳的早期思想中,认 为学习过程是客观知识结构通过个休与个体交互作用而内化为认知结构的。认知建 构主义主要以皮亚杰的思想为基础发展起来的,与布鲁纳、奥苏贝尔等的认知学习 理论有较大的连续性。它主要关注个休是如何建构认知经验,例如知识理解、认知 策略、情感经验、学习信念以及自我概念等。其基本观点是:学习是一个意义构建 的过程,是…个通过新旧经验的相互作用而形成、丰富和调整自己认知结构的过程。 认知建构主义认为意义构建是同化和顺应统•的结果,一方面,新经验要获得意义 需要以原来的经验为基础,从而融入到原来的经验结构中。另…方面,新经验的进 入又会使原有的经验发生•定的改变,使它得到丰富、调整或改造,认知建构主义 强调意义的双向建构过程。认知建构主义关注人类如何以原有的经验、心理结构和 信念为基础构建内在认知结构。

认知建构主义源自儿童认知发展理论,个体认知与学习过程密切相关,建构主 义能够很好说明人类学习过程的认知规律,能较好地说明学习如何发生,意义如何 构建、概念如何形成以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等。大学物理教学中 涉及很多重要的概念、定理、定律的学习,而这些概念以及定理在中学中多有涉及, 学生对现象已经形成了一些前概念,因此,教师应该在学生的已有基础上,利用前 概念并对前概念进行扩充,逐步引导学生将新学的概念内化到自己的认知结构中。

2 •社会认知理论

20世界80年代,班杜拉在社会学习理论的发展过程中不断吸收认知科学的思 想,提出了社会认知理论,比格(Eigge et.aL, 1999)等认为班杜拉的理论是有目


的的认知心理学与强化理论的统一。这种强化不同于行为主义的强化,这种强化形 成于学习者的期待和对类似的过去经验的认识。班杜拉的认知理论的核心是人有许 多行为是通过观察他人的行为而学到的。班杜拉认为,行为、个体以及坏境是影响 人类学习的三个要素,正是在这种社会环境中人们通过观察他人做出的榜样获得认 知表征(Eandura, 1978; 1989)O个体通过观察榜样而学习需要经历一定的步骤, 学习者必须先注意榜样的行为,学习者一定要保持对这一榜样行为的记忆,其次学 习者必须能够生成榜样行为,最后通过观察学得的行为,学习者必须要具有表现或 抑制的动机。社会认知理论对课堂教学给予了重要的启示,教师应该注意到学习的 各个步骤,即注意、保持、生成以及动机。物理课堂教学中,一些抽象的、难以理 解的概念,以及复杂的定律,如毕奥••莎伐尔定律,是一条实验定律,给出了电流元 在空间产生的磁场的大小和方向,但是电流元是一种不存在的假想休,实际应用中 处理最多的是一段通电导线,那么如何将电流元产生的磁场规律应用于一段通电导 线是教学中一个重要内容。教学中多采取在讲解该定律后,讲解一道例题,教师的 讲解以及演算过程,是学生获得对定律的理解以及应用的一种""榜样”,学生通过观 察教师如何分析、如何建立方程、如何求解等过程,全面地掌握物理定律。

社会认知理论是架设于传统行为主义与认知理论之间的桥梁,既有行为主义的 传统观念,但也吸收了认知主义观点。

3 •情境学习理论

20世纪80年代末90年代初,学习理论专家的关注点由认知转向了情境,在学 习实质、内容方式等方面呈现出与认知取向有所不同的新范式(姚梅林,2003)□ 境理论强调学习过程中个体与其他物理和文化历史情境的相互作用,强调有效的、 真实的探究活动。学习的情境理论强调实践能力的形成,与人类倡导的知识迁移理 念是一致的。瑞兹尼克认为J日常生活情境与学校情境之间一个主要的区别是,学 校情境有一定的目的、计划和意义,人们更加注重知识和技能的获得,而日常生活 中人们更侧重于使用工具解决问题,生活中的学习是偶然的,常需要情境化的推理。 情境认识是不同于信息加工理论的另一种学习理论,它认为认知加工完全依靠对规 则和信息描述的认知,仅关注有意识的推理和思考的认识,而忽略了文化和物理背

5匚文静.情境认知号学习理论研究述评.

hU”?www.Mp.c0m.ciVx?jv/xlWxlgFxski./jgl/'2O1()O©t2()l()Og27_7y3315.htm 景的认知。情境学习理论认为,学习不仅仅是个体的意义构建的心理过程,而更是 一个社会性的、实践性的参与过程。知识的意义是在学习者和学习情境的互动、学 习者之间的互动中生成的。因此,学习情境的创设就致力于将认知任务重回真实的 状态,由此力图解决传统学校学习的去自我、去情境的学习状况。

大学物理教学较为严峻的问题是学生的知识迁移能力不够,一道题稍微改变后 就不会求解,这与大学物理中知识所处的情境有关。学生处理的问题大多是结构良 好的理想化问题,没有经历解决来源于生活实际问题的完整体验,如建立模型、过 程分析、问题数学化等一系列过程。物理知识只有在一定的真实情境中产生才能被 学生深入理解。因此,大学物理教学中要重视创设学习情境,重视将学习置于真实 的问题情境中。

4.学习动机理论

教育领域越来越重视如何教学生学会学习,一些诸如学习动机、学习兴趣等非 智力因素对学习的影响日益引起教育界的关注。只有深入了解学习动机,组织有效 的教学,才能促进学生有效地学习。

动机是由目标或对象引导、激发和维持个体活动的•种内在心理过程或内部动 力(彭聃龄,2004)o内部动机与外部动机是关于动机的经典分类:内部动机由参与 活动所带来的快乐感受和内部满足引起;外部动机是由外部奖励与强化所激发起来 的动机。内部动机满足人的内在需求,激发的行为比较稳定;外部动机会让人产生 被控制感,所激发的行为取决于强化的性质。学习动机是由无动机、外部学习动机、 内部学习动机所构成的…个完整的序列(莫闲,2008o学习动机理论认为,学习动 机是直接推动学生进行学习的…种内部动因,是一种为满足个体物质需求和精神需 求而渴望了解、认知世界的心理状态。

学习动机是激发个体进行学习活动、维持已引起的学习活动,并致使个体的学 习活动朝向一定的学习目标的一种内部启动机制,它与学习活动之间可以相互激发、 相互加强。学习过程中,一旦形成学习动机,它就会自始至终地贯穿于学习活动的 全过稈。此外,学习动机可以加强并促进学习活动,随着学习活动的进行又可以反 过来激发、增强甚至巩固学习动机。

学习动机来源于需要,当某种需求没有得到满足时,就会推动人们去寻找需要 的对象,从而产牛学习动机。除了需要外,诱因的存在也是动机产牛的一个重要条


件。诱因是指能够激发个体的行动,并能够满足某种需要的外部条件或刺激物。心 理学研究表明,不仅学习动机可以影响学习效果,学习效果也可以反作用于学习动 机。如果学习效果好,主体在学习中所付出的努力与所取得的收获成正比,主体的 学习动机就会得到强化,从而巩固了新的学习需要,使主体以更高的学习积极性去 从事今后的学习活动,使学习更有成效。这样学习需要与学习效果相互促进,从而 形成学习上的良性循环,即个体获得了一种适应性的学习动机模式。

从大学物理教学来看,学生普遍认为物理学习很枯燥,没有吸引力。一方面是 由物理教学内容本身决定,如大学重视培养学生的逻辑思维能力,这些能力形成于 物理定律的推导过程:重视学生的数学运算能力,体现在一些重要的物理量的求解 过程中,如求解转动惯量、电场强度、磁场强度等;这些数学推导或是演算难以以 生动的形式引起学生的兴趣,只能依赖于学生的内在学习动机激发。但是物理教学 也应该关注生活中的物理现象,以现象引起兴趣;关注物理知识在科学技术中的应 用,以实际成果体现基础知识的价值;以物理前沿吸引学生,让学生体验奇妙的物 理世界。教学中要善于挖掘能够引起学生兴趣的资源,激发学生的内在学习动力, 以维持学习并达到最终的目标。

大学物理有效教学设计的理论基础,既阐述了学生如何学习,也指明了教师应 该如何教学。教学应该遵循科学规律,将问题蕴于真实的问题情境中,以各种手段 激发学生兴趣并促使学生维持学习的动机,最终实现学生的意义学习,实现大学物 理有效教学。

2.5大学物理有效教学的原则

结合大学物理课程教学现状,以及有效的教学设计理论,笔者认为,大学物理 教学设计时应该遵循以下几个原则,即关注学生已有的前概念和想法;提供应用新 知识的不同情境;构建平等轻松的学习环境,以及及时提供评价和反馈。

L关注学生已有的前概念和想法

根据认知心理学和建构主义观点,学生的已有知识对于新的学习起着关键的作 用。奥苏贝尔在《教育心理学——认知观点》中指出:“假如让我把全部教育心理学 仅仅归结为一条原理的话,那么,我将一言以蔽之曰:影响学习的唯一最重要的因

素,就是学习者已经知道了什么。要探明这一点,并应据此进行教学气余星南等译, 1994),任何教学都不能脱离学生已有的基础。Cimer (Cimer, 2007)指出,科学教 学的核心原则是要考虑学生的已有概念,这对教师帮助学生构建有意义知识非常重 要。衡量学生已有的概念…直以来被视为科学教学的一个重要变量以及教学开发策 略,奥苏贝尔(Ausubel, 1968)认为只有当学生的已有的思想、价值以及信念在教 学开始之时与课程内容相联系并激发出来时,教学才是有效的。学生走进教室,并 不是一无所知的,而是对某些现象有自己的见解和看法。生活的经验知识已经成为 他们知识的」部分,他们用自己的理解了解社会,而他们的理解将不同于教师与公 众的理解。奥苏贝尔认为,只有当学生自觉地将新的知识与原有知识结构相联系时, 有意义学习才会产生,这就是奥苏贝尔的有意义学习,有意义的教学必须建立在学 习者已有的知识之上。因此,诊断学习者已有知识对教师计划教学活动以帮助将新、 旧知识建立联系是非常重要的。确定学生的已有概念就是为了提高学生对已有概念 的警觉,对于意义学习也是非常重要的。学生并不知道他们对物理现象的解释是建 立在实验之上的假设,对于现象的解释是含糊的,难以明确表达的。如果学生能够 察觉到他们原有的模糊想法,就有可能将原有概念与科学概念相比较,学生就可能 改变原有概念。

确定学生的原有概念以及想法,教师就能将学生模棱两可的想法和错误的概念 加以纠正,使之不影响学生的学习。一旦教师明确学生的前概念以及想法,就可以 采用合适的教学策略,使学生…些非科学的想法和概念转变为科学概念。但教学实 践表明,学生的前概念是很难转变的。如学生在求解变力的功吋,闪现在他们头脑 中的是中学已有的公式4 = FS,在中学阶段他们处理了很多力作功的习题,使用 过程中从未岀现问题,这种习题强化以及应用求解的正确性使他们从未怀疑功的定 义有问题。到了大学阶段,教学中给出功的科学规范的定义式心評",上课时 学生接受了,但是习题应用时最多的还是使用中学的公式,即使是变力,学生还是 使用中学方法进行处理,如用初态的力与末态的力相加除以2,得到平均力。多数 学生采用这种“平均等效”的思想处理变力,中学阶段一些物理量在特殊条件下成 立的特例,成为学生对此概念的科学理解,即使前提条件改变,他们仍视定义为科 学的,而不愿采用现有的新定义形式求解问题。可见,中学的T虽化”教学形成的 思维定势对大学物理教学产生了很大的负面影响。要实施有效教学,必须关注学工 的前概念,在纠正前概念的基础上发展新的认知水平。教师确定学生已有的概念和 想法,可以采用多种办法,如检查作业、问答式、群体讨论、举例了等,教师应该 为学生创设一个舒适的可信任的环境,鼓励他们揭示他们已有的概念和想法。

虽然学生在学习过程中放弃了已有的非科学的观念,但是当他们在处理科学问 题时仍然会用原来的思维方式解决问题。长期形成的观念使他们难以很快接受新概 念,只有当他们发现科学有效的方法在解释现彖时比原有的方法更有效或更有意义 时,学生才会慢慢转变观念。当学生不满足自己的认知并意识到用自己的观点解决 问题时发生孑盾,他们就会转变观念。教学中应该在他们的想法和即将学习的观点 之间设置对比,在一些相似情境中去检测和发展认知,使他们相信所学知识是真实 可信的。当他们的想法以及概念不再依赖于解决问题就能清楚时,足以证明他们已 经学会了。教师可以通过伙伴合作、开展讨论的方式使学生转变原有概念。此外, 还可以通过探究的方式质疑原有观念,让学生应用原有想法,观察一个现象,对实 验结果进行预期,当他们得不到想要的结果时,他们就会怀疑原有的概念。学生会 修改或是放弃原有想法而构建新的想法。当学生警觉到自己的原有概念的错误时, 教师应及吋讲授科学概念以帮助他们构建新的知识。教师在讲述阶段,•定要清起 明了,并给予吋间让学生加工新的信息并重新构建知识体系。

教师不应该太依赖以讲授方式进行新知识和技能的学习。讲授是-种传统的教 学方式,学生在课堂中非常被动,学生没有时间自己加工信息。因此,教师应该合 理把握讲授的吋间,注意激发学生的动机,并给予学生充分的吋间进行自己加工, 或是将新习得的概念用来解决问题帮助理解。教学中教师应该注重学生加工概念的 方式。如学生能够记住所呈现的概念是通过他们的感官,如听和看,包扌舌图片、表 格、模型和多媒体所提供的种种刺激,可视化的教学比言语更能促进学生学习。

只有重视学生的现有知识水平,才能意识到即将到达的发展水平,而这两种水 平之间的差异,就是“最近发展区S只有走在现有发展水平前面的教学,才是最好 的教学,这种教学好就好在能使儿童发展到最近发展区(余震球译,2005 )o教师只 有走进学生的世界,才能了解学生的现有发展水平,才能充分考虑教学实施的深度 以及难度,引导和帮助学生在前概念基础上生成新的知识和经验。

2.提供学牛:应用新知识的不同情境

对于新的知识,一定要在应用中才能巩固,应用时,最好能提供来源于牛活的 情境问题。教学中的无效很多是表现在所学知识不能用在现实生活之中,因为课堂 教学太注重理论而脱离实际。有效教学需要学生在不同的情境中应用新学到的概念 以及技巧(Schollum.aL,1985)。只有在不同的情境中使用知识和技巧,才能提升他 们在生活中解决问题的能力,教师应该提供生活中的实例让他们应用知识。

在使用的过程建立概念和真实世界的联系,帮助学生理解概念,有助于学生学 习概念。现场实习可以给学生提供应用新知识和技能的很好机会,对现象有最基本 的体验,并用理论加以解释。学生在实习过程中,可以检测、反思和重构他们的观 念和想法,通过实习他们可以提高学习能力和理解能力。如果学校无法提供实习机 会时,可采用模拟来代替。通过动画模拟能够帮助学生理解看不见的科学概念世界, 能够提供更核心的科学概念的理解。此外,学生的学习,不仅需要学生知道发生了 什么,还要知道怎样发生的以及为什么会这样,这种包括过程、原理以及结果的学 习方式,对学生的意义学习是非常有帮助的。科学模拟可以提高学生分析以及应用 能力,帮助他们更好地理解主题,也能提高他们的问题解决能力。此外,还可以通 过小论文的形式写下他们对概念的解释、总结,以及概念在哪些情境中可能用到。 在写作过程中,可以是独自或是儿个人…起,学生能批判或协商他们对于概念的理 解,他们可以通过集体讨论获得需要的资料。

大学物理教学中,牛顿运动定律仍是一个重要的内容,牛顿运动定律的具体内 容学生并不陌生,与中学要求相差不大,但是处理的问题情境却有很大差别。中学 由于数学知识准备不够,很难处理变力作用下物体的运动,而大学物理中处理变力 作用下物体的运动是重点内容,如变加速运动情况下速度、位置矢量等一些运动量 的求解,以及变力的功和变力的冲量的运算等。中学物理在惯性系中应用牛顿运动 定律,大学中更多的关注非惯性系中牛顿运动定律的应用,需要学生掌握惯性力、 惯性离心力以及科里奥利力等。教学中应该提供在非惯性系中处理此类问题的情境, 学生在真实情境中应用新知识并体验应用新知识解决问题的简洁与便利,才会增强 他们使用新知识的动机,并在应用中将新知识整合到已有的知识结构中。

3•构建平等轻松的学习环境

教学是教师与学生的双边活动,教师应该创设条件让学生积极参与课堂教学。 研究者发现,参与教学的学牛:越多,他们获得越多(Rangachari, 2010)。学牛:中心 的课堂教学会让更多的学牛:参与教学过程,学生成为教与学进程的中心,教学以学


生的需求为核心指向。学习的意义生成只能通过学生自己的学习活动产生,别人不 能替代。学生在学习过程中不是被动地从教师或是课木中获取信息,需要他们深思 后知识才会变得有意义。学生在交换意见和分享个人经验时,产生认知冲突是发展 智力的基础。为了培养认知冲突,教师应该提供机会让学生提出问题,并集体解决 问题,学生需要参与学习过程获得能力提升。在积极的学习环境中,学生的工作受 到重视,他们的成果以及想法体现了他们学习的价值。教师鼓励学生积极参与教学, 并为学生参与教学提供一个平等的对话平台。教师精心准备教学,如考虑教学活动 顺序、制定教学目标等,还要清楚教师以及学生在教学中的角色。只有精心准备好 教学活动,学生才能依循教师的材料,在教师的鼓励下积极参与,为自己的学习负 责。有效的课堂教学计划能够积极影响学生的学习(Brown, 1994; Kyriakides, 2006), 教师的课堂教学计划应该是富有弹性的,教学中随时可能出现一些突发事件,教师 应该能够及时处理,并将讨论的话题回归主题。

在平等的对话中,提问是教师经常使用的策略,教师希望通过提问让学生参与 教学。如果教师采用开放式提问,学生就能自由发挥,无需为提供正确答案而影响 发言,这样教师对学生的刺激就是成功的,学生也愿意参与回答问题。此外,探究 也能为学生积极参与教学提供条件。在探究过程中,学生自己准备问题、收集资料、 提出假设、设计实验以及收集数据并得到数据结论,能够让学生体验真实的科学研 究过程,使他们感受什么是科学,并了解科学家正在做什么。探究教学能够发展学 生多种能力,如学术能力以及智力能力等。

4.及吋提供评价和反馈

随着有效教学研究的不断深入,反馈作为教学的重要组成部分进入研究者的视 野。有效教学需要教师及时提供反馈以检测学习者是否已经将新的知识整合到原有 知识结构中,及时评价有利于纠正学生形成的错误观念,防止错误观念整合入学生 知识结构中。研究者指岀,形成性评价有利于从教学实践中获取信息改进教学活动 从而使得教学更加有效(Black, 1995),形成性评价作为有效教学的核心部分,能 够极大的改进教学。在学习者之间进行评价可以为教师计划教学提供依据,即了解 学生已有的知识经验,这是教师设计教学的起点。形成性评价可以激发学生更好地 参与学习过程,学仝的自我激励能够影响他们的学习彳亍为。形成性评价的有效性取 决于反馈的质量。当教师提供给学牛:详细的有关学习所需要的信息时,学牛-的学习 行为将会按照反馈信息加以改进。通过反馈,学习者可以清楚自己已经达到了什么 目标,以及还存在哪些问题。当学生出现错误时,直接告诉学生错在哪里不如让他 们自己找出错误。教师给予学生的反馈应该尽量详细,让学生清楚下一步该怎样做。 此外,学生的错误观点或想法对教师理解学生的知识结构以及他们的想法非常有用。 对学生学习结果的评价,如果是练习,一般不采用选择题的形式,因为这样不能真 实地反映学生的学习情况,可能是猜对的,最好要求学生陈述对物理定律的体会, 或是习题演算等方式。因此在设计评价时,应该采用开放性的问题,让学生曝露自 己的思维过程。笔者经常会提供…些小测验,以检查学生学习问题,这种方式易于 评价且能很好地促进学生的学习。

反馈应该贯穿于整个教学活动过程,教学之初需要通过反馈做好教学准备工作; 教学过程通过反馈不断调整教和学的行为;教学结束时通过反馈知道教学结果,以 强化各自适应的行为和巩固成功经验,从而纠正错误行为。对于教学系统而言,只 有通过教学反馈以及评价才能构成一个闭合回路,使得教学系统得以优化。有效的 教学反馈应该具有准确性、针对性、制导性、激励性、多样性、交互性等特征(彭 豪祥,2009)o由于形成性评价在教学中的频繁应用,让研究者逐渐重视形成性反馈 对有效教学的价值。反馈能够为学习者提供信息,纠正不适当的解题策略,纠正不 正确的解题过程以及错误观念。研究表明,反馈越具体明确,校正越有效(Barom 1988)O教学中如何进行反馈需要教师了解反馈的方式,研究表明,教学中可以通过 多种方式获得反馈信息,如提问法、对话法、测评法、观察法、媒体传输法等(刘 华山等,2006)o

2.6本论文的相关概念阐释

“大学物理有效教学”的问题的研究,需要明确何为有效教学?有效教学的 特征是什么?

1•有效教学

研究者对有效教学的界定并不统一,综合各种观点,一般可归结为三类:(1) 以经济学上的效果、效益的概念来解释有效教学——教学有效性是指教师遵循教学 活动的客观规律,以尽可能少的时间、精力和物力投入,取得尽可能好的教学效果,


从而实现特定的教学目标,满足社会和个人价值需求而组织实施的活动(刘立明,

2002o 2)"'有效”和“教学”两个概念的组合出发界定有效教学——有效教学 就是为了提高教师的工作效益、强化过程评价和目标管理的一种现代教学理念,学 生的进步和发展是关注的核心。因此,有学者将有效教学定义为凡是能够有效地促 进学生的发展,有效地实现预期的教学结果的教学活动都可以称之为有效(高慎英 等,2004)0 3)从表层、中层、深层三个方面对有效教学进行结构化分析——从表 层分析,有效教学是一种教学形态;从中层分析,有效教学是一种教学思维;从深 层分析,有效教学是一种教学理想。实践有效教学,就是要把有效教学的理想转化 为有效教学思维,再转化为一种有效的教学形态(龙宝新等,2005)。

对有效教学的内涵的多样化理解,正是基于人们对教学对于学习者发展的评价 标准不一致;正是基于对影响学习者有效学习的教学活动与方式的不同认知。综合 以上几种有效教学的定义,有效教学的内涵可以界定为:基于正确的教学目标,重 视学生对知识的发现以及理解,重视学生对知识的体验,重视学生能力的发展,实 现过程与结论相统一的教学活动,就是有效教学,其核心是促进学生的发展。

2.大学物理有效教学的特征

有效教学的特征指有效教学的独特征象、标志等,即有效教学区别于低效甚至 无效教学的标志。从前面的综述中可知,国内外学者对有效教学的特征进行了较多 研究,归纳、总结出有效教学的众多特征,这些研究成果是有价值的,也有启发意 义。然而,这些研究的一个缺陷是,…般只列出了有效教学的特征,却未对其深入 阐述。有效教学的特征应是最符合有效教学的涵义,最有助于有效教学目标实现的 特征,它是通过教师的具体教学行为来体现的。在众多的特征中,有•些是最基本 的、最主要的特征,它们是:正确的目标、充分的准备和促进学生学习。

1. 正确的冃标

关于准确的目标应该“是怎么样”的问题上,教育者们一直争论不休。教学目 标上的模糊也是不争的事实。教师对教学目标的明了程度不仅与学生的成就存在密 切的关系,而且与学生的满意度也存在密切的关系。正确的教学目标可以对教师开 展有效教学提供指导。正确的教学目标可以从教学目标的指向性和全面性两方面理 解。

2. 充分的准备

充分的准备指教师为确保一门课程或一堂课有计划进行而对教学活动的精心谋 划。教学是有目的、有计划的活动,不是即席演讲,不能靠临场发挥,因而有效教 学要以充分的准备为前提条件。从教学工作的基木环节来看,教学设计是教学的首 要环节,进行科学合理设计是上好课的先决条件。研究表明,教师授课前精心备课, 事先计划和组织好教学,可以减少教师授课时用在课堂组织和管理上的时间,使教 师有更多的时间用于教学,学生有更多的吋间或机会进行学习,从而提高教学的有 效性;相反,教师事先没有计划,在开始授课后花在教学组织上的时间越多,学生 就越不可能注意课堂教学内容,就越可能丧失学习机会和表现出破坏性行为。

3•促进学生学习

促进学生学习是指教学关注和满足学生的需要,围绕学生组织和实施教学。学 生是学习的主人,教学作用于学生,其效果主要从学生的进步和发展休现出来,因 此,有效教学应是促进学生有效学习的教学。另一方面,建构主义教学观认为,学 生通过积极建构,学习新知识,而不是被动地接受或照搬从教师或课本获得的知识, 因此,教学要调动学生的积极性,发挥他们的主动性,促使他们参与和投入学习。 参与教学的学生越多,则学生通过学习获得的越多,教学效果越好。


第三章大学物理有效教学目标

有效教学的首要特征是具仃正确的教学目标(姚利民,2004) o因此,要实现 有效教学,教学目标设计成为课程教学设计的关键一环。

3.1教学目标

3.1.1教学目标与教学目的

一直以来,人们将“目标"“目的”等同,即认为教学目标就是教学目的, 其实不然。教学目标是在具休情境下学生行为变化的结果,可以表示为“学生学会 了什么”,而教学目的则与教育者的主观愿望等同,通常指一个国家或社会为了实现 教育目的,在教学领域给教师提出的一种概括性的、总体的要求,它是一种应然状 态的理想(施良方等,1999)。按照具体化程度,“目标”在教学实践中可以分为三 个层次:第-个层次为培养目标,即相对较为抽象的、陈述较为宽泛的目标;第二 层次为课程目标,即根据某-具体学习领域与学生发展情况,将宽泛的目标分解得 更加具体;第三层面即课堂教学目标,与具体的情境相联系并对抽象的目标行为结 果给予明确的界定以引导教学开展。可见,教学目标是教育目的系统中的重要组成 部分,也是教育目的、培养目的具体化,它对教学设计活动起指导作用,也是教学 评价的主要依据,教学目标就是通过教学要达到的目标与结果。教学的-般目的是 对教学活动的一种原则性的规定,对复杂的教学活动而言,笼统的原则性规定是不 行的。为了使总的要求落实到整个活动体系的各个环节,必须对实际的教学活动作 出具体的规定,如每一节课的具体规定,是掌握一个概念,还是获得一种运算的能 力,是形成一种物理观念,还是掌握一种物理方法等,这些具体的规定,就是教学 目标。对于一门课程而言,存在课程教学目标,它不同于课堂教学目标,课程教学 目标也不是课堂教学目标的简单相加,如课程目标中提出的知识与能力、过程与方 法以及情感与价值观等应该充分体现在物理课堂教学之中,需要以物理学习促进学 牛-物理素养的整体提高,但不是每…堂课都必须同时有知识点以及能力点等。

3.1.2教学目标的预设性与生成性

研究者认为教学目标可以表述为:教学目标即是关于教学活动的预期结果所要 达到的标准、要求所作的设想和规定。教学活动预期达到的结果,是学生的身心发 展或是有规律、有秩序的身心变化。可见教学目标就是对教学活动所要促成的身心 变化上要达到的标准、要求等所做的设想,是通过教学活动所欲达成的身心变化(谢 利民等,2003)o可见研究者将教学目标视为预设的,没有考虑教学目标的生成性, 生成性是现代教学区别于传统教学的一个显著的特征,它强调教学并不是封闭的、 单向的、静态的传输知识的过程,期间充满对话和交流,同时具有确定性和不确定 性。但是教学是一种有计划有组织的活动,它必须有预设的教学目标,可见教学目 标的预设性以及生成性是一对矛盾对立的统一体。重视教学目标的生成性并不意味 着放弃预设性的教学目标,要培养人,教学活动的目的性和计划性是不可缺少的。 传统预设性教学目标表现为过于刚性以及外控性,不利于保证学生在教学屮的主体 地位,也不能充分发挥学生的主休作用。可见,教学目标既需耍预设,但也要重视 生成,只有这样才能根据学生的学习过程以及状态和程序等,适当地调整教学目标 以促进学生的发展。

3.1.3教学目标的重要性

研究者指出,教学目标对教学活动起四种主要功能:第「,导向功能,它对教 师选择和应用教学内容、教学方法、教学技术以及教学媒体等有导向功能;教师呈 现教学目标,可以使学生的学习具有一定的方向,越是明确教学目标越能促进学生 发展;它能导向教学结果的测量与评价,既能检测学生的学习效果,也是考察学生 学习成果的客观尺度。同样,教学目标也是教学评价的客观依据,教学目标与教学 评价相一致可避免教学中的主观性以及随意性。第二,教学目标的聚合功能。它是 教学系统内各组成要素的连接点以及灵魂,对其他要素起着统领和聚合的作用;第 三,激励功能;它能激发学习者某种行为动机,即难度适中的教学目标符合学生需 求时,能够使学生产生对新的学习的期望;同样,教学目标能够提供师生的自我效 能感。第四,教学目标的调控功能,即教学目标与教学反馈联系起来,在清晰地教 学目标指导下,通过不断的信息反馈,能纠正教学活动中的偏差,提高教学的效果 以及质量(高凌飕,2005)0可见,教学目标在教学设计中起着关键性的作用。

3.2教学目标的分类理论

3.2.1教学目标的经典形一泰勒原理

课程设计科学化进程中,泰勒的《课程与教学的基本原理》一书,被公认为课 程设计目标模式经典形态并成为不朽的经典著作。泰勒围绕四个方面的基本问题阐 述他的理论基础,其中第一个问题就是“学校试图达到什么样的教育目标5泰勒原 理中的目标确定原理主要包括三个来源,并建议以这三个方而的来源作为依据制定 教学目标。一是学习者,即教学首先要确定和考虑学生的兴趣和需要;二是当前的 社会生活,即确定教学目标必须在社会背景r分析当前的生活,而不是停留于过去; 第三是学科,学科专家应该考虑的是某一学科在教育教学中的作用和功能以及对公 民的用处,而不是以培养该领域的专家为目的。

泰勒认为,教育是•个主动地过程,它要求学习者积极主动的努力,而学习者 自身的兴趣是教学目标的首要基础(杨军等,2010)o対学习者本身信息的调查研究 是获得学生“需要"的方法,即学习者目前的学习状态与“常模”之间的差距;了 解学生需要,也是学习心理学的需求,学生的学习需求是机体内部的张力,为了保 持机体处于正常、健康状态,必须使这种张力恢复平衡(郤江波,2007)o泰勒提出 对学生的研究,•是发现学生的现状,二是寻找实然与应然之间的差距。教学活动 中,学生的“兴趣"是学生学习行为的动力,学生对于自己感兴趣的事物会积极地 参与,因此,教学中要重视学习者的兴趣,了解学生对事物的看法,并创设机会使 学生在实践中体验,在体验中获得满足,提高兴趣。

此外,教学目标还要综合考虑学习者所处的社会环境,即要从当代的生活研究 中获得教学目标。在科学问世以及工业革命时代,人类教育是将所需要的一切知识 教给学习者,但是随着社会的发展,知识加剧递增,学校教育要实现将所有学者公 认的知识传授给学习者是不可能的。因此,人类越来越关注特定的知识内容以及特 定技能与能力对当代社会所具有的意义。但是课程不能只为了应对当前的社会需要,


还要满足学习者的发展需求。

此外,指定课程教学目标,还需要满足学科的发展需求,即需要咨询学科专家 的意见。教材通常是由学科专家编写的,基本上能够反映他们对学校应该达到哪些 教学目标的看法。因此,制定教学目标,必须考虑学科专家的建议。但是,学科专 家对教学目标的理解也有局限性,因为学科专家会将学习者视为将来在该领域从事 高深研究的人,而不是把这门学科作为基础教育的一个组成部分。

可见,制定教学目标必须综合考虑学生需要、学科以及社会生活等三个因素, 以促使学习者成为一个完整的人。通过教育教学活动,能促进学习者个体、自然以 及社会的和谐发展。将教学目标设计向学习者回归,体现学生的学习主体地位,并 以能促进学习者发展作为制定教学目标的核心因素。

3.2.2经典的教学目标分类理论

教学目标的种类多样,对教学目标的分类存在多种见解,系统的分类理论是由 布卢姆等开创的。下面介绍两种具有代表性的国外教学目标分类系统(狄燕,2009)。

1. 布卢姆的教学目标分类理论

布卢坍和其同事认为人的各种意识水平都可以用行为表现岀来,因此,他们主 张将教学目标分为三类:认知领域、情感领域和动作技能领域。布卢坍的教学目标 分类理论是历史上第一部系统的教学目标分类学,其具有以下优点:第-,布卢姆 教学目标用学生外显的行为来陈述使得其具体化、细化,以便于观测,以利于教师 制定教学目标,进行教学评价;第二,它兼顾教学领域中的认知、情感和动作三个 领域,可以纠正传统教学只重视认知层面的偏失,有利于学生的全面发展。第三, 没有学科的界限,无论哪一门学科,都可以把目标分类的层次结构作为框架,加入 相应的内容。第四,用具体的行为动词来描述目标,也为教学提供了评价的指标。

2 •加涅的学习结果分类系统

加涅在《学习的条件》一书中,将学习分为五种类型:语言信息、智力技能、 认知策略、动作技能和态度,它们之间没有优先或是上下级关系,相互之间是平等 的。前面三种属于认知领域,第四种是动作技能,而第五种属于情感领域。加涅提 出的学习结果分类其实质就是教学目标的分类,它们之间是等同的,只是它们的先 后顺序存在差异,即学习结果存在于教学冃标之后,而教学目标是教学之前的预设 以及教学过程的生成的总和。加涅将教学目标视为学习结果,是基于信息加工取向 的目标,其优点是:第一,强调从学生的角度表述教学目标;认为教师的教学目标 应改为学习者的学习目标或是学习结果;第二,简明实用;加涅的学习结果分类是 处方性的,适合于教学设计和教学评价。第三,加涅学习结果分类的最大贡献在于 第一次把认知策略作为教学目标的重要组成部分,使人们对教学目标的认知提升到 了一个新的台阶。

我国在布卢姆教学目标分类理论基础上,将中学认知目标分为:“记忆、理解、 运用、综合小学认知目标分为“记忆、理解和应用”;在情感领域分为接受、反 应、爱好和个性四类;动作技能领域分为“知觉、定势、熟练、自动化”四类;也 有其他的各种拓展的教学目标分类。我国新课程改革中提出的知识与技能、过程与 方法、情感与态度三维目标,正是基于以上的三种分类思想而产生的。

3.3大学物理有效教学目标设计

3.3.1大学物理课程教学目标

教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会对大学物理课程 教学提出了要求(以下简称大学物理课稈教学要求),其教学目标要求如下:

通过大学物理课程的教学,应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方 法有比较系统的认识和正确的理解,为进一步学习打下坚实的基础。在大学物理课 程的各个教学环节中,都应在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决问题能力 的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,努力实现学生知识、能力、素质的 协调发展。

通过大学物理课程教学,应注意培养学生以下能力:

① 独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法,阅读并理解相当于大学物理 水平的物理类教材、参考书和科技文献,不断地扩展知识面,增强独立思考的能力, 更新知识结构;能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。


② 科学观察和思维的能力——运用物理学的基木理论和基本观点,通过观察、分析、 综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问 题的能力,并对所涉问题有一定深度的理解,判断研究结果的合理性。

③ 分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况,抓住 主要矛盾,进行合理的简化,建立相应的物理模型,并用物理语言和基木数学方法 进行描述,运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

通过大学物理课程教学,应注重培养学生以下素质:

① 求实精神——通过大学物理课程教学,培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科 学态度和刻苦钻研的作风。

② 创新意识一一通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成 长经历等,引导学生树立科学的世界观,激发学生的求知热情、探索精神、创新欲 望,以及敢于向旧观念挑战的精神。

③ 科学美感一引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐 统一等美学特征,培养学生的科学审美观,使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科 学的内在规律,逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。

大学物理教学设计过程中,一定要明确指出教学目标,如以确切言语表述,以 明确学习者在哪些方面获得发展以及所需要达到的程度。教学设计中陈述的教学目 标应该是学生的学习结果,而不是教师的教学行为,教学目标应该尽可能具体,并 且是可以测量的;教学目标应该反映学习的结果类型,并且具有可操作性,根据课 程内容与教材要求,如可以表述为“已知质点运动方程,能熟练求解质点的速度和 加速度”,也可以是“能熟练求解刚体定轴转动时的动力学问题”,也能表述为“了 解相对论时空观”等等。教学目标的确定与课程内容的选择以及组织密切联系,并 与具体的课程内容一起呈现给教师和学生,直接体现某一教学目标的是教学任务, 即必须让学生掌握一定量的教学内容。女口,是在知识、能力或是素质哪一个方面或 是多个方面的发展,在各个结果类型中再细分教学目标。教学目标越是明确具休, 可测量性就越好。教学目标越是笼统,越是难以把握教学的最终效果。

3.3.2大学物理有效教学目标设计的方式

大学物理有效教学中,教学目标设计是对教学活动所要达到的结果的规划,是 教学设计的首要环节。教学目标设计,首要是确立正确的教学目标价值观念,强调 教学要能促进学生身心的全面发展;其次,要重视教学目标的预设性以及生成性, 教学目标要具有弹性,给教师以及学生留下主动发挥的空间;最后是教学目标的个 性化,强调教学目标的适度,使学生感到通过努力自己可以获得成功。心理学研究 表明,教学目标设计的具休方式为:实施目标分解;进行任务分析;确定教学起点 以及陈述教学目标四个部分(马会梅,2008),并且它们之间是密不可分的。

1. 实施目标分解

前面分析了教学目标的层级关系,即教学目标是依国家的教育目的、学科培养 目的、课程教学目标、单元教学目标、课时教学目标以及知识点教学目标自上而下 构成的,实施教学目标分解,最终目的就要为课时教学目标以及知识点教学目标的 设计提供依据。如首先要考虑学习者需要,了解学生目前的学习状况与期望他们达 到的学习状态之间的关系;其次是选择学习任务,即为了实现教学目标,学习者必 须完成哪些学习任务;第三是学习任务的组织,主要是分析各项学习任务的关系, 并组织单元教学;最后是对单元学习任务进行表述和归纳,编写课吋教学目标和知 识点教学目标。如机械能守恒定律•节教学中,学生应该在掌握守恒定律基础上, 还需要了解守恒定律在物理学中的重要地位。学生需要明确机械能守恒的条件,要 知道机械能由哪些基本物理量构成,同时需要掌握如何引出机械能守恒,即要知道 守恒定律是如何导出的,注重推出结论的过程。

2. 进行任务分析

对即将学习的任务进行细致分析,了解学生需要形成能力或是品格的构成关系, 并以此确定促成这些能力的教学条件,教师应该根据具体的教材内容以及学习类型 来确定教学的外部条件并在此基础上展开教学活动。进行任务分析,首先要确定学 生的起点以及倾向,分析学习的支持性条件;一般指导任务分析的理论有布卢姆的 教育目标分类理论以及加涅的学习结果分类理论等。如机械能守恒定律关键是让学 :了解当系统满足机械能守恒时得出什么结论,教师可以通过设计一些机械能守恒 的樂活事例加以阐释,如可以介绍水利发电的原理,了解过程中各种能量的转换; 学生在掌握发电原理同时,也感叹自然界的神奇力量。

3. 确定教学起点

确定教学起点,直接关系到教学目标作用的发挥和教学的有效性。教学的起点 不能太高也不能太低,太低学生感觉任务没有挑战性,教学对学生起不到发展促进 的作用;如果教学起点太高,学生感到难度太大,会使学生丧失信心,同样不利于 学生的发展。确定教学起点,应该从学习者的初始能力着手分析,包括学习者预备 的技能分析;学习者特征分析;对学习者目标技能分析等。在机械能守恒定律一节 中,学生熟悉动能以及重力势能、弹性势能的定义,但是缘何要引入势能概念并不 清楚,因此,需要教师从保守力做功引入势能概念;此外,学生熟知机械能守恒定 律的表述,但是并不是很清楚结论是如何而来,因此,教学中要注重过程的推导, 以此培养学生的推理、论证能力。

4. 陈述教学目标

对于大学物理课程教学来说,即要从知识、能力以及素养三个方面进行陈述。 即对于知识的可以用“理解、掌握、应用以及综合”等几个方面进行描述;而对于 能力方面,则多强调观察、分析、问题解决等儿个方面;在素养方面,则强调学习 者的求实、创新以及科学美等方面的提高。如机械能守恒定律一节,需要学生掌握 机械能守恒定律并能综合应用求解实际问题;能够对相关的生活现象进行解释,并 能解决相关问题;此外,要了解对称性与守恒定律的关系,了解守恒定律虽然是运 动方稈的结果,但是它比运动方稈更为基本,因为它表述了自然界的一些普遍法则。 而守恒定律与対称性相联系,它是近代物理学的重要观念,如果运动规律具有一种 对称性,必相应存在一条守恒定律。形成」定的物理观念能够使学生更加深入的理 解物理学科的思想和方法。

3.3.3大学物理有效教学目标

结合大学物理课程教学目标指南,并考虑到学生所处的信息化社会环境,大学 物理有效教学目标可陈述如下:

1.促进学生学业成绩提高

长期以来,人们…般会将好的学业成绩与好的教学效果相联系。有效教学指向


学生的成长,学生的成长不能单看成绩,但是不能交出一份完美的课业成绩,也很 难称之为有效教学。当社会仍以学生的学业成绩作为考察学生学习效果的主要标准 时,有效教学的教学目标中应该含有“促进学生学业成绩提高”这一指标。基础教 育中大力提侣素质教育,但是升学考试起决定性作用的还是学生的学业成绩。即使 在大学,学生的学习成绩也是非常重要的,成绩决定了绩点,绩点决定了学生排名, 毕业找工作或是海外留学等,绩点是一个重要的评价学生能力的指标。学业成绩是 一种外在的、有说服力的学习能力的证明材料,而学习者的内隐的能力、素质等只 有在工作一定时间后才能显现。现代教学理念提倡综合素质教育,但是教学还是以 传承社会文化成果为主线,那么测试就成为检验学生学习效果的最好的方式。对教 学效果的评价,应更多地关注可测性或量化。如教学目标尽可能明确与具体,以便 于检验教师的工作效益,要关注学生的学业成就与教师的工作表现之间的关系,科 学地采用定量与定性的评价,既反对拒绝量化,但又反对过于量化。

2. 有效教学应该以发展学生能力为宗旨

教学应该促使学生的能力得到发展,人具有多方面的能力。笔者认为,大学物 理教学,要能提高学生的自主学习能力和解决问题能力。

(1)自主学习能力

有效教学是通过有效的“教”的行为实现有效的“学"的行为,教学的最终冃 的是为了不教,即实现学生自己学。联合国教育发展委员会前主席埃德加•富尔认 为,自学,尤其是帮助下的自学,在任何教育体系中,都具有无可替代的价值。帮 助学生掌握自学的方法,培养学生的自学能力,是高校教学过程的重要特点之、 因此,教师应该从注重将学生“教会”向学生“学会学“转变,教学中应该倡导以 学生为中心的学,教师要能激励学生勤于思考、自主思考。教是为了不教,尤其是 对大学生而言,毕业步入社会后,需要自己独立学习获得知识。学生应该在学习中 不断养成自主学习的习惯并形成能力。实际情况是,并不是每个学生都能进行自主 学习,长期以来对教师的依赖使他们没有掌握一定的学习方法。对大学物理而言, 从笔者对学生的调查来看,少部分同学提到了大学物理是靠自己学习,靠自己“悟” 物之理。这部分学生在学习过程中对学习形成了自己的理解,也掌握了一定的方法, 而大部分学牛对教师有很强的依赖性,离开教师的指导很难独立学习,没有掌握学 习方法。大学教育是多数学牛接受的最后的正规教育,在大学阶段培养学牛:的自主 学习能力具有现实意义。大学期间培养学生自主学习的能力,有助于他们应对工作 中的困难,有利于培养他们终身学习的教育观念。为了培养学生自主学习,教师应 该在教学过程传授一般学习方法以及学科学习方法,在教师的指导下,使学生学会 学习,并不断提高自主学习的能力。

2)解决问题能力

学生在物理学习过程中,突出问题表现为学生对所学知识掌握不牢靠,知识难 以迁移,不能全面分析、解决问题。学习知识很重要,但是使用知识更重要,能够 用知识解决问题,不断提高应用能力,那么解决问题的能力就会提高。学生在解决 问题的过程中,建构对知识的理解,问题的解决能够使学生更主动、更广泛地深入 激活原有知识经验,理解分析现有问题。可见解决问题能力是建立在问题基础之上, 因此,要能够实现知识的迁移,教师应该提供解决问题的情景,让学生有解决问题 的内部动机,积极主动地应用知识解决问题从而形成能力。学生解决问题能力的提 高,需要教师提供指导与帮助,学生需要的不是如何解决一个问题,而是如何解决 一类问题,以及此类问题分析的思路,以及求解的方法。“授人以鱼,不如授人以渔”, 教师应该教会学生解决问题的方法,只有掌握了方法,学生才能在处理问题时有章 可循,--步步完成分析、理解、解决问题的全过程。

3. 掌握物理方法

每一门学科都有自己的学科方法,如化学的性构相依思想,研究者(张文广, 2009)认为物质的性构相依思想是化学学科重要的学科思想,即物质的微观结构与 其化学性质存在密切关系。数学方法在各种科学中广泛的应用,如数字计算、数学 推理、建立和求解方程、运筹统计、计算机模拟等(李醒民,2010)…直以来,物 理课程的重要性也正是体现在科学方法和思想上,学习物理就是要学习物理中丰富 的学科思想和方法。物理学,建立在实验基础之上,因此,其中很多方法是不言自 明的,如观察法、实验法、假设法、理想化方法以及模型法等。但是物理也需要科 学的运算,需要数学方法作为支撑。正因为研究中引入了实验与数学方法,才使得 物理学成为一门科学。物理思想与方法是物理学的灵魂,在掌握知识的过程中,只 有掌握了物理的方法,才有可能利用物理方法解决其他的问题。因此,学生在学习 物理后,应该掌握物理学的一些基本的方法以及思想。


第四章 大学物理有效教学内容

教学内容是教学过程中教师和学生双方活动中指向的对象(李海林,2000), 是教学实践层面的概念,教学内容是课堂教学最根木、最主要的组成部分,也是完 成教学任务,实现教学目标的主要依附体。

4.1教学内容的重要性

教学内容是教学的客休,它是教师教学的依据,也是学生应该掌握的知识体系。 离开教学内容,教和学就失去了意义,更谈不上教学质量的提高了。-直以来,教 学研究中对教学目标以及教学方法的重视明显超过了教学内容,事实上,是教学目 标和内容选择方法,而不是相反(巴邦斯基,2001 )o选择教学方法是为了实现教学 内容,为了高效地达成教学目标。教学内容由教学目标决定,而教学方法由教学内 容决定。衡量教学方法好坏的标准是看它是否适合教学内容,是否能够实现教学目 标(李海林,2000)o可见,教学方法是完成教学内容和达成教学目标的工具或手段。 教学内容是教学目标和教学方法的中介,教学目标的实现依附于教学内容,而教学 方法的创设是为了教学内容服务。教学内容是教学改革和教学质量评价需要解决的 理论以及实践问题,只有选择正确的教学内容,才会选择正确的教学方法,才会实 现教学的有效。

教师要完成教学目标,必须拥有所教学科的具体知识,如事实、概念、规律以 及原理等,还应该具有将自己拥有的学科知识转化为易于学生理解的表征形式的知 识。教师应该知道学科知识在教学应用屮如何转换,这需要教师独特的知识领域, 即学科教学知识(Pedagogical Content Knowledge,简称PCK)。教师区别于生物学 家、历史学家、物理学家不在于他们掌握专业知识的质量和数量,而在于他们如何 组织和使用知识上(Cochran, 1993)。大学物理教师拥有的物理学知识不如物理学 家,但是物理教师具备将学科内容知识转化为适合于学生学习的教学内容。教师具 备的学科教学知识能够促进教师对学科知识的理解,利于教师组织教学内容。

大学物理教学内容研究,多数研究者关注课程内容要求以及教材内容体系(毛 骏健等,2009),很少研究如何将课程内容以及教材内容转化为教学内容,也很少 关注教学内容的重要性。教学内容不同于静态的课程内容和教材内容,它需要教师 以及学生的介入,它与教学情境有关,是一个动态的、开放的系统。研究教学内容 设计,就是深入研究教学内容的生成以及生成的原则,同时设计教学内容的呈现方 式以取得最好的教学效果。

4.2大学物理教学内容的生成

教学内容设计不能脱离教学内容要求。教育指导委员会对大学物理的教学内容 要求如下:大学物理课程的教学内容分为A、B两类。其中:A为核心内容,共74 条,建议学时数不少于126学时,各校可在此基础上根据实际教学情况对A类内容

各部分的学时分配进行调整;B为扩展内容,共51条。

① 力学

② 振动和波

③ 热学

④ 电磁学

⑤ 光学

⑥ 狭义相对论力学基础

⑦ 量子物理基础

⑧ 分子与固体

⑨ 核物理与粒子物理

⑩ 天体物理与宇宙学

A:7条,建议学时数》14学时;B:5条) (A:9条,建议学吋数门4学时;B:4条) (A: 10条,建议学吋数勿4学吋;B:4条) (A:20条,建议学吋数\40学吋;B:8条) (A:14条,建议学吋数眾8学吋;B:9条)

(A:4条,建议学吋数\6学时;B:3条) (A:10条,建议学吋数A20学时;B:4条)

(B:5 条)

(B:6 条)

(B:3 条)

⑪ 现代科学与高新技术的物理基础专题(自选专题)

 

以上呈现的是对大学物理教学的各个部分基本要求,具体各个知识点的详细教 学要求没有列岀。笔者认为,课程教学内容要求只是课堂教学内容的一部分,知识 点内蕴含的方法、思想需要教师在设计教学内容时加以补充。可见,课程要求中的 教学内容并不能称之为真正意义上的“教学内容”,它是教师在教学中应该遵循的 指导性意见,如重点、难点,以及什么地方可以不讲等。教师设计的“教学内容" 是教师在课前预设的教学材料以及课堂生成的教学资源的总和,它是适宜于学生学 习的一切资源。

大学物理教学中,仍以教材作为主要的教学中介,教师授课以及学生学习均以 教材为主要依据。教材是课程内容的载体,教材内容不仅遵循学科逻辑,还遵循学 生心理逻辑。教材内容经过“教学化”处理后,成为教学内容的一部分,但教材更 新速度慢,且容量有限,一些学科前沿知识很难被马上载入教材,若只以教材为依 据进行教学设计则生成的教学内容不丰富,且缺乏现代感。为了充实以及更新教学 内容,大学教师的科研成果应该成为教学内容的一部分。此外,网络技术的迅猛发 展,为教师提供了大量的教学资源。因此,大学物理教学内容的生成应该包含三种 途径:(1)源于物理教材分析;2)源于科学研究;3)源于网络资源。

4.2.1源于物理教材分析

教学内容不同于教材内容,但其立足点仍是教材,教材分析对教学内容的生成 起关键性作用。教师必须明确教材分析的基本要求,掌握教材分析的基本方法,不 断提高教材分析的能力,才能恰到好处的进行教学设计。

L教材分析的儿个方面

教材是教师实施教学的主要依据,也是学生获取知识、发展能力、培养品德的 重要来源。传统教学观念认为教材具有权威性、学术性和本源性,教材是教学的出 发点和内容。在现代教育理念下,教材是学生与文化知识以及教师、学生之间互动 的媒介,是学生学习与探究的工具,是汇集人类知识的资源(高凌飓,2007)。教 材作为教学的一种重要资源,是教师设计教学内容的重要依据,分析教材是教师的 基本功和基本素养,是进行教学设计的关键一环。教材分析过程,就是增长专业知 识、促进教学修养的过程。一般教材分析包括如下四个方面:(1)选择教材。依据 课程标准或是教学大纲、物理学知识体系、学生认知结构特点等选择合适的教材。 笔者所在高校所有专业都用相同的大学物理教材,分层教学即根据需要对教材内容 进厅取舍,如多学时教学内容加深,而少课时教学要求降低。因此,一般的本科院 校教师选择教材的空间很小,一般经集体讨论后由教研室主任选定…套教材。(2) 从整体上把握教材。教材的知识体系及每个知识点以及知识单元都在整体结构中具 有一定的作用和地位,从整体上把握教材是教学成功的关键,把教学系统中的知识 点放到知识整体中去认知,进行全方位、多角度的分析研究,将各个知识点联系起 来,以达到教学系统整体优化。(3)挖掘教材隐含价值、隐含知识;教学过程不仅 是学习知识的过程,也是能力培养的过程,也是思想、意志、情感等发展的过程, 通过对教材分析,弄清楚并挖掘教材中的思想、方法及其它隐含因素,以便在教学 设计时充分考虑这些因素,在教学过程中促进学生的发展、培养学生的能力。(4) 提升教师基本功。教材分析的一般步骤是从分析教材地位、作用入手,分析教材的 内容和结构、明确教学目标、重点、难点,挖掘教材科学方法、能力培养、思想教 育等因素,找出教材中的问题,设计恰当的教学方法。

2. 提升教师教材分析能力的一些方法

(1)教材内容分析

分析教材、设计教学内容时,还需要选择适当的教学方法或提出合理的教学 建议。一般分析教材的基本步骤可概括为“四读”:

首先,泛读有关资料,明确课稈的地位和任务

所谓泛读,是指在进行教材分析吋,教师阅读物理课程标准或教学大纲、教 学参考书,阅读大学物理有关教材及有关期刊杂志等。通过阅读这些资料,明确 物理课程在整个教育中的地位和任务,明确物理知识在各个教学阶段“螺旋式" 上升的情况,明确物理学科与其他教学科目之间的联系。通过泛读,教师全面了 解课程标准或教学大纲,就能使教材分析既依循教材乂不局限于教材,全面深入 地领会教材的编写意图。通过泛读,教师可以了解低」级和高…级物理教材的内 容,能为本阶段的物理教学选择一个恰当的起点,实现前一阶段与后一阶段教学 内容的顺利衔接。

其次,通读整个教材,对教材有一个总体认识

所谓通读,是指教师阅读所教全部物理教材,不要求教师对教材的细节进行 研究,而是通过对全部教材的阅读,了解整个教材的基本内容、知识体系、结构 特点以及各部分知识之间的内在联系和逻辑关系,搞清楚教材内容是怎样循序渐 进地加以组织的,分析教材的编写意图、内容选取、程度要求、风格特点等。

然后,细读教材的每一部分,进行整体分析

所谓细读,是教师在通读的基础上,对物理教材中的某一部分(通常指一篇教 材或联系比较密切的二三章教材)进行深人研究,从整体上对该部分教材进行分 析。通过分析要搞清楚以下几个方面的问题:①该部分教材中知识的逻辑结构; ②该部分教材中的重点、难点知识;③该部分教材知识在生活、生产、科学技术、 社会中有哪些重要的实际应用;④该部分教材中包含了哪些科学方法和能力培养 的因素;⑤该部分教材渗透了哪些思想教育的因素;⑥该部分教材的地位和作用 是什么。

最后,精读每一节教材,进行具体分析

所谓精读,是教师在细读的基础上,对物理教材中的某一节进行深入研究, 分析每一段,研究每一句,斟酌每一词与每一字,细致、具休地分析教材。精读 应该做到以下几点:⑴透彻理解该节教材中的全部知识,深入了解该节教材所述 内容的背景材料,要站在一定的高度理解教材知识,要能解答该节教材中的疑难 问题;⑵弄清本节教材在整篇教材或整个物理教材中的地位;⑶找出本节教材中 所蕴涵的学习心理特点,学生学习时易犯的错误及其原因、难点的成因以及突破 方法;⑷分析本节教材的教学特点和讲清楚知识的关键,选择合适的教学策略、 方法,设计教学过程,考虑如何通过知识教学培养学生能力并对其进行思想教育 等。

(2)物理科学方法分析

对教材进行科学方法分析是实施物理科学方法教育的最重要的准备和设计工 作,也是提高教师的教材分析能力的关键,其核心内容是将教材所包含的物理科学 方法,转化为课堂教学实施物理科学方法教育的素材,继而确立具体的科学方法教 育方案,组织实施科学方法教育。物理教材的科学方法分析,可以从以下三个方面 着手:知识类型的科学方法分析,即特定的知识类型,内部存在着相一致、相和谐 的科学方法因素;知识结构的科学方法分析,侧重于从知识间的相互联系和相互作 用,体现物理科学方法;教学程序的科学方法分析,则是从学生的认知特点和教学 规律角度,探讨科学方法教育的具体实施。

第一,知识类型的科学方法分析

根据物理知识的大致分类,可以看岀物理知识可以分为概念、规律、实验性 知识。教材中概念的科学方法分析,应当注意各物理概念的特点,捕捉概念类型 和所用科学方法间的必然联系,恰当地应用科学方法,指导概念建立的思维操作。


在概念的建立中,观察和实验尽管仍然是概念建立的基础,但逻辑思维的作用更 为重要。由于概念建立的出发点不相同,由出发点进行抽象概括的科学方法的应 用也不一定相同,表述概念的方式,对于不同类型概念来说也有所不同,例如: 密度、电阻、电场强度等,用比值定义的方法,来描述物质的内在属性;而力矩、 角动量等则用矢量叉乘定义的方法,表示影响该物理量各因素之间量的关系。教 材中的规律分析过程中应注意到,物理科学方法在规律建立的过程中是建立已知 现象或知识与新知识间的桥梁,而分析、归纳、演绎、推理等思维操作,则是构 建桥梁常用的材料。教师在分析这类知识时可使用的物理科学方法有:由物理情 境建立物理模型的方法、分析和综合方法、数学方法等。教师在针对实验性知识 分析时可运用观察实验方法,它包括根据实验目的进行设计构思的方法、实验操 作的方法、整理归纳实验结果的方法等。

第二,知识结构的科学方法分析

结构方法是系统科学的一种重要方法,它是通过分析系统的组成成份及其相 互关系,揭示其内部结构乃至外部表现,从而解释和变革系统功能的方法(何廷 春,2007)0在进行教材分析时,从知识结构的角度进行科学方法分析,去挖掘 教材所蕴藏的物理科学方法。由于科学研究和学生认知都是从已有的知识出发, 去发现或认识新的知识,所以教材分析的关键是要抓住对学生认知起决定作用的 物理科学方法,作为教学的龙头,实施知识教学和能力培养。学生的认识总是从 简单到复杂、从低级到高级、从宏观到微观展开的。例如宏观物体的运动,我们 从最简单的匀速直线运动开始拓展到任意的空间运动;电荷间的相互作用,我们 从点电荷间的相互作用到电磁力;物质的振动,从最简单的简谐振动拓展到受迫 振动,而后拓展到电磁振荡等。运用物理科学方法,可以帮助学生构建相应的、 具有层次性的知识结构,譬如归纳和演绎法是物理学习中概念、规律的建立和应 用中常用的方法,而分析和综合方法则是从整体和部分之间的关系来认识物质世 界的层次性。例如,用分析法,将平抛运动分解为匀速直线运动和自由落体运动; 将匀速圆周运动分解为两个相互垂直的简谐振动等。类比思维方法是学生从已知 走向未知的重要的辅助手段,例如运用类比法,通过重力场中物体的运动和能量 变化,研究带电粒子在静电场中的运动和能量的变化;通过简谐振动,研究电磁 振荡等。

第三,教学程序的科学方法分析

合理编排的教学内容是通过合理的教学程序得以体现、实施的,教学程序是有 效的教材发挥功效的最直接的环节。教学程序可以从两个方面考虑:一个是宏观方 面,及对学习的先后顺序的整体安排;二是微观方面,即具体的每一节课的安排。 无论是宏观的整体的教学规划还是微观的每一节课的教学活动,都应体现迁移规律, 都应该把各门学科中的具有最大迁移价值的基木内容的学习置于首要地位,处理好 这种教学与学习的程序是非常必要的,否则就会影响教学效率。学生学起来吃力, 很难把握所学知识的内在联系,这直接影响着认知结构的构建,同样也影响迁移。

如果说教师是承担教材分析的主体,学生是衡量教材分析的标尺,那么课堂 便是教材分析的主阵地。教材分析也只有落实于课堂,才能真正贴近教育,贴近 学生,教材分析的研究成果才具有较强、较大的推广价值。在进行了教材的知识 类型和知识结构的科学方法分析后,在课堂教学中我们可以从教材呈现知识的角 度,对物理知识进行最优化的选择,发挥最大教育功效。

3. 教材分析实例

教师如何分析教材,将知识、方法、以及各种发展能力的因素蕴于教学内容, 需要教师认真的分析教材。结合物理教学,这里以楞次定律为例进行具体说明。

(1) 教材内容分析

a. 学生已经从前一节《电磁感应现象》中认识•些电磁感应现象,并总结了产 生电磁感应的条件;

b. 电磁感应现象是学生在生活中较少直接接触和观察的现象,缺少感性经验的 积累;

c. 楞次定律对实验现象的抽象概括的水平高,认知过程中对学生的思维能力构 成挑战;

d. 楞次定律是应用要求很高的教学内容,教学目标不仅要求掌握,而且要求灵 活运用。

(2) 物理科学方法分析:

a. 应用探索性实验方法,探测在各种电磁感应现象中感应电流的方向;

b. 运用分析、比较、归纳的方法,概括出楞次定律;

c. 运用假设法,证明楞次定律是能量转化和守恒定律的必然结果;

d. 运用演绎、分析、综合的方法,进行感应电流方法判别的实例研究。

(3) 教学程序设计方法

楞次定律的内涵非常丰富,涉及多个物理量以及物理量地变化情况,是对学生 思维能力耍求比较高的教学内容。教学过程中,要充分发挥物理学方法教育的思维 引导作用,有效地建立已有知识和新知识间的桥梁。

(4) 教学程序设计

首先,运用探索性实验,研究探测感应电流方向判断的法则,具休步骤为

① 、通过磁铁相对于线圈的相对运动、通断电、移动滑线变阻器改变电阻等 多种渠道,观察电磁感应现象,探测和记录感应电流的方向,这是实验教学中观 察实验法、探索性实验方法的运用。

② 、楞次定律需要寻找物理量之间的关系,我们可以运用求同、求异归纳实 验中的共性,摒弃表面现象的干扰,总结出感应电流的磁场和原磁场方向间的关 系,这也是上面所提及的分析、比较、综合、归纳等方法的应用。

③ 、楞次定律也是实验现象,我们可以通过若干演示实验,验证楞次定律, 增加实验体验,积累客观表象,从感性抽象为理性,对理解楞次定律有极大的帮助。

其次,从能量转化和守恒定律的普遍原理岀发,证明楞次定律符合能量转化 和守恒定律,揭示电磁感应现象的本质,在这我们运用了假设法、演绎法等逻辑 方法。

最后,楞次定律的具体应用,运用归纳、演绎、分析、综合的方法,对电磁 感应现象中感应电流方向判别的实例进行具体研究。

4. 小结

教材知识在组织过程中注重学科知识的逻辑性,是螺旋式上升的过程。这种组 织方式并不利于学生的学习。教师在使用教材时,不能不加选择的进行教学,成为 教材的传声筒。教学是用教材教,而不是教教材。教师只有深入研究教材才能积极 地、创设性地组织教学内容,才能使得教学组织与安排貝有清晰的线索。教学内容 是教学过程中师生交互作用、服务于教学目的达成的动态生成的素材以及信息。对 于教材的重构以及教材二次开发等研究目的是为了创生最大限度符合教学特性的教 学内容。研究者将教学内容创生的关键因素分为三类,即资源、方法以及主体(李 臣之,2007) □在学校教学中教材是最重要的教学资源,任何离开教材而生成的教 学内容都是难以成立的,教材是教学内容的依靠。

教师通过分析教材生成教学内容,除了要考虑物理知识木身的系统性、科学性, 还要关注学生的认知水平以及各个方面的教育因素。物理学的方法是物理学发展的 灵魂,通过方法论学习可以使学生的认知活动变得有序,直接影响学生能力的培养。 可见,物理学方法是物理教学内容的重要内容之一。教师在教材分析过程中,要突 破教材以知识内容体系表述的形式,将以分散的形式隐藏于知识内的方法显性化, 使得教学内容既有血肉也有灵魂。物理知识具有结构性,知识结构的学习在物理学 习中逐渐受到重视,教学内容要能够体现物理的知识结构。教学是一节一节完成的, 使得教学内容由各种知识块组成,零散的知识点往往是孤立的,缺乏内在联系。学 生的归纳能力较差,难以将分散的部分知识归纳为整体,因此,学生学习获得的知 识呈现为毫无关联的知识碎片。笔者认为,教学应该先让学生整休上了解全部教学 内容,然后进行局部知识的学习,最后进行知识结构体系的归纳,实现前后教学内 容纵横联系。

4.2.2源于科学研究

大学物理教学内容如果只源于教材分析,那么大学物理教材发展対教学内容起 关键作用。大学物理教材在近三十年内不断发展和修订,教学内容体系已经趋于完 善,但呈现出教学内容体系变化不大、经典物理内容偏多、现代物理内容不足以及 要求偏低等特点(张月芳等,2007)。教学内容源于教材内容,但不能等同于教材 内容,教学设计过程中还需多途径充实和更新教学内容,高校教师科学研究成果能 够弥补教材的不足。高校要求教师教学与科研并重,且重心明显倾向于科研,那么 科学研究在提升高校科研实力的同时,还要注重对教学的促进作用。高校办学水平 不应仅仅体现在高水平科研上,还应该体现在高水平的本科教学上。只有做到教学 科研相长,才能切实提高本科教学质量。科研促进教学可以直接体现在改革教学内 容和教学方法上,科研成果可以充实教学内容以及更新教学内容,并使教学方法更 丰富。

L充实教学内容


教师从事科研活动,有助于教师深入理解教材,有助于教师更准确地把握教学 内容。教师在科学研究过程中,不断读新书,查资料获得新知识,对授课教材的理 解和融会贯通能力逐渐增强(王允武等,2003) o在对教材内容加工时,丰富的科 研经验、研究成果、研究方法以及该学科的新理论、新技术被引入教学过程,贯穿 于课堂教学环节,使教学内容不断扩充,实现科研成果与教学实践的结合。

教师在教学实践中,应该主动承担起充实教学内容的责任,主要方式有编写教 材、进行课程建设以及教学改革实践等,对教学内容中呈现的问题进行修正、扩充 以及完善。一般院校的本科教学以课堂教学和设计为主要环节,而本科教学长期以 来被视为书本知识的传授,将教学与科研分开,这样不利于扩大学生的知识面和提 高学生的能力。当高等教育转向大众化教育时,如何丰富本科教学内容,进行宽口 径的专业教育和技能训练成为一个重要的课题(王晓昌等,2006) o教师从事科学 研究,其学术水平的提高可以促进教学,同时可以用科研的成果以及科研经历充实 教学(彭培英等,2009) o笔者在教学中经常会碰到一些很难处理的教学内容,如 物理中经常需要求解微分方程,此类方程求解方法复杂,甚至没有精确解析解。如 何深化这些教学内容?如何才能让学生理解方程表示的物理图景?笔者尝试将自己 从事的计算机模拟与解微分方程联系起来,实现微分方程的数值解,并给出可视化 的图像,使物理意义」目了然。此外,笔者尝试用解析法求解微分方程,在相关文 献中寻找解微分方程的方法,尝试得到方程的近似解。以科研丰富教学内容的过程 本身能不断提高教师的教学研究能力,实现教学与科研相长。采用科学研究方法得 到的近似解析解、数值解或是可视化的物理图像,成为新的教学内容,使得教学内 容不断扩充、丰富与完善。在此,笔者将以两个例子进行说明。如利用Matlab, 拟带电圆环在空间的等势线,见图牛1,图形直观地显示了带电体在空间的电势分 布,比采用解析法得到电势的表达式更能阐释其物理图景,也避免了复杂的数学运 算(张之翔,2006)。此种方法强化了物理概念而淡化了数学运算,采用数值计算 与物理模型相结合,可以深入认识和理解物理问题。数值模拟虽是近似方法,但是 在科学研究中与解析方法有着同等的重要地位。

 

图4-1均匀带电圆环的空间电势模拟(竖直平面内)

 

此外,在波动章节,教材中一直以水波展示波的…些特性,也提到水波比较复 杂,但是却没有深入说明。水波来源于生活现象,教材试图从生活中引出问题,却 没有深入说明水波的性质,而学生很感兴趣,他们渴望知道水波运动的具体行为。 要满足学生的学习需求,教师必须从教材外寻找答案,将获得的研究成果引入教学。 为了深入了解水波的性质,笔者从水波方程入手,考虑理想不可压缩流体在外界扰 动下的速度势方程并结合边界条件,得到无限深水域、有限深水域中水波质点的运 动轨迹方程。由水波方程得到水波质点的运动方程的过程非常复杂,但最后得到的 质点运动轨迹却非常简洁,通过计算机模拟后得到无限深水域中水波质点轨迹图像 如图4・2所示,有限深水域中水波质点运动轨迹方程如图4・3所示。

从水波中质点的运动轨迹来看,水波质点作周期性的往复震荡运动,水质点的 振动不只局限于水的表而,而是以愈来愈小的振幅一直延伸到水的深处,根据对水 质点运动的分析,水波既不是横波也不是纵波,它是横波与纵波的叠加波,它比一 般简谐横波或纵波复杂得多,这种直观的物理图像比数学表达式更有说服力。


图4-2无限深水域中水波质点运动轨迹

 

 

 

图4・3有限深水域中水波质点运动轨迹

 

此外,教学中经常遇到一些难以展示且需要采用理论方法论证的教学内容,笔 者推荐文献给学生自己看。对新生,教师可以提供参考文献,而高年级学生则可以 自己去查找相关资料。考虑到大学物理的学习者是大一新生,笔者会推荐给学生- 些适宜他们水平的文献,在课后研究。学生研究文献,可以学到教材上没有的知识, 在钻研文献中巩固并加深对知识的理解。在此过程中,学生逐渐学会查找文献,学 会如何解决学习中的问题,学会如何利用学校资源,学会独立学习。教师引导学生 完成一个问题的处理,学生就能掌握处理问题的方法,尝试处理更多的问题。譬如, 在刚体教学中,学生对“角位移是不是矢量”存在争议,笔者对大角度增量以及小 角度增量之间的区别加以说明,但很难面向所有学生进行深入阐述,一是教学内容 难度大;二是时间不够,因此推荐学生一些参考文献,如《关于刚体转动的角速度 和角加速度的讨论》、《关于角量的标量性与矢量性》、《角速度矢量方法探讨》、 《角速度是矢量的-种简易证法》以及《转动角位移矢量及其应用》等参考文献, 让学生自己研读。

大学物理教学内容陈【口,多指经典物理内容比重多,而且呈现的形式多年不变。 如何改变经典物理教学内容呈现方式,如何才能激发学生的兴趣,需要教师通过科 学研究不断地充实物理教学内容。教师介绍研究成果,可以从选题的缘曲、技术路 线以及解决的方法等多方面入手,展示科学研究的一般过程与方法。科研充实物理 教学内容,并不限于教师自己的研究成果,也可以引用他人的研究成果。以科研充 实教学内容,基于真实问题的分析与求解,能培养学生解决问题的能力。

2•革新教学内容

无论是文科还是理科,教学内容应随着时代进步和技术发展不断更新。大学物 理教学内容体系最大的特点是内容陈旧,缺乏现代性。随着大学物理教材建设的不 断发展,教学内容休系不断更新并补充了大量近代物理内容,基本实现了教材内容 现代化。但是由于受到课时、课程标准以及教师学科知识等多方面的影响,课堂内 “教学内容"却还是以经典物理内容体系为主,没有实现教学内容现代化。更新教 学内容,…般方法是精讲经典物理,多讲近代物理,但是课程要求中对近代物理的 要求并不多,还是以经典物理为主。此外,当教学范式由“教”转向“学”,那么 “教材"转变为“学材”,大学生可以自己研读教材,学习近代物理知识。可见, 以教材现代化更新教学内容的作用有限,最重要的是需要教师以“教学内容现代化” 的理念指导教学设计,教学内容的现代化应该体现在设计过程中。更新教学内容, 实现教学内容现代化,离不开教师的科学研究。教师承担的科研任务,站在学科前 沿,具有创新意识,科研成果的“新"、“争议性”以及“创新性”更能激发学生 的兴趣,能够促使学生参与教学。但是高深的研究成果很难直接成为教学内容,需 要教师寻找适当的切入点,介绍物理学新成就以及新应用,同时以现代物理学的观 点审视经典物理学内容。当教师的研究成果与理论知识密切相关时,学生看到“经 典内容”的现代性,能激发学生学习物理理论知识的兴趣,在了解基础课程的应用 价值后产生内在的学习动力。

例如,黑体辐射的斯忒潘一玻尔兹曼定律中涉及颜色与温度的关系,即采用颜 色可以表示物体的温度。笔者结合自己的研究成果——舰船红外热像模拟的研究, 展示了红外波段舰船的温度分布情况,如图4-4所示,物体的温度可以由颜色表示。 研究对象——水面舰船有多种热量交换形式,如与海水接触,受太阳辐射以及空气 对流等影响,一天中不同时刻的温度不同。研究中采用“色温”的概念,将温度与 颜色对应,建立一个温度——颜色色标,那么舰船各时刻的温度变化情况就一目了 然了。学生可能不清楚红外成像的理论知识,但是知道红外热像仪以及红外成像在 军事上的应用,经典理论知识与现代技术相结合,既能使学生深入理解经典物理内 容,又能了解前沿应用,真正实现科研对教学内容的更新作用。

 

4-4不同时刻舰船的红外热像

 

革新教学内容首先要革新观念,而科研是教学内容革新的基础(潘丽娜等, 2008) o教学内容是教学的核心要素,教学内容的生动性、丰富性需要教师以多种 途径获取教学资源,教师的科学研究提供了丰富教学内容的途径。教师参与科学研 究,不断汲取新的知识,积累科研成果,不仅能够提高教师专业水平,也有利于提 高教师教学水平,有利于教师深入理解教学内容。教师参与科研是获取前沿知识的 最直接、最有效的途径,当科学前沿知识转化为教学内容,就能实现教学内容的现 代化。高校的中心工作是教学,教学是科研的基础和依托,科学研究是提高教学质 量、提升教学效果的催化剂。

3.科研成果转化为教学内容的困境


教学与科研的互利关系在教学中逐渐显现,教育部规定教授必须给木科生授课, 其用意是希望教授将自己丰富的科研成果以及经验引入课堂教学,以丰富和更新教 学内容,培养学生的创新精神。但是,科研促进教学内容的改革,必须建立在两个 前提条件下:首先,教师必须有从事科研的经历;其二是从事科学研允的教师能够 将科研成果引入课堂教学。受社会发展以及历史背景等多种因素的共同制约,科研 与教学在不同阶段呈现了不同的关系。古代大学教学就是教师把自己研究的心得讲 给学生听,师生共同探讨,教学场所即研究领地,古希腊的阿加德米学园、埃及的 缪斯学院以及我国春秋战国时期的稷下学宫等都是如此(杨汉青等,1997)。此时 的教学与科研不分家,是一个整体的概念。当大学成为一个机构并出现大学的概念 时,大学以综合性地传授高等学问为己任,科研服务于教学。现代大学提倡教学与 科研的统一,其中以19世纪初洪堡领导的柏林大学的理念影响最大。洪堡认为大学 生必须独立从事“研究”,大甞教授的工作在于诱导学生的兴趣,并指导和帮助学 生做研究工作(张应强,2000) o当高等教育发展到精英教育阶段时,本科阶段除 传授高深专业知识外,还必须进行一定的知识创新和学术探索。使得教学与科研和 谐共存,相互促进,相辅相成。步入21世纪后,国家高等教育的规模不断扩大,高 等教育大众化吋代已经到来,教学目标以及科研类型的多元化赋予大学的教学与科 研以新的内涵。科研由洪堡所提倡的纯粹追求知识的哲学沉思转向追求理论性、应 用性兼顾的知识,同吋还表现出•定的经济利益关系(王德才,2009) o现阶段多 数科研成果并未引入教学,教学内容还是传统的内容体系,主要是学校对于科研的 严重倾斜,教学成果难以量化考核使得大部分的教师不愿意投入精力研究教学问题。 •方面,•些关注教学改革的教师,却很难有科研项目。教学与科研,理论上两 者应该互助双赢,实践中冲突与矛盾日益凸显。整天忙于向所有求学者传授知识的 人,不可能有闲暇与精力去获取新的知识,探索真理的人往往隐居在偏静之处(约 翰亨利纽曼著,2001) o当社会对高校教师提出教学与科研两项任务时,教师应该 协调好教学与科研之间的关系,在重视科学研究时,将自己研究成果引入教学,以 自己的新观点、新思想以及新发现充实教学内容,真正起到科研促进教学的功效。

423源于网络资源

随着信息技术的不断发展,网络教学资源越来越丰富,也为教师扩充并丰富教 学内容提供了便利。从2003年起,我国各高校陆续开展了国家、省市以及学校三个 层次的精品课程建设工作。作为我国高校教育质量工程的重要组成部分,国家精品 课程建设不断发展。精品课程建设有利于优质资源共享,有利于推动高校教学改革 的发展。虽有研究者认为高校开放式课程不能支持教学并满足学生的有效学习,精 品课程网络资源建设并没有发挥应有的教学作用(项国雄等,2008),但精品课程 建设中创设的丰富的学习资源可以成为教学内容的素材,精品课程建设成果从深度、 广度上拓展了教学内容。

物理教师在设计教学内容时,会碰到一些比较棘手的问题,如缺少演示实验器 材,又苦于没有能力编制计算机模拟实验,迅速发展的网络可以提供此类丰富的教 学资源。很多高校的课程建设资源是共享的,课程资源中包含了教学所需的多种资 源,如视频、Flash动画、或是…些编程语言演示的小程序等,这些媒体素材能直观 地揭示物理概念以及现象的本质。如笔者教学中需要相对论的教学素材,在…些高 校的网络教学平台中,能找到很多可视化的资源,如迈克尔逊-莫雷实验、伽利略相 对性原理、同时的相对性、吋间延缓、运动的尺变短、光线在引力场中弯曲等,这 些内容很难阐述,但是需要学生了解。可视化媒体生动地诠释了相对论的重要现象, 比教材内容丰富、形象而且生动。但是,教师选择网络资源吋必须慎重,要清楚媒 体呈现的现象是否符合物理原理,动画呈现的物理过稈是否正确。网络资源很丰富, 但良莠不齐,需要教师具有“选择”的能力。

除了课程建设资源,教师还可以通过数字化期刊查找资料,如国外在相关领域 的研究进展,以及国内发展动态等。迅速发展的网络信息资源,为教师生成教学内 容提供了丰富的素材,为提高教学质量提供信息平台。在网络交流中,大家集思广 益,针对教学中的问题一起探讨,共同解决,形成教师共同体。网络技术对教学的 促进,不仅体现在教学资源共享,更重要的是提供了交流教学思想的平台。


4.3大学物理教学内容组织的原则

教学内容要最大限度地考虑学生的学习需要,要根据学生已有的经验探讨学生 感兴趣的话题,以激发学生的内在学习需求。此外,还应该在整体上对教学内容进 行优化,如从课程标准出发,针对不同学段的要求,整体考虑教学内容的要素,从 全局进行优化,使之适合于学生的学习需要。教学内容包含预设的成分,还包含生 成的成分,教学是教师与学生在具体教育情境中对内容作出根木性变革的过程一• 创生内容和意义的过程(张华,2000) 0教师对教学内容的设计,并不是全面而完 善的教学内容,教学内容只有在教学过程中才能得到完善与发展。精彩的生成离不 开精心的准备,笔者认为,设计教学内容一定要满足以下原则。

L经过任务分析,选取适宜的教学内容

任务分析是基于学习心理学研究而发展起来的一项教学设计技术。对课堂教学 设计而言,教师可以从教材中推测教学目标,然后分析教学任务,并确定教学方法, 必要时补充教材内容。因而教师的任务分析包括:1)通过对教材与学生分析,确定 具体教学目标;2)对教学目标中的学习结果进行分类;3)根据不同类型的学习任 务分析,揭示实现教学目标所需的先行条件,即使能目标及其顺序关系;4)确定与 教学目标有关的学生的起点状态(吴红耘等,2004) o可见,任务分析与教学目标 密切相关,因此任务分析有时也称为目标分析。任务分析需要将教学目标陈述得具 体,并且可以观测,同吋对教学目标进行分类。教学设计中,任务分析已经成为重 要的过程。任务分析的终点是鉴別与新的教学目标有关的学生起点能力;它要求教 师在设计教学时既要备教材也要备学生。教师对教学目标进行预设,学生现有的认 知水平是教师选择教学内容的起点。学习者的学习准备状态包括学生的认知起点以 及认知的潜在发展水平,学生在学习新知识之前已有的个人经验、个体差异以及学 习过程中体现的方法能够成为新知识学习的支撑等等。除了学习者起点分析外,还 需要了解学习者在该主题领域的已有知识(迪克等著,2005)。许多研究表明,确 定学习者对要教授的内容已具备的相关知识是非常重要的。教学过程中,学习者会 将教学内容与已有知识联系起来以试图解释教学内容,他们以已有的理解为基础构 建新知识,因此,教学设计中,选择适宜的教学内容的前提是关注学习者已有的相 关知识的多寡以及知识的性质。

学习大学物理之前,大学生已经了解了物理学的基本体系,如已经学习了力学、 热学、光学、电磁学以及近代物理等基木内容。可以认为,学生已经比较全面地了 解了大学物理的基本内容体系,他们认为大学物理中力学部分与高中物理内容有很 多重复,这种理解虽不完全正确,但也说明中学物理、大学物理的教学内容在衔接 上出现了问题(许静,2007) o因此,教师应该恰当地选择教学内容,以帮助大学 生顺利从中学物理过渡到大学物理学习,关键是要指出中学物理与大学物理的相异 性,如中学很多物理量受数学水平的限制,都以比值或是乘积的形式出现,对于复 杂的物理量,基本只需掌握简单情况下的意义,而不涉及深层理解。如功、角动量、 感应电动势等基本物理量,中学与大学中的定义有很大差异,因此,教师应少讲相 同点,要加大对不同点的讲解。另外,很多学生认为已经熟练地掌握了物理中的基 本定理、定律,却忽视了学习任务的差异性。中学关注定理以及定律的应用,但是 大学不仅要会应用,还要知道定理以及定律是如何而来的。笔者在讲授牛顿运动定 律吋,关注的是运动定律产生的历史背景,突出了伽利略的贡献,指出物理学之所 以成为…门科学,是因为伽利略采用实验法、数学定量运算的手段研究物理现象, 并重点研究斜面实验以及落体实验,介绍实验的方法以及实验的目的,重点对自由 落体实验中蕴含的科学方法以及思想进行了分析,如逻辑分析、观察分析、实验分 析、数学分析、抽象分析的科学研究方法,同时指出伽利略不迷信权威,勇于挑战 权威的科学精神对科学研究的重要性。学生熟悉的牛顿第二定律,笔者以两阶微分 的形式给出,提供的应用情境多为“变力”下的物体的运动问题。此外,中学阶段 关注如何应用守恒定律,如机械能守恒定律以及动量守恒定律,大学物理教学中都 会强调过程推导,即这些守恒定律的条件如何导出。从运动到力,再到能量,要交 代清楚物理中核心概念的转移,如从力为核心概念到能量为核心概念的转移,这种 转移为19世纪物理学的全面发展创造了前提条件。在物理学某些领域力的概念可能 显得毫无意义,而能量概念在整个物理学中都有着重要的意义。在现代物理学中, 能量的概念居于核心地位。

教学内容除了重视学生的知识基础,还要清楚学生的认知风格。教师加工教材 生成教学内容时,要注重教学内容的呈现形式对学生学习的影响。现行的大学物理 教材,非常注重物理知识的系统性和科学性,但是教材中处理的问题缺乏活力,也 缺乏吸引力与生命力,教材编写中很少将知识纳入生活情境中,使知识去情境化、 去生活化。事实上,知识的情境化是知识走向生命化的前提和途径,也是学习者在 与知识的对话中享有自由的根木保证(时斌,2008) o国内物理教材的知识情境化 明显缺失,如大学物理教材中很多习题或是例题都是以抽象模型来命名研究对象, 如质点”、“一刚休"或是“一均匀带电圆环”等,这种理想化的模型与生活 情境相差很大,学生学会了处理质点运动的问题,却不会处理生活中简单的运动学 问题。教材编写中要实现知识的“境遇化”,实现教与学的双重功能。教材呈现知 识的情境化缺失需要教师在加工教材时进行弥补,创设真实的情境问题,帮助学生 理解知识与生活的关系,理解理论与实践的关系。

总之,教学内容设计一定要以学生为出发点,以教学目标、教学内容能够促进 学生发展为宗旨,经由任务分析,选择适宜的、科学的以及合理的教学内容,促进 课堂教学的有效性。

2.分析物理知识结构体系,教学内容呈现整体性

任何-门学科都是由不同类别或性质的知识组成,不同的类别之间就构成了学 科的知识结构。从知识所承载的功能来看,某-学科的某-知识无非承载着认知性 功能(即发展学生的认知素质)以及价值功能(发展学生的思想品德以及审美等素 质)等(吴永军,2001 知识结构的概念最早由布鲁纳提出,他认为每门学科,总 是可以归结为一系列基本概念,捉炼出反映出本学科基本概念、基本原理和法则的 结构形式。明确的知识结构是易于理解以及易于领会的知识整体,通过课程或是教 材形式表现岀来,并向学生传授。一个完整的知识结构体系应该由两部分组成,一 部分是知识系统结构,另一部分是知识应用结构。知识系统结构体现的是学科知识 自身内在的发展顺序和层次关系;知识应用结构说明的是知识与事物的联系,以及 知识与人的关系(任丹凤,2003).不同的学科,其学习内容有着自身的特点。梁树 森在《物理学习论》中将物理学习内容分为六大类°,即物理知识、物理观念、物理

hftp:〃 www.phzx.net/sj l/lainu-03.hii-3 -3 xi sximT .htm 学方法、物理知识结构、物理应用以及物理技能。物理观念和物理知识结构可以使 细节知识上升为整体知识,拓展学生的认知;物理学方法、物理应用、物理技能可 以让学生在学习中分析问题、解决问题的能力得以提升,学习能力以及创新能力不 断提高。可见,物理知识、观念以及物理知识结构以及物理学方法属于知识系统结 构,而物理应用以及物理技能属于知识应用结构。若以单纯的知识体系结构传授为 基木目标,学生从对知识的理解而形成概念,但是学生对知识的掌握只达到理解的 程度是远远不够的,理解意味着消化。知识的真正掌握应该包括消化与吸收两个过 程。知识应用结构理论认为,学习知识不能以获取知识为结果,而应在于运用知识。 在教学中,教师在讲解知识后,会进行例题讲解,在解题的应用中使学生吸收知识。 而后,学生自己练习,以自己的思路、白己的观点使用知识,从而达到知识的内化。 在高校教学中,很多情况下,教师很少讲述例题,或受教学时数限制,或是认为学 生可以自己看例题自己消化吸收知识,这种教学对知识的理解与吸收是不利的。此 外,教学中除了通过以习题形式应用知识外,还可以采用讨论的形式深化理解,可 以通过生活中的实例强化对知识的应用价值的理解。

教学内容的整体性,除了体现在知识结构从体系以及应用两个层面,还应该体 现在教师对于学科知识结构的整体把握。教学过程从知识点到知识点,学生难以把 握本学科的整体知识结构。因此,教师设计教学内容要尽量体现整体性。如第…次 课对整个学科内容进行介绍,每个章节之初对该章节知识结构进行阐述,每个章节 之后对知识结构进行归纳,学期末对整个学期内容进行总结归纳,让学生体会教师 设计的教学内容是基于对学科知识整体性的理解而生成的。电磁场部分历来是教学 中的重点和难点,学生认为知识繁多,不知道如何应用,体现在不能使用微积分求 解物理量。笔者考虑从电场与磁场的整体内容入手,分析两者内在的一致性、相似 性以及相异性,形成具有相似性和对比性的知识结构。电场与磁场中核心内容是两 个基本物理量——电场强度以及磁场强度的求解,在此基础上讨论它们的环路定理 以及通量定理,而这两种定理也是描述其他矢量性质的基本方法。

3.分析隐性教育价值,教学内容体现方法和思想

大学物理的思想与方法是物理教学中的灵魂,学生希望通过物理学习提高自己 的物理素养,了解物理的方法,并以此指导今后的工作。从学牛对物理学习的期待 来看,他们希望了解物理中所蕴含的丰富的科学方法,而不是记公式,或是死记硬


背、或是题海战术等枯燥的知识灌输。因此,传统以知识为主而忽略方法的教学设 计很难引起学生的兴趣并激发学生的内在动力。物理教学不能只局限于传授显性的 知识,更重要的是传授隐性知识。物理的思想以及方法是物理中最重要的隐性知识, 也是能激发学生思维的最有价值的教学内容。教学内容体现物理思想和方法,可以 通过以下几种方式实现,注重实验教学,注重物理学史,重视数学方法,只有将思 想与方法融于教学过程过程中,学生才能深刻体会物理学方法的丰富性以及重要性。

1)重视实验教学

物理教学中提出重视实验教学似乎有点多余,却是基于我国大学物理教学现状。 我国大学物理教学分为理论课和实验课,多数情况卜-由不同的教师承担理论与实验 教学。笔者认为这种课程设置极为不妥。物理学科建立在实验基础之上,脱离实验 解释原理、现象或是物理的方法以及思想,学生怎能对问题有形象、直观的体验。 在美国,多数大学都不设独立的普通物理实验,而是将实验课从属于普通物理课程 (包括课堂讲授与实验),实验内容与讲课内容紧密结合(沈元华,2001 )o我国大 学物理实验教学与理论教学脱节,且实验教学内容太少,考试方式与理论课考试一 样,采用试卷考试(陈晓莉,2005)。这种教学方式违背了实验教学的初衷,实验教 学目的是启发学生思维,并使他们养成严谨的科学探究精神,实验教学应该将物理 学的•些基本方法以及思想融入实验过程,通过实验教学让物理学习更加生动有趣。 理论教学与实验教学分而治之,理论课教师应该尽量弥补实验的不足,以各种方式 展示物理实验的科学教育价值,以此促进理论教学。理论教学中可以采用演示实验 或是计算机模拟实验的方法弥补教学不足,研究认为演示实验是提高物理教学质量 的有效手段(胡远福,2010)。演示实验是教学的重要环节,国外著名的大学十分重 视这一环节。国外的大学都有先进的教学设备和仪器,他们认为对物理规律最有说 服力的讲解是演示给学生看,让事实说话。此外,实验方法在物理学发展史上具有 及其重要的作用,是物理学从经验走向科学的标志以及转折点,在物理学习中,实 验法是物理学习中的重要方法之一。演示实验应该成为课堂教学的一部分,成为教 学内容,以丰富的实验现象展示物理规律、表现物理中的美。实验中处理问题的手 段将涉及到物理的基本方法,如建立模型、提出假设、实验验证、数学方法处理等 等,基于实验现象以及问题的处理可以培养学牛:的问题解决能力。课堂教学中,教 师可以通过一些简单的实验展示物理原理,如用玩具陀螺来演示刚体的运动情况; 用手机辐射说明电磁波的危害;用弹簧演示物体的简谐运动等。对很难创设条件的 实验,可以采用计算机模拟以展示实现原理以及过程。笔者在教学中多采用计算机 模拟实验,如改变初速度以及抛射角让学生观看抛体运动的变化情况;采用计算机 模拟实验演示分形的效果,展示结果对初值的敏感程度,用相图法分析单摆的非线 性运动等。

虽论文立足于大学物理课堂有效教学,即理论教学,但实验教学对物理理论教 学有重要的影响。现行物理实验教学中凸显了一个重要的问题——物理实验多为验 证性实验,很少开设开放性实验,学生理解的“做物理实验”就是写好实验报告, 按照步骤操做出预期的结果就行了。这种实验缺乏创新性和挑战性,以致许多学生 感到物理实验枯燥无味,使得学习很被动(刘介珍等,2004)o验证性实验违背了开 设物理实验的本意,这种实验很难培养学生的创新能力。培养学生的创新思维和创 新能力是大学物理实验教学改革的核心(施开良等,2004o实验教学应该是学生查 阅资料、设计实验方案、动手实施实验方案以及撰写实验报告的过程,只有真正经 历这些过程,才能培养学生的创新意识、创新思维以及创新能力,并在实验过程中 体验静态的物理理论知识在物理实验中的活化。

2)重视物理学史

一部物理学史就是…部思想史。物理学史集中体现了人类探索和认知物理世界 的现象、规律以及本质的过程。科学研究者经过儿十年甚至儿百年的努力才迈出有 意义的一步,在众多研究成果基础上逐步建立起物理知识和理论体系。物理学的发 展包含着丰富的认知论和方法论因素,也蕴含着物理思想以及物理观念的变革。物 理学史在激励学生兴趣、体现方法和思想教育方面起着重要的作用。如对光的本质 的认识,集聚了学生熟知的多位物理学家,他们对光的不同认知以及争论反映了人 类对光的本质认知不断深入的过程。讲光的本质,不能只局限于让学生知道光既是 粒子也是波,更应该注重人类是如何深入了解光的本质的。认知发展过程中呈现了 观念与观念的交锋,融合了大量的实验与理论,是科学家追求真理、不断迸取的真 实写照。关于物理观念在科学体系中的地位,霍尔顿曾作过形象的阐述,他用三维 坐标系说明物理科学中的三个主要因素以及它们之间的相互关系。他用x轴表示经 验事实的叙述即经验叙述维,y轴表示逻辑和数学的演算即分析表述维。若局限在 xy平面内考虑,概念是xy平面上的诸点,规律则是xy平面中的线。例如,力的概



的计算符合平行四边形法则,因此在y轴方向 上也是有意义的。“但要理解科学,研究科学, 必须走出xy平面”,科学中还有第三个要素 ——z轴,霍尔顿称其为物理观念,如图4-5 所示。不同的物理观念即不同的z坐标对同一 物理现象会作出不同的解释。例如,关于力, 亚里士多德观念认为力是维持运动的原因;伽 利略、牛顿观念认为力是改变运动状态的原因;现代物理观念将从四种基本相互作 用来理解力7。

3)重视数学方法

物理现象以及物理运动为数学提供了丰富的物理原型,而数学为物理现象以及 物理运动进行概括和反映提供了科学手段,数学方法在物理中有着广泛的应用。数 学方法是运用数学所提供的概念、符号、规则以及技巧,对所研究的対象进行定量 分析,并用数学形式表达物理规律的方法。物理学是应用数学方法最充分、也是最 成功的-门学科。物理如果离开了数学,就不能成为科学。数学为物理研究提供了 简洁精确的科学通用语言的形式,简化了并加速了人类的思维过程J中学吋期学生 不具备矢量分析以及微积分运算的能力,因此,教材设计中通过螺旋式上升的方式 避开高深数学知识,只是让学生了解相关物理量的概念以及在特殊情况下的定义式。 中学阶段很多的物理量都是采用比值法、乘积法、或是公式变形法定义的(金哗, 2010)。此外,采用函数法、数列法、正弦定理、平面几何知识以及特殊不等式数学 方法求物理问题(黄革莉,2009)o可见,初等的数学方法在中学物理中广泛使用。 大学阶段,学生在学习了高等数学之后,已经掌握了矢量分析、微积分运算等,为 学生进行系统深入的学习提供了数学支撑。但是物理学中的数学方法是物理思维和 数学思维高度融合的产物,使得物理学中的数学方法变得模糊、灵活,使学生在物 理学习中应用数学方法受阻。数学中对微积分的应用多是对于给定微分式的积分,

hu p : / 人门门匚 notj i /1 “mu ()3Im 3~3、:1円、:衣 in3, htw

hiip :phzx. rwt kjl/lun W i;W htm ) 或是给岀表达式进行微分,很少需要学习者自己建立微分方程或是函数表达式,因 此,学生能处理复杂的数学积分、微分运算,但不会处理大学物理中简单的积分, 究其主要原因,是学生不知道如何建立微分方程,不能完成这一步,那么后续的步 骤都无法进行。如在电磁学教学中,学生求解具有一定形状的带电体周围的电场时, 突出问题表现为:不知道如何分割带电体,不知道如何建立坐标系,不分析各电荷 元产生的电场方向是否相同,不清楚如何进行矢量积分等等。研究者针对大学物理 电磁学学业成绩的测量进行了评价,研究指出:成绩不理想的学生的主要问题是应 用高等数学处理物理问题的能力有待提高(许雪梅等,2009)o在大学物理教学中, 矢量分析以及微积分思想是研究物理问题的一种重要的方法和工具,为学生描述物 理概念和规律提供了科学分析手段。

大学物理教学中,微积分在物理中的应用是一个重要的教学内容,在多个章节 中都有要求,如求变力的功、变力的冲量、质心、转动惯量、电场强度、电势、磁 场强度、电通量、磁通量等都需要采用微积分方法。教师在教学内容中除了要强化 学生的实践应用外,更重要的是促进学生理解微积分的内涵,只有理解了微积分思 想的内涵,才能通过…定的练习慢慢掌握。因此,大学物理教学中应该在使用微积 分的应用过程中突出思想,使学生能够实现从高中到大学的顺利过渡。教师应该设 计不同的物理问题而釆用类似的数学方法求解,提供使用知识的不同情境,实现知 识与能力的迁移。

4.4大学物理教学内容呈现方式

教学内容是教师与学生在课堂教学中交往互动的中介,教学内容以何种形式呈 现对教学有着深远的影响。教学内容的呈现要符合学生的认知规律,要能够吸引学 生的注意力,引发学生的认知冲突,并能够促进学生积极主动地构建知识。教学内 容的呈现应采用不同的表现方式,以满足学生多样化的学习需求。有效教学应该促 使学生以积极的心态实现真正意义上的学习,在原有的知识经验上对新问题进行积 极地探索。教学中教师应该把握好教学内容的呈现方式,吸引学生参与学习过程。

对教学内容的呈现方式研究成果很少,但是从知识呈现方式、信息呈现方式、 以及问题呈现方式等方面进行了较多的研究(方建文,2007;康诚,2007;马姝娟, 2008)0笔者认为,这些研究是从多个侧面研究了教学内容的呈现方式,如探讨多媒 体技术支撑下的教学内容呈现,关注的是教学内容以何种形式呈现,但是缺乏对教 学内容呈现时逻辑顺序关系的研究。基于对教学内容呈现方式的全面考虑,笔者将 教学内容呈现方式分为两种,一种以教学内容内在结构为依据的内容呈现方式,称 为深层呈现方式;另一种即表层呈现方式,即感官体验的方式,如多媒体技术下的 教学内容呈现方式。

1.深层呈现方式——基于教学内容内在逻辑性顺序

教材内容的呈现有一定的逻辑顺序,但是这种顺序建立在整个学科体系的基础 之上,具有科学性和严密性。教材编写时非常注重知识之间的逻辑关系,以便于学 生理解物理学的本来面貌。教师对教材内容进行加工,得到的教学内容,同样应该 具有内在联系,教学内容应该以利于学生理解、接受的形式展示。教师在组织教学 内容时,要理解每一个物理知识点所涉及的前一个知识点以及下一个知识点,使知 识形成一定的顺序或是构成网状的交叉结构。物理教学内容的呈现中需要遵循物理 学的逻辑休系,以便于学生逐渐形成逻辑思维能力。从现有的关于物理学逻辑结构 来看,多数研究关注物理概念教学的逻辑学策略(赵启博,2009;戴静岩,2004), 还没有对教学内容的内在逻辑性进行研究。教学内容是多个概念或是知识点的呈现, 如何体现这些概念或是知识点之间的内在关系,并以恰当的方式呈现需要从物理知 识的内在逻辑进行推演。教师讲授教学内容,呈现物理知识,应该随时体现物理知 识的内在逻辑性,并提高学生的逻辑思维能力。研究者将物理教学的逻辑学问题分 为:物理逻辑(物理学自身的逻辑)、物理课程逻辑、物理教学逻辑、物理学习逻辑 和物理教育逻辑五个方面,并指出,物理逻辑是物理教学逻辑学问题的核心系统(陈 丽梅等,2009 )0教材在组织物理知识时,整体结构体系严密,且逻辑性强,但对局 部的教学内容,教材可能并没有很好的体现物理知识的内在关系。笔者尝试举一例 进行说明。在王少杰《大学物理学》(第三版)教材中,对于机械能守恒定律一节内 容,教材呈现的顺序如图4・6所示。



 

图4・6教材屮知识呈现顺序

 

从整个概念体系来看,实现从力为核心概念到以能量为核心概念的转移,从力 的空间累积效应——功入手,并由动能定理推演出质点系功能原理,从而推导出机 械能守恒定律。若再深入推敲发现,在质点动能定理的研究中,为何会突然引入保 守力的功以及势能的概念?这部分内容与之前讨论的动能定理并无任何关联,可见 保守力的功以及势能概念的逻辑增长点有跳跃,引入很突然。笔者在教学中对该部 分教学内容按照知识的内在关系进行了调整,得到了如图4・7所示的教学内容呈现 顺序。经过调整后,从力的功定义,计算儿种常见的力做功,得到这些力做功的特 点,得到-类特殊的力即保守力,对保守力才有势能的概念。做机械运动的物体除 了具有势能还有动能,从质点动能定理出发,推出质点系动能定理,将内力分为保 守内力与非保守内力,从而推演出质点系功能原理以及机械能守恒定律。

 

 

图绻7教学内容中知识呈现顺序

除了教学内容的呈现顺序以外,述有一个比较重要的因素就是关于教学内容以 问题形式呈现还是以结论形式呈现。在基于情境教学的理论指导下,教学内容应该 避免以结论的形式直接告诉学习者,应该以问题为驱动,创设问题情境,让学牛在 探索中构建知识。如可以采用以牛:活情境为呈现方式,在观察中学习,以问题为呈 现方式,在讨论中学习;以原认知为起点的呈现方式,在赋予新意中学习;以实物 操作为呈现方式,在做中学习;以专题项目为呈现方式,在探究中学习等(蔡明忠, 2004)。教学内容的多样化呈现,将产生不同的课堂教学方式,丰富课堂教学模式, 从而满足学生多样化的学习需求,实现从以教为中心到以学为中心的课堂教学范式 的转变。

2.表层呈现方式——多媒体信息技术支撑下的教学内容呈现方式

多媒体技术的发展对教育教学产生了巨大的影响,教学不只局限于教室内师生 面对面的学习,远程教学使得教学不受时间和空间的限制,使得教学形式呈现多样 化。多媒体对教学的影响,近年来备受关注,在万方数据网中输入"多媒休技术对 教学的影响”,在2000-2011之间搜索到313篇相关学位论文,其中博士论文3篇,其 余为硕士学位论文。多媒休技术对教学效果的研究主要集中在以下几个方而:1) 休与媒体如何组合对学习者有效,研究结果表明用文本和动画结合起来呈现的教学 信息,学习者的保持和迁移效果好;2)媒休信息在时间和空间上呈现的连续性,时 间上具有同时性和在空间上具有相邻时学习者的保持和迁移效果好,而信息过量时 对学习会产生不良的影响,图片与文本之间关联要紧密;3)文本信息通过不同的感 觉通道呈现的问题,如通过视觉与听觉两个通道呈现吋,视觉通道呈现的效果优于 听觉通道呈现的效果;4)文本信息风格对学习效果的影响,如非正式的谈话式的描 述优于正式的非人性化的描述语言陈述,口头语言优于书面语言;5)个体特性方面, 只有个体智力达到•定的程度吋多媒体的刺激才能发挥作用。随着个体知识的积累, 认知风格的不同,在多媒体环境下的学习效果也不同(Richard, 2003)o国内关于 多媒体对教学的影响多关注其中的前三条,而对于文本风格,以及个性特质方面研 究较少。基于各种刺激对学生学习效果的影响,课堂教学中应该适量地采用图形、 动画等呈现教学内容,促进学生对知识的掌握。

多媒体技术的发展,使得教师教学从单纯的以板书转向板书与多媒体教学相结 合,使得数据、文字、图像、图形、动画以及声音等不同信息有机地集成在一起, 使教学内容以多种形式综合展示出来。多媒体技术在教学中的应用,为教学过程捉 供了有效的教学媒体,丰富了教学内容,促进了教学现代化,使得教学内容、教学 方法以及教学组织形式等发牛了巨大的变化,对教师教学产牛:了深远的影响。教学 中一些抽象的、难以理解的内容,通过多媒体就能形象具体的显示,使教学内容清 楚直观;一些复杂的、动态的物理过程,采用动画技术能够展示物理变化的全过程; 一些高科技或是生活中难以看到的一些现象或是技术,通过多媒体可以带给学生真 实、生动的直观体验,引导学生思维发展。这些在传统课堂教学中是难以实现的, 多媒体技术为创设建构主义学习环境起到重要的支撑作用。教学中难以提供实习作 业,但是媒休技术可以做到,媒体可以提供模拟的问题情境,在教学中展开基于问 题的学习。媒体技术极大地丰富了教学内容,并使教学内容以多元化的形式呈现给 学习者,大大地提高了课堂教学的效率。

多媒体技术对物理教学有促进的作用,但也要注重多媒体技术不利物理教学的 因素。如物理教学中存在很多物理定理、定律的推导,以及习题的讲解,这些内容 并不适合用多媒体教学,相反,传统的板书教学更能引导学生的思维,集中学生的 注意力。应用多媒体技术,应该根据教学内容的特点以及教学要求综合考虑,该部 分教学是否需要采用多媒休,如果采用,什么地方需要采用,以及多媒休教学的时 间长短等,教师都需要认真设计。


第五章大学物理有效教学方法

教学内容设计解决了 “教什么"的问题,而“如何教”则要探讨教学方法。一 直以来,教学方法是教学改革的主题,对木科教育教学改革,研究者直接指出,关 键是深化教学方法的改革。

5.1教学方法与有效教学方法

教学方法是教学论学科领域中的一个重要研究课题,一直以来受到人们的广泛 关注。王策三先生认为教学方法是“为达到教学目的、实现教学内容、运用教学手 段而进行的、由教学原则指导的、一整套方式组成的师生相互作用的活动气王策三, 1985),即教学方法是一系列的师生之间的活动;也有研究者认为教学方法是“在教 学过程中,教师和学生为实现教学目的、完成教学任务而采取的教与学相互作用的 活动方式的总称”(李秉徳,2001)o

可见,教学方法应该服务于教学目的,无论是明确指出还是隐含,都体现教学 方法服务于教学目的,教学方法以教学目的为前提。教学方法体现了教师的教与学 生的学之间的密切关系,布鲁纳认为现代教学方法就是教师与学生合作的方法。现 代教学方法包含教的方法与学的方法,是联系教师和学生活动的方式,已经成为世 界各界教学论工作者的•种共识。此外,教学方法是教学中师生双方行为动作的方 法体系。

1 •传统教学方法与现代教学方法

行为主义心理学家斯金纳提出程序教学法,此种教学方法以行为主义心理学为 基础,此后行为主义和认知心理学的研究在教学方法上出现了交叉。行为主义心理 学已经考虑了学生的兴趣、动机等认知因素,认知心理学开始强调教师的示范性、 指导在教学中的作用,练习和应用被放到了重要的地位。布鲁纳认为,通过矫正性 反馈修正错误同样重要,继而提出参与、矫正性反馈、强化,并在教学方法中得到 应用。他主张让儿童自己去发现,自己得出答案,教学方法是尽可能引导学山自己 去发现,称为“发现教学法"O此种教学方法与传统的灌输式教学存在很大区别, 它们的区别是由它们各自的理论基础决定的。

基于教学方法的不同理论基础,人们将教学方法分为传统教学方法以及现代教 学方法。基于客观主义理论的称为传统教学方法,而基于建构主义的称为现代教学 方法,前者关注教师教的行为,后者重视学生学的行为。传统教学方法以知识为木 位,缺少对学习者的生命关怀,重视结果而忽视过程;传统教学方法在现代教学理 论下备受指责。现代教学方法以“发现教学法”为源头,以发展学生智能为出发点, 注重学生的主休性以及积极性,现代教学方法不仅关注教师如何教,更关注学生如 何学。

随着教学理论研究的不断深入,现代教学方法相对传统教学显示出极大的优势, 但传统教学方法并没有退出历史舞台,仍存在于各国教学实践中。备受指责的传统 教学方法——讲授法在教学中仍被广泛使用,多数教师认为采用直接讲授时教学效 果最好。蒂伦斯(Thielens, 1987)中一项针对美国大学教师的广泛调杳显示,大多 数高校教师使用的主要教学方法是讲授法,其中各科采用讲授法的比例如表5-1 示:

表5・1高校教师讲授法使用情况

 

数学物理教师

社会科学教师

人文学科教师

使用讲授法教师占 学科教师的比例

89%

81%

61%

 

俄罗斯对传统教学方法与现代教学方法之间的矛盾相互交织,虽提出教学改革 的现代化方向,但是长期以来形成的传统的讲授法很难在短时间内改变,仍需接受 时间的考验(曲忐坚等,2007) 0我国教育教学深受苏联教学方法的影响,讲授法仍 是首要的教学方法(任平,2010),研究指出,高校教师运用讲授法最多,其次是 实习作业和问答法;而读书指导法、实验法以及讨论法很少运用。只有很少的教师 经常变换教学方法,而绝大多数教师很少变换教学方法。

2.教学方法的有效性

有效教学需要在尽可能短的时间使学牛:学到尽可能多的知识,掌握更多的技能 形成能力,并在思想上受到教育以促进学纶全面发展。为了实现这些教学目标,教


学中需要采用有效的教学方法。提出何效教学方法,是基于国家对教育的社会价值 与功能的追求。国家为了实现教育的社会价值与功能,迫使教学不断追求教学效果 最优化,使得教学方法的有效性不断被提及,从而产生了有效教学方法的教学论概 念。当国际形势趋于缓和时,教育的社会价值和功能逐渐弱化,人自身的价值在教 学中不断彰显,重视学习者的能力发展的教学方法不断被提及,因此有效教学方法 集中体现在学习者的发展上。此外,随着教学理论的不断发展,以及人的主体意识 不断增强,有效教学方法中的“有效"具有明显的“相对”概念,受特定历史背景 以及特定的教育教学环境的制约,有效教学方法具有明显的阶段性特征。

那么现阶段有哪些有效教学方法?美国学校教学中归纳出了四种有效教学方 法,即系统直接讲授法、整休讲授法、弧光法以及主题循环法(原青林,2004) o 系统直接讲授法中学生和教师关注一种目标和需要学习的知识,学生了解当前学习 的重要性,教师的示范和讲解能使学生确切地掌握完成一个过程的方法,这种教学 方法效率非常高。整体讲授法强调从整体到部分的学习,先整体再局部,学生掌握 能够应用于多种学习情境的学习技巧。弧光法即尊重学生,保证理想和目标的实现, 学生走出课堂,深入社区在学习中培养美感。主题循环法是•种在小学里采用的整 合课程的方法,强调的是跨学科内的知识整合。

有效的教学方法并不是唯-的,而是多样性的。教学方法由多种因素决定,但 核心因素应该是教学内容。教学内容中最基本的成分一一知识,与教学方法有内在 的关联性。

5.2知识属性与教学方法的内在关系

教学内容决定教学方法的选择,可以从知识的内在属性进行阐释。教学是传承 人类文明成果的最基本的活动方式,各种知识成为文明成果最重要的表征形态。教 学内容在教学设计中的重要性也是源于其承载了各种知识,可见知识是教学中最基 本、最重要的成分。教学内容由知识(外显或是内隐的知识)组合而成,而知识本 身的属性对教学方法的选取起到决定性作用。

知识是教学甚至是教育中不可或缺的因素,离开了知识,教学乃至教育就成为 无源之水,无本之木,而学乞的发展也无所依托。可见,知识教学是教学目标实现 的一个核心环节。教学设计中处理的是学习事件,而学习事件或是教学事件都是以 知识为纽带,整个教学过程也是以知识为中心。学习是知识依赖的,是人们利用现 有的知识构建新的知识的过程。对学习研究的不断深入,人们对知识的认知也不断 发生变化,使得教学中传授知识的方法也不断更新。教学事件是促进学生学习的行 为,学习中知识的属性必将影响教学所采用的方法。

知识属性与教学方法的内在关系的理论分析,是受教学设计理论——客观主义 与建构主义从对立到整合的启发后形成的结论。设计者在进行教学设计时,选择何 种教学方法受设计者知识观的影响。选择客观主义认为知识是客观存在的,是可以 传递的,教学多采取刺激-反应的学方式,实行以教师为中心,教学方法多采用讲授 法;选择建构主义方式则认为知识不是对现实的纯粹客观的反映,任何传载知识的 符号系统也不是绝对真实的表征,那么教学中会选择由学生自己意义构建生成知识, 以学习者为中心,如采用基于问题的教学、探究式教学或启发式教学。对教学实践 而言,也并没有明确哪一种教学方法最好,因为,无论是哪一种教学方法只在特定 的教学情境中才能最好地发挥功效。任何…种教学方法都有优点和缺点,不存在一 种教学方法可以解决所有的教学问题,因为没有一种教学方法可以完全应对社会发 展变革对课程和教学提出的所有要求,也没有一种教学方法可以完全满足人对教育 的全部诉求(吕红日,2010)。很多看似矛盾的、不协调的教学方法却能在一次课堂 教学中同吋存在,只是所占的比重不同。采用基于客观主义的讲授式教学还是基于 建构主义启发式教学应该受到知识属性的限制。只有明确知识属性,才能选择恰当 的教学方法或策略,设计有效的教学。

5.2.1知识的内在属性

首先了解什么是知识。《辞海》中知识有两个含义:①人类认识的成果或结晶。 ……从总体上说,人的一切知识(才能也属于知识范畴)都是后天在社会实践中形成的, 是对现实的反映。社会实践是一切知识的基础和检验知识的标准。知识(精神性的东 西)借助于一定的语言形式,或物化为某种劳动产物的形式,可以交流和传递给下一 代,成为人类共同的精神财富。②相知、相识。指熟识的人(《辞海》,2002) o 在第二种意思已经不用了,第一种含义仍经常使用。《屮国大百科全书•教育》中


知识的含义:所谓知识,就它反映的内容而言,是客观事物的属性与联系的反映, 是客观世界在人脑中的主观反映。就它反映的活动形式而言,有时表现为主体对事 物的感性知觉和表象,属于感性知识:有时表现为关于事物的概念和规律,属于理 性知识(中国大百科全书•教育,1985) °阎亚军(阎亚军,2006)认为知识是观 念性、精神性的东西,它通常表现为一系列的概念,原理或范畴体系等。各种知识 定义主要是在知识的来源,验证知识的标准、方法等方面存在差异。

1 •知识的客观性与主观性

按照知识所反映的对象,一般可以将知识分为关于自然的知识和关于人事的知 识。随着社会的进步以及知识自身的发展,人类对于知识的研究更加深入,认知的 水平也极大地提高,因为定义知识性质的认知越来越全面和深刻。人们对知识性质 的认知和提高主要通过将知识放在与人的关系上来理解的。学校教育中如何看待知 识的性质,将会直接影响学生的发展。知识具有客观性、主观性。知识的客观性对 学生的发展有很大的教育教学意义。虽然后现代主义对知识客观性全盘否认,但是 却不能否认知识的客观性的事实。联合国教科文组织在其报告《学会生存——教育 世界的今天和明天》中曾指出:“科学不是强加在个人身上的'片段知识'和“理 智工具”的总和,如果不赋予个人这种片断知识和理智工具,他会继续坚持他的传 统的态度和行为。从这个观点看来,客观性胜过主观性的决定价值,它避开了它自 己没有地位的领域,而在它自己的特殊范围内自然繁荣起来。当人们共同协力追求 真理,愿意接受现实与事实,终丁战胜了那种披着理性外衣的情绪冲突时,人类关 系就能获得•切好处。”(联合国教科文组织国际教育发展委员会编著,1996) o 知识的客观性,为学生的发展提供了基础保障。

客观主义认为世界是实在的,有结构的,而这种结构是可以被认识的,因此存在 着关于客观世界的可靠知识。人们思维的目的乃是去反映客观实体及其结构,由此 过程产生的意义取决于现实世界的结构。由于客体的结构是相对不变的,因此知识是 相对稳定的,并且存在着判别知识真伪的客观标准。教学的作用便是将这种知识正确 无误地转递给学生,学生最终应从所传递的知识中获得相同的理解。教师是知识标 准的掌握者,因而教师应该处于中心地位。

但是知识也具有主观性。学习过程中若过分强调知识的客观性,而排除知识获 得过程中的个人的经验以及情感等因素,学生将成为知识的接收者。知识的主观性 说明了人的主观能动性在学习知识过程中的价值。学生的思维对客观世界的反映不 是完全被动机械的反映,而是能动的反映,需要学生的主观构建。在与世界交往过 程中,学生获得直接的知识,但更多的知识需要学生从前人的经验中获得间接知识。 学生的学习,是主体主动加工吸收并转化为个人自己的知识,这时候知识就具有主 观性了。承认知识的主观性,可以鼓励学生参与教学过程而不是以旁观者身份看待 教学。

2.知识的确定性与不确定性

人类自古崇尚知识的确定性,认为只有确定性的知识才是放之四海而皆准的真 正知识。对确定性知识的追求从古希腊就已经开始,但缺乏自然科学的支撑以及认 知论的深入研究。自然科学的迅速发展为深入研究知识的确定性提供了可能。笛卡 尔曾说:“如果我想要在科学上建立起某种坚定、可靠、经久不变的东酋的话,我 就非在我有生之日认真的把我历来信以为真的一切传统清除出去,再从根本上重新 开始不可。”按照笛卡尔的观点,科学知识必须由清楚明白、无可质疑的基本原理 推演出来(笛卡尔,1986)。他认为知识不是来源于经验而是与生俱来的。而18 纪牛顿的世界观同样支持知识的确定性。牛顿认为宇宙是和谐的、有序的、统-的, 统治世界的法则就是…种简单而对称的数学规律。…切事物的运动变化均产生于某 种线性的因果关系,世界的运动服从机械规律。牛顿力学在当吋社会中所取得的成 就使人们确信物理的机械决定论对整个宇宙的解释为吋不远。

随着科学技术不断发展,尤其是以相对论和量子力学为支撑的近代物理以及模 糊原理等科学理论的不断深化,人们逐渐认识到知识的境遇性、生成性以及开放性。 知识的境遇性指知识与具体的情境相联系,知识只有在一定的情境中才成立。如牛 顿运动定律只有在惯性系中成立,而在非惯性系中不成立。牛顿经典力学只能解决 宏观低速运动问题,对于微观领域以及高速运动情况则无能为力。知识的动态性指 知识来源于人的实践,知识在不断的实践中不断生成以及变化,知识的生成性表明 知识不仅是一个结果更是一个过程。学生只有意识到知识的生成性才能培养他们不 断创新和不断超越的品质。知识的开放性是指知识是一个开放的而不是封闭的系统。 知识不断发展以及丰富的过程中不是一次完成,是慢慢接近知识并发现知识的过程。 牛顿的经典力学在物理学发展中占据了300多年的历史,而近代物理从建立到现在短 短一百年期间在各个领域产牛了重要的影响。可见,只有对原有的知识提出质疑与 批判,知识才能得到快速的发展。

知识的确定性为学生的发展提供了保障,正是一些确定性的知识,为学生学习 新知识提供了有效推理的依据。当学生的知识发展到一定阶段时,应该注重知识的 不确定性教学,促进批判性思维以及创新能力的培养。

5.2.2教学方法与知识属性的关系

正是由于知识的各种孑盾、统一,而又固有的属性,使得采用何种方法进行教 学成为理应思索的问题。在客观主义与建构主义统合的理论中,知识本身属性为设 计教学方法提供了依据。柯隆杰提出的基于教和学整合客观主义与建构主义理论, 将教与学的性质相对应,却没有提及知识属性与学习内容之间的关系,也没有深入 研究知识属性与教学方法之间的内在关系。学习内容由各种知识类型构成,教学中 教师要处理知识,学生要学习知识。当将教学内容细化到知识层面时,教学中处理 的知识属性必将影响教学方法的选取。

从学习交往的中介——知识属性来看,知识具有客观性与主观性,确定性与不 确定性,知识属性的多样性以及矛盾性,必然导致教学方法的多样性和针对性。当 将知识属性对应于直角坐标系中的不同区域吋,就展示了知识内在的差异性。教学 中针对不同属性的知识,将会采用各种形式的教学方法以促进学生的学习。生活中 各种教学方法备受推崇,是因为其迎合了教学内容内的知识属性而采取了适宜的方 法,并使学生获得了发展。相反,如果没有根据知识性质而采取相应的教学方法, 会阻碍学生认知以及能力的发展,自然会受到指责。知识属性与教学方法之间存在 的关系为教学方法的选取提供了依据。教学方法种类繁多,但是从其本质来说,可 以分为直接教学以及建构式教学两类,知识属性与两种类型的教学方法之间存在多 种组合关系。

首先以知识性质建立平面两维直角坐标系,横坐标表示客观性与主观性的关系, 最左端表示客观性最强,最右端表示主观性最强;纵坐标表示确定性与不确定性, 最下端表示确定性最人,最上端表示不确定性最大。它们将整个平面分为四个区域, 各种知识分布于平面上,位于不同区域的知识的性质也不相同。如知识类型1表示 的是高度客观性和确定性的知识:知识类型2表示高度主观性和不确定性知识;知
识类型3和知识类型4则属于整合性知识,它们具有客观性但又具有不确定性、或

是具有主观性又是确定的,它们在平面坐标系中的分布见图5-lo

不确定性

 

 

确定性

图5-1知识类型分布图

多种知识类型与教学方法之间呈现多种组合方式。

1. 匹配型教学

知识类型1具有高度客观性和确定性,可采取直接教学的方式;知识类型2 有高度主观性和不确定性,应该采用建构式教学方法,这种知识类型与教学方法的 组合使教学效果最好,笔者将这种纟且合称为和谐的组合。如学生学习拼音、学习英 语字母,这些知识具有高度客观性和确定性,采用直接教学的效果非常好;又如, 大学生想知道计算机硬件的组成,最好的方法是让他自己去拆装电脑,这样比直接 告诉他硬盘、电源、内存条等要高效。对于物理知识而言,同样存在很多客观性的 知识,一些基本物理量的定义,如力矩、功的定义等,这些内容没有必要让学生自 己去摸索,教师可以采取直接教学的方法;物理中也有一部分知识需要学生自己摸 索,如摩擦系数一般取为一个定值,那么它到底是变化的还是不变的?它与什么因 素有关?需要甞生自己去摸索,寻找影响摩擦系数的内在因素。

2. 不匹配型教学

知识类型1具有高度客观性和确定性,却采用建构式教学,或知识类型2具有 高度主观性和不确定性时,而采用直接式教学,笔者将这种组合称为不匹配型教学。 对需要学生构建的教学知识,教师采用传统的直接教学,学生的认知效果比较差;

反之直接可以告知的客观性知识却让学生花费时间精力去探索也是没有任何意义 的。如五岁小孩问教师为什么会有白天和晚上?教师可以采取两种方式。一种是直 接告诉他理论知识:因为地球是个球形的物体,地球要绕着太阳转,我们所处的这 一面转到太阳的背面时 ,这种通过讲授告知原理的教学方式效果并不好,小

孩的思维难以想象两个物体之间的运动情形,还有小孩会将球形视为圆形。还有一 种教学方法,即基于情境的建构式教学:首先营造一个真实的情境,在晚上,将房 间里的灯关了,用一个发光的手电筒做太阳,再利用一个地球仪,告诉小孩你们所 在的位置,固定手电筒位置并转动地球仪,过程中解释白天与晚上是如何形成的。 显然,这两种教学方式对小孩问题的解答效果截然不同。物理教学中如位置矢量、 速度以及加速度等概念,是客观性知识,可以以定义形式直接告诉学生,而不需要 学生自己建构物理量的定义式。

3.整合型教学

知识类型3位于客观性与不确定性、知识类型4位于主观性和确定性区域,这 是大多数知识所具有的属性,教师可以采用直接教学或是建构方式,笔者称之整合 型教学,需要教师采用多种方法进行教学。大多数知识属于整合类型,如果教师不 改变教学方法,而是采用单-的教学方法,如直接教学或是建构教学,那么首先与 知识自身性质不符合,对学生的学习产生负面影响。如单-的直接教学,会导致学 生学习兴趣下降,在教学中处于被动地位;建构教学能激发学生兴趣,但是学习效 率不高,并且缺乏教师系统的讲授学生难以形成系统的知识体系。在处理此类知识 吋,教师应该尝试使用多种教学方法,如为学习者创造认知情境,采用情境教学法; 为教学精心设计问题,采用基于问题的教学法;为学生提供学习事例,采用案例教 学法等等。值得注意的是,“有效教学”研究成果中,有效教学方法中并没有建构式 教学方法,如发现教学、探究教学、以及研究性教学等都不是“有效”的教学方法, 这是由现阶段教育教学实情决定的。初中、高中教学的效果由考试成绩、高考升学 率评价,因此基于建构主义理论的、在“做中学”的探究教学或是研究性教学很难 推广。高校虽没有升学率要求,但是学校对教学有统一管理,如统一教学进度、统 一教材、统一的考试以及较少的课时数等,都制约高校推广建构式教学。如数字化 教学、研究性教学在一些高校中试点取得了好的教学效果,却很难在全国范围内推 广,说明现阶段教学有效性关注的是“效率”,而不是关注学工的发展。

可见,知识性质的多样性决定了学习内容的丰富性,那么教师在进行教学设计 之前应该对学习内容所涉及的知识属性进行分析,根据教学内容选择合适的方法才 能实现教学目标。传统的单向的传输式教学方法存在一些明显的弊端,认为知识是 可以经由教师“转交”给学生,缺乏对知识主观性的认识;而什么知识都由学生自 己建构的观点也忽视了知识的客观性,学生缺乏建构新知识的“确定性知识”,那么 这种建构也难以促进学生深层理解知识。

以上从知识属性与教学方法之间的组合关系出发,指出教师应该从教学内容木 身出发选择教学方法,但这也并不是绝对的、精确的。因为对知识性质的理解过多 地加入了设计者的主观因素,设计者对知识的认识,即知识观,严重影响教学设计 者的教学行为。如今大量的灌输式的教学、或是什么都建构的所谓跟随先进教学理 念的做法就鲜明地体现了教师的知识观、教学观。教学是一门科学,承认它是科学, 就应该遵循其内在规律。在知识属性与教学方法的对应关系中,理论上分析教学内 容决定了教学方法,但也指明了教学方法应该是多样化的。此外,教学方法还受教 学目标的制约,当设计者选择不同的教学目标,那么他们的教学方法也会不同。在 此不具体讨论,笔者认为,教学目标引领教学内容,而教学内容决定教学方法,从 它们之间的关系也能显示教学目标对教学方法的影响。知识属性与教学方法之间内 在关系,虽不能给予精确计算求解它们之间的数量关系,但把握知识性质,了解知 识本身与教学方法之间的内在关系,有利于教师改变教学观念,在教学中采用多样 化的教学方法丰富课堂教学,以促成学生发展。

5.2.3物理知识属性与教学方法关系

通常,人们对知识的分类并不是按照客观性、主观性,或是确定性和不确定性 进行划分,而是以简单的规则进行区分。人们按照知识的性质将它们分为两类,即 陈述性知识和程序性知识。陈述性知识是可以用文字、语言描述的,是人们所知道 的事物状态的知识。陈述性知识是有关“是什么”的知识,需要通过个人的理解和 记忆获得的能够直接陈述的知识、符号以及事实性知识和语义知识(张大均,1999) 程序性知识是关于如何做,怎么办的知识,是关于应当如何根据面临的情境选择解 决问题的方法的知识。笔者认为,陈述性知识是对一种事物状态的描述,并可以直 接陈述,具有一定的客观性和确定性;而程序性知识需要学习者自己采取方法解决 问题,具有主观性以及不确定性。相对而言,程序性知识比陈述性知识具有更大的 不确定性和主观性。这种知识分类与笔者分析的知识分布于客(主)观性、(不) 确定性的各个区域是大体吻合的。

对物理学科知识而言,一般可以分为如下几类,第一类是包括物理现象、物理 概念、规律以及由内容反映出来的物理学思想、观念以及方法;第二类是物理技能, 主要指智力技能以及实验操作技能。第三类是物理应用,包括解答物理习题、在社 会实践中应用和在实际操作中的应用。第四类就是物理学史知识,物理学史知识主 要是关于物理学内容形成发展过程中思想、方法的演变以及发展过程。按照知识的 分类,可见物理学中的物理现象、物理概念以及物理规律等都属于陈述性知识,即 描述“是什么”的一些基本性知识。由内容反映出来的物理思想以及方法,物理学 习的情感态度都属于程序性知识,即不能显性表示的,属于缄默性知识。

对于不同类型的知识,应该采用不同的教学方法以及策略,心理学领域对此进 行了详细研究。研究成果显示:对于陈述性知识,教师应该注重学生的接受学习以 及主动构建相结合的方式进行教学。对于陈述性知识的教学设计,应注重如何帮助 学生进行知识的有效联结、组织以及展开,在哪些方面应该注意并加以巩固。陈述 性知识在设计过程中应注意以下儿点:1)建立意义联结,将新知识与原有知识相联 系,使新知识的学习变得有效有意义,帮助学生吸收、同化新知识。2)组织新信息, …些信息进行整理归纳和分类,使它们之间形成“组块S以便于学生掌握知识的 结构。3)展开新材料。积极鼓励学生通过补充、推测和举例对新信息进行补充以加 强学生对知识的记忆和保持。4)引起和维持,利用多种提问技术、教学媒体等激发 学生兴趣,保持学生注意力。5)促进知识的巩固。可采用学生复述、组织以及精加 工等学习策略来巩固知识。对于程序性知识的教学设计,要将设计的重点放在如何 帮助学生形成运用概念,规则和原理解决问题的能力,一般应注意以下几点:1) 掌握和理解概念和规则;(2)设计变式练习;3)提供反馈信息;4)进行归纳和 总结(马会梅等,2009)

大学物理知识类型丰富,对教师教学提出了较高的要求。传统的教学方法在大 学物理课堂中占有极大的应用比例,也说明物理知识内在的客观性。针对物理学科 特性,一些有效的课堂教学方法能够促进学4:参与课堂,也有助于改变和丰富课堂 教学。下面将重点研究大学物理有效教学方法。

5.3大学物理有效教学方法

5.3.1第一类有效教学方~于教学组织形式

教学方法种类繁多,如探究教学、研究性教学等在近年来颇受青睐。但是,教 学理论的诸多诟病就是因为其产生于实验室的理想化情境,使得教学理论难以移植 于实践,很多教学方法对学生发展、或是对教学效果都显示出极大的优越性,却只 能适用于理想的实验室情境却在教学中难以实施,从而丧失了实践价值。如英国基 于工作的教学在我国现阶段就难以实施,同样,能够激发学生自我构建知识的探究 性教学或是研究性教学在大学物理教学中也难以成为有效的教学方法。探究教学需 要提供设备、经费、时间、以及学校教学管理制度等诸多方面的支持,这些支持性 条件现阶段很难满足,尤其是关于探究教学如何评价的问题仍未得到解决。教学研 究应该源于教学问题,解决的方案也要符合教学实情。针对大学物理大班教学的特 点,笔者认为适宜于大学物理教学的有效教学方法主要三种:启发式讲授、讨论式 教学以及PBL教学,这些方法受教学内容的限制相对较小,能够较为灵活地在课堂 教学中使用。

1 •启发式讲授

课堂教学中,教师运用口头语言系统地向学生传授知识以及技能,就是讲授法。 讲授法并不是中国所特有的教学方法,在西方以“谈话和粉笔”形象描述讲授法。 当教学方法以及手段不断多样化时,讲授法在理论中接受批判,而在实践中却仍成 为最有效的教学方法(原青林,2004)。讲授法具有许多其他教学方法难以实现的功 能,如讲授法的通俗化和直接性的特点能大幅度提高课堂教学的效果和效率;能够 帮助学习者全面、深刻、准确地把握教材,促进学习者学习能力的全面发展;通过 系统讲授和分析,不仅能展示学科知识系统性,还能将学科的思想观点、思维方法 以及情感因素等难以载入教材的内容传授给学生。可见,讲授法需要教师用自己的 言语对教学内容做长时间系统分析以及论证后,通过表述”的形式向学生呈现内 容(余文森,1992)。


传统的教学法历来受到现代教学方法的批判,认为它是以教师为中心、由教师 控制教学的过程。一些学者将讲授法与灌输等同,将讲授法与发现法对立。发现法 属于现代教学方法之一,它能够挖掘学生的潜能,使外在动机转化为内在动机,使 学生掌握发现的方法等,但是它最大的弱点是费时较多。国外学者研究表明,发现 法比接受法多花1.3-1.5倍时间(李方,2003)o布鲁纳指出,并不是所有学习内容 都要求学生去发现,只是在提出一个学科的基木结构时,保留一部分引导学生去发 现(布鲁纳,1982)。认为所有知识都应该由学生自己发现是对发现教学思想的误解。 教师清楚地讲授,有条理地组织教学内容,教学过程中伴随有学生的发现,而学生 的发现需要教师的讲授。每一种形式都有其存在的合理性,有其适合运用的条件, 讲授法能够有效地实现合目的性、合规律性、合道德性三者的统一(吕星宇,2007)o 教师系统地传授科学知识,让学生形成对基础知识、基本技能的认知,从而发展学 生的智能。讲授法基于行为主义学习原则,但是它在处理教学内容、新的概念时是 一种非常有效的方法。姚利民(姚利民,2004)认为,有效教学中的一个首要的教 学策略就是清楚明了、有条理的讲授。讲授法一般包含一些特定的过程,如复习已 经学习过的内容,明确这节课或是整个学期的教学目标;呈现新的教学内容;指导 练习和修正错误;布置作业和提供独立练习以及教师提供反馈,最后就是复习本节 课所学的内容。虽然讲授法结构严谨、学生会因为繁锁的过程而对整节课的目的失 去方向,但是,讲授并不等同于教师单纯的讲解,教师可以在讲解的过程中进彳亍互 动,加入学生简单的合作以及讨论可以为讲授法增色不少,此外讲授法在学生学习 事实、内容以及技能上比其他的方式更加有效。

传统的教学方法并不是-成不变,而是添加了各种新元素、新理论,不断扩充 传统教学方法的内涵,并成为实现有效教学首推的教学方法。讲授法一般与接受学 习相联系,很容易使人联想到机械学习;而现今主张的发现学习则被认为是意义学 习。奥苏贝尔认为接受学习未必是机械学习,而发现学习也未必一定是意义学习。 接受学习与发现学习都有可能是机械的,也都有可能是有意义的Brabender, 2004) 奥苏贝尔指出,讲授本身并不一定会导致机械学习,而是教师在应用讲授法的过程 中导致了机械学习。正确的讲授法应该在全面掌握学生情况的基础上,辅以多种教 学方式,并注重讲授内容的准确性、讲授语言的艺术性,以及讲授过程的启发性(张 军风,2010)o在讲授法使用的策略中,启发性是最具魅力的一项因素。若讲授法只 注重将现成知识传授给学生,会产生一种错觉,即学生只要认真听就能直接获得知 识。实际上任何知识的掌握都是建立在新、旧知识的联系上,需要学习者独立思考 并深思熟虑。因此,要能够引起学生思考,激发学生思维,教师的讲授一定要极具 启发性。“教学”,教于学之前,教师有效的教才能导致学生有效的学。教师进行启 发式教学,就是通过教师点拨与开启,使学生进行有意义的学习,如有意义的思维 活动,有意义的探索,而不是进行无效的、盲目的学习活动。启发式讲授,能够避 免将讲授法演化为“注入式”或是“填鸭式”教学;启发式讲授是教师在学生原有 知识水平以及经验思维上,促成学生的认知由平衡转向不平衡;启发式讲授能够促 成学生主动思维以及加工,形成新的认知平衡并不断更新认知结构。

启发式教学与讲授法相结合,有利于消除讲授法的弊端,使讲授法重新焕发活 力。两千多年前孔子就提出了 “不愤不启,不炸不发”的教育思想,西方的苏格拉 底的“助产术”同样体现了启发式教学思想。有效的讲授教学需要贯穿启发式教学 思想,才能使讲授成为启发式讲授(韩龙淑,2009o

物理学建立在实验基础之上,掌握知识最好的办法就是在实验中构建,但所有 物理知识让学生通过实验方法获得也是不切实际的。物理学知识具有…定的难度, 内容繁多,因此系统讲授,将知识有效地传授给学生,采用主动讲授的方法是十分 必要的。此外,根据教学内容选择合适的教学方法能够使教学效果更佳,墨子的讲 授法也提倡教学方法是由教学内容决定的,内容不同吋,方法也应不同。就讲授法 来说,虽不能全盘否定其注入式成分,但主导方面应该是启发式讲授(杨卫星等, 2000

在班级教学授课制下,讲授法无疑是•种高效的教学方法。对于如何提高讲授 教学有效性,研究者提出几条基本策略,如注重知识的合理组织是提高讲授教学有 效性的基础;恰当把握过程教学的实质是提高讲授教学有效性的保证;丰富并贯穿 启发式教学思想是提高讲授教学有效性的关键(韩龙淑,2009)。

启发式讲授的前提是要清楚学生的已有经验,明确能够在学生的认知潜能中创 设富有启发性的教学情境,使得学生认知与情境存在实质性的关联,这是启发式教 学成功与否的关键。如在讲授惯性力时,为何要引入惯性力?什么情况下要引入惯 性力?它与其他的力有什么区别?对于这些问题,笔者从牛:活中引入实例,如位于 加速运动的车上的人,地面上的人看到他加速向前是因为他受到车厢地面给他的静


摩擦力;而车上的人看到他是静止的C对于同一个研究对象,在惯性系与非惯性系 中研究动力学问题时,会出现矛盾的结论,而矛盾会刺激学生寻找问题根源。原因 是什么?原来是牛顿运动定律只能成立于惯性系中。如果一定要在非惯性系中研究 物体的运动情况,那么应该怎样处理?应该引入惯性力,当非惯性系中引入惯性力 后就能应用牛顿运动定律了。那么惯性力与其他的力有什么区别?以启发学生思维 的方式,层层推进教学,教师的讲解使学生逐步了解惯性力的木质。

2*讨论式教学

讨论式教学是为了完成一定的教学任务,指导学生就教学中的某一问题相互启 发、相互学习的教学方法(顾明远,1990)。讨论式教学与讲授法相比,更加注重学 生的主休地位。讲授法其核心是“讲”和“授”,更多的是重视教的方面,忽视了学 生在课堂教学中的主体地位。讨论式教学,可以转变课堂教学范式,重视学生的参 与,提高学生的主动性。在讨论的过程中,教师能够及时了解学生的认识水平,能 够在讨论中增强教学的双边、多边活动。讨论式教学需要提供一个平等、民主的教 学环境,在这种环境中有助于思维的激活以及碰撞,形成不同的新思维、新想法。 可见,在教学中实施讨论,能够将学生纳入学习过程,只有学生真正投入学习,才 能导致有效的学习。

如何才能进行有效的讨论呢?讨论的环节有哪些?讨论什么,组织讨论以及总 结讨论应该是构成讨论式教学的必备要素。讨论不是自由发挥,而是针对问题的思 维辩论。课堂教学中的讨论多数是教师提出问题,学生进行讨论,而后由教师以及 学生共同总结讨论的结果。教师设计的讨论主题,围绕教学内容展开,主题应该是 明确的,具体的,而不是泛泛而谈、漫无边际。有了明确的议题,课堂上可以组织 讨论,讨论中教师要认真听取学生意见,并对一些普遍性的观点进行点评,肯定或 是纠错,实时控制讨论的局面,以确保讨论的有效性。当讨论结束时,教师可以让 学生发表意见,对学生的意见,教师应该给予鼓励和肯定,当学生意见与教师意见 不一致吋,学生可以提出自己观点。学生的观点出现错误时,教师应该给予中肯的 分析以及疏导,以事实让学生信服。教师对于学生的评价会影响学生参与讨论的热 情,教师的肯定性评价会成为他们学习的动力,而教师的批评或是指责会阻碍他们 讨论的积极性。

讨论式教学应用不如讲授法广泛,有一定的适用条件。当教学内容具有讨论价 值、适合讨论时,才会使用讨论法。教学中的重点或是难点内容,可以开展讨论式 教学,这样可以在讨论中加深对知识的理解,并能促进深层学习。讨论过程也是教 师与学生互动的过程,这种互动,改变了单向交流的模式,呈现出双向互动的特点, 不仅有师生之间的互动,还有学生之间的互动合作。可见,讨论式教学拥有讲授法 所没有的多种特性,能够让课堂真正“活”起来。

讨论式教学除了体现学生的主体性地位,还能使学生形成批判性思维。学生对 一件事物的认知不一定相同,那么如何判定真伪?如何界定信息的正确性?是接受 还是反驳?反驳的依据是什么?这些都需要学生对信息进行处理,学习不仅仅是接 受,更重要的是评价和批判。讨论过程中,学生表达观点需要学生思维组织、言语 表述,或是归纳为书面材料,这些过程可以锻炼学生口头表达能力、书面表达能力 以及逻辑思维能力。

教学即交往,讨论式教学能真正体现教学的交往特性。除了教师与学生因知识 发生的交往外,还有教师与学生以及学生与学生之间的沟通交往。当有效的沟通发 生时,不仅可以增进师生之间的相互了解,还能建立良好的人际关系。

讨论也有其弊端,若只注重讨论形式而不关注讨论的质量,只会浪费吋间,甚 至还会影响教学进度以及教学质量。讨论式教学要求吋间充裕、主题明确等,只有 这样讨论式教学才能有效地发挥作用。其实,短吋间的讨论也能起到很好的效果。 对于教学内容中,…个核心的概念,或是…个有争议的表述,都可以给学生…定吋 间讨论,如利用每次课最后15分钟左右,组织学生讨论。这样既能有效地利用最后 …段学习疲劳期,乂能增进师生互动,促进对问题的深刻认识。女口,对于成对力做 功之和是否为零?在…些大学物理教材中,就出现了错误的结论,以往的学生对于 这个问题的理解也不是很明确。讲授教学中注重理论推导,若采用讨论式,让学生 自己一边推导,一边与同学探讨如何分析,如学生会提出一些生活现象以说明成对 立做功可以不为零:如静止于冰面上两位同学互推后,两者获得的动能就是内力所 作的功;静止于水面上人在船上走动时,人与船之间的摩擦力使得人与船都获得动 能等等。这种讨论可以让学生深入理解“成对立做功之和不…定为零”的结论。

讨论教学法涉及很多的因素,如教师主观意愿,因为讨论教学具有许多不可控 因素,如时间的把握,学牛的各种不可预期的思维结论等,需要教师具有较强的应 变能力;但是,教师必须意识到让课堂“活起来”不能单凭教师的讲,还要考虑学 生的参与,只有学生真正参与课堂教学,教学才会焕发活力。

3.PBL教学

PBL教学诞生于20世纪60年代,其全称为Problem-Based Learning,也称为基 于问题的学习,最早是美国Barrows教授在加拿大麦克吗斯特将这种教学方法应用 于医学教育。随着教育工作者的不断深入研究,国外很多大学和研究机构采用这种 教学方法,PBL教学已经由当初的医学教育领域逐步应用于其他的学科教育领域。

在20世纪80年代中期,中国医科大学首先实行PBL教学法(陈茂珍等,2005), 在逐步推广过程中,使得我国医学教学中取得了较好的效果并积累了教学经验。随 着社会科学技术不断发展变化,人们对学习的目的以及学习的方式也发生了巨大的 变化。在关注知识以及学习的理论中,PBL教学法是一种适合于物理教学的方法。 面对物理教学中学生解决问题能力低下以及知识应用能力差等突出问题,PBL教学 显示出其持有的优越性。与以教师讲授为主的传统教学方法最大的不同点是,PBL 教学强调以学生为中心的主动性以及研究探索式学习,它需要学习者从问题入手, 先对问题进行思考并形成方案,根据可以利用的资源和信息探索他们所需要知道的 知识,并且能够用这些知识取解决问题。PBL教学方法的-般流程(陈子乾等,2005) 如图5-2所示。

基于问题的学习,符合高校培养创新人才的需要,能够提高学生的综合素质。 PBL教学,教师的主要任务不是告诉学生如何去做,而是如何思考问题,教学中要 促使学生动脑筋、想办法,以学生为中心,以“问题”驱动学生获得高于知识和技 能的思维方式和方法。研究者(高胜利等,2007)指出,问题既是PBL教学的核心, 也是学习的起点,所有的学习活动都是围绕问题的解决而展开的。其次,问题必须 能引出与所学领域相关的概念原理,不是为了设计问题而设计问题,设计问题是为 了引岀与学习相关的内容,以便能更好完成课程目标;最后,PBL教学中设计的问 题要具有…定的真实性,只有问题与生活息息相关,与社会需求相关,学生才能产 生共鸣,才能切实感受到学习的价值和意义。

 

图5-2PBL教学方法应用流程

 

基于问题的学习是以建构主义为指导的,学生由传统教学中知识的接受者转变 为知识的积极建构者,学习者具有自我指导意识以及主动学习的理念。源于生活的 问题,能激发学生的学习热情,通过查询数据、收集信息、相互讨论以及反思等在 解决问题的过程中获得知识,而不是完全依赖教师或是教材。教师是学生学习的促 进者和支持者。通过PEL教学,能够培养学生的自学能力,并在解决问题的过程中 锻炼学生综合、分析、判断等高级思维能力。

53.2第二类有效教学方 —— 于特定教学内容

前面已经明确了教学内容中知识属性与教学方法的关系,那么采用什么教学方 法才能使教学效果最好,需要对教学内容进行深入研究。大学物理教学内容有内在 规律,在整个物理教学中,如何考虑前后知识的内在关联,对重要的教学内容采用 适宜的教学方法以提高教学效果,需要在教学实践中不断摸索。笔者在对一些难教、 难学的内容进行分析后,采用了变式教学、相似性教学以及主题式教学等多元方法, 以提高教学的效果。

L变式教学

所谓变式就是在引导学生认识事物属性的过程中,不断变更提供材料或事物的 呈现形式,在保持事物的木质特征不变的情况下,使事物的非木质属性不断迁移的 变化方式(雷鸣,2004) o变式一般包含很多种形式,如形式变式,内容变式,以 及方法变式等。《教育大辞典》(顾明远,1990)“教学变式”的解释是:在教 学中使学生确切地掌握概念的重要方式之」。在教学中用不同形式的直观材料或事 例说明事物的木质属性,或变换同类事物的非木质特征以突出事物的木质特征,目 的在于使学生了解哪些是事物的本质特征,哪些是事物的非本质特征,从而对一事 物形成科学概念。由此可知变式教学就是采取变式进行教学,可以说变式教学是一 种教学方法,也可认为是一种教学思想。在数学上研究变式教学的较多,对基于图 形的变式、导入情境的变式、数学示例的变式、数学活动的变式以及外部表征的变 式进行了较为系统的研究,以帮助学习者学习(聂必凯,2004) o变式教学能够取 得好的教学效果,因为它遵循学生的认知发展规律。学生的学习是在原有知识基础 上不断再构建的过程,是对原有认知的延伸、扩展、改组后形成新的知识系统。变 式教学不是讲授-个个知识点,而是以某个中心编成•个知识组块。

在物理教学中,有很多以数学表式定义的物理量,学生对定义的理解不透彻, 表现为理解概念出现偏差,在应用种存在很多问题。笔者在对往届学生的调查中发 现,高中阶段系统且全面学习了的质点动力学部分,在大学阶段的学习效果并不好。 质点运动学是各种不同版本大学物理教材的第-节的教学内容,对大学物理的后续 学习影响深刻。教学过程中多数学生能够接受描述质点运动的位移、速度、以及加 速度的定义式,但是对于微积分尤其是矢量的微积分运算感觉陌生。此外,不少学 生认为该部分内容是对高中物理内容的重复,因此不注意区分高中物理、大学物理 的区别,只关注它们在定义描述上的相同,表现为高中所学知识严重影响了大学物 理学习,一些非科学的前概念对教学产生了很大的负效应。

大学物理第一次课为“质点运动的描述”,运动量如位置矢量、位移、(平均) 速度和加速度多采用微分、积分的形式定义。在多年的教学中发现,高中的物理公 式对学生的影响很大,如平均速度不用求解,而是用v=v1+v2>/2求解,而平均 加速度的求解采用同样的犯方法;求解速度时用「= %+〃,求运动方程用x“% 等。大学物理教学建立在学牛:已有的知识基础上,要引导学牛纠正非科学概念,在


此基础上理解新授内容,并建立新的平衡,将知识整合到认知结构中。

物理量的定义很难经由学生探究或自主生成的方式得到,如何纠正学生对这些 物理量非科学理解,需要教师的引导和帮助。质点运动的描述,旨在通过变式的方 法,使学生了解大学物理与高中物理处理问题的条件不同:高中处理一维的匀加速 直线运动,大学处理三维空间任意的运动,强调解决问题的不同情境,突出条件对 求解问题的影响。研究范围扩展,是建立在学生数学应用能力不断提高的基础上, 是人们认识事物性质从特殊到一般的具体体现。大学物理教学中,只有将条件限制、 问题情境的不同凸显出来,才能达到警示的作用,才能促使学生改变以前的观念。 当然,前概念也有积极的意义,前概念有助于学生理解物理量,如研究的物理量描 述性定义没有改变,如速速依然是“表示物体运动快慢的物理量”,只是数学定义 的方式不同,教学建立在前概念基础上,并拓展前概念应用的范围,以实现学生认 知的不断发展。

2. 相似性教学

1) 相似性科学的兴起

随着科学的发展与对教育教学影响的不断深入,物理教学的理论基础也不断丰 富,相似性科学的发展对物理教学产生了深远的影响。所谓相似性是指事物间的普 遍存在的相似性。上世纪80年代初,山西省社会科学院思维研究所所长张光鉴基于 思维科学的启发提岀了相似论,认为在客观事物发展过程中,始终存在着“同”和 “变异”,只有“同”才能有所继承,只有“变异”才能向前发展。90年代初,合肥 工业大学周美立教授,提出了“相似性科学”,提出了相似性本质是系统间客观特性 的相似性。2004年,周美立教授的专著《相似性科学》的出版,标志着相似现象和 理论进入了定量研究的新时期(周美立,2004) o相似性的作用可见于不同学者的 评论中,亚里士多德曾指出「'在哲学中正确的作法通常是考虑相似的东西,虽然这 些东西彼此相距甚远”(亚里士多德,1959) o德国哲学家兼科学家莱布尼兹认为“自 然界中的一切都是相似的,一般性就是单一事物之间的相似,而这种相似,就是实 在”。“只要您想到事物的相似性,您就想到了某种不止于此的东西,而普遍性无非 就在于此”(罗素,1985) o

2) 相似性科学对大学物理教学的启示

正是基于相似性科学的功能与作用,相似性科学已逐渐应用于中学物理教学及 其研究过程中(吴海波等,2005),研究表明,相似性教学就是利用客观事物普遍相 似性的原理,综合教师、学生以及教学资源三个基木教学要素,包括教师教法以及 学生的学法,注重学生思维的发展。相似性科学在中学物理教学中的应用还表现于 相似论在髙中物理教学中的应用原则、方法和途径的阐述,并在物理教学中进行实 验研究,进行前测和后测对比剖析,说明相似性在物理教学中的应用是可行的(陈 世中,2008)0基于相似性科学是带有哲学意义的思维科学,使它具有很高的理论价 值和应用价值,教育工作者可以立足于相似性理论的论点给予教学启示。大学物理 的教学改革中,很少涉及物理学科内蕴含的相似性以及如何休现在教学中,笔者尝 试在大学物理中引入相似性教学。

3)大学物理相似性教学研究

经典物理教学中,力学以及电磁学反复应用微积分,成为多数学生难以逾越的 障碍。基于力学以及电磁学教学任务以及教学目标要求,一些重要的物理量如质心、 转动惯量、电场强度以及磁感应强度等在求解过程中,呈现出外在图形、解题思维 过程极为相似的特点,具体相似性体现在以下儿个方面。

首先,电场与磁场教学内容的相似性

电场与磁场的性质存在很多相似的地方。从整个电磁场部分教学内容来说,两 部分的教学思路非常相似。如都是从引入场的概念入手,建立…个形象直观的“场” 的物理概念;随后,是基于特定的带电体以及载流体的空间电场以及磁感应强度的 计算,这是研究两类场性质基石;随后研究两类场的通量性质以及环流性质,以揭 示两类场的基本特征,最后研究两类场随时间变化吋的性质,从静电场和恒定磁场 转变为变化的电磁场的求解,研究两类场的思路非常相似,具体如图5-3所示。



 

图5-3屯磁场教学思路

其次,图形的相似性

物理学习中,图形一直占据着重要的地位,它可以是真实的研究对象,也可以 是抽象的理想模型,解决物理问题首先要建立的图形。因此提炼出力学以及电磁学 中的一些基木的数学(几何)模型是最基本、最重要的一步,这些几何模型之间的 相互关联正好能够形象地反映出物理问题中从微分到积分的关系,即点一线—— 面——体次序,由点构成线,由线构成面,最后由面构成休,这个过程就是“积分” 的思想,如图5・4所示。物理教学中常见的图形有:基本的线有直线和圆环(圆弧), 面通常为圆环以及无限大平面,体有球体、圆柱体以及长方体。三维立体图形可以 逐次划分为简单的基本模型。如球体可以分割为圆盘,而圆盘分割为圆环,圆环则 由基本的点构成,这个过程就是“微分”的思想,这种形象的图形分割以及构成的 过稈体现的是“微分”与“积分”的思想。

 

 

 

 

图5・4微积分的图形分析 将研究的对象进行数学描述后,得到了反映其几何特征的图形,将这些图形赋 予一定的物质属性,如可以是具有一定质量的棒、具有一定质量的圆盘,或者是均 匀质量的球体等,它们也能是带何一定的电量的直棒,或是通有一定的电流直导线, 虽然图形上分布的物理量不同,如质量、电荷等,但是不同的情境中它们具有相同 的几何形状,并且是物理学中经常处理的客观实体,在力学以及电磁学中处理的物 理问题,呈现的图形表示出惊人的相似性。

最后,相似的元过程分析

在具体的问题情境中,如求直棒的质心,或是求直棒绕某一轴的转动惯量,或 是求带电直线周围空间的电场分布等,是在相同的几何图形上求解不同的物理量, 只是求解物理量的公式不同.

质心由rc=\rdm/m计算,转动惯量由J^\rdm为依据;电荷场强由公式

*

E訂一^_^确定,而磁感应强度以为訂如翅二为依据。

J 4亦。尸亠 」4 r

这些物理量都需要进行微分、积分运算。图形上分布的不管是质量还是电量, 分割微元是对图形的操作,处理的炖象是儿何图形,因此它们取微元的思想是相同 的,如线状图形分割为点,而面状图形分割为线,体则分割为面,分割得到的微元 基本都相同。相同的微元分析,带入求解各物理量的计算依据后,就能得到求解这 些物理量的微分方程。大学物理中,建立微分方程是最关键的一步,只有建立了微 分方程,才能进行积分运算。积分运算,从图形上来看,就是如何从分割体构成儿 何图形的过程,即无数的点构成了线,而无数的线构成了面,无数的面构成了体, 对质量或是电量积分实质是对它们分布的空间范围积分。

采用相似性教学,建立在相似的图形上,相似的元过程分析中,有利于学生理 解物理图像,有助于学生理解数学上的微积分与物理学的融合

3. 主题教学

生活的各个领域中广泛地使用“主题”,如主题活动,主题晩会等等。在哲学领 域屮,德国著名哲学家胡塞尔在生活世界理论中提出了“主题化”的概念,并将主 题化作为区别科学世界与生活世界的一个基本概念。他认为,生活世界是非主题化 的,而科学世界则是主题化的(张廷国,2002)0当主题被移植到教育领域中时,最 初以“主题班会”以及“主题活动”等形式出现,这种主题具有“主旨”的意思。


而随着教学不断深入,“主题教学”、“主题学习”等概念在教学领域逐渐兴起。早在 1931年,美国芝加哥大学的莫里逊就提出了著名的“莫里逊单元教学法”,得到了 迅速推广,并发展成为不同的单元教学法。单元教学法又称为主题教学或主题式教 学,它是以某一阶段教学内容或单元内容为单位整体开发、设计的教学形式,可以 合理的分配每一节课的教学内容、重点和练习模式,使各节课之间既有联系又有各 自特色,使学生更系统更深入地掌握知识,在教学过程中培养学生的研究、思考、 创造和解决问题的意识和能力。

主题教学有利于发挥教师的主导地位和学生在教学中的主休地位,使师生之间、 生生之间的互动合作加强,使教学的氛围变得融洽,趋于和谐。美国学者Susax Kovalik与其研究团队于1982年开发了整合性主题教学模式(Integrated Thematic Instruction,简称ITI)强调围绕主题组织并整合课程。他们认为主题在学科中有着 非凡的作用,利用主题可以将学科内纷繁复杂的片断化的知识组织起来,主题也能 在一定程度上跨越本学科的界限使学习者从多维视角、多层面接触和理解知识。此 后随着脑科学的发展,他们将整合性主题教学改为高效的教学模式HighlyEffective Teaching, HET)。

主题教学需要教师对教材内容进行深入研究、理解和重新组合,教材是主题单 元备课、教学的依据。主题式教学绝不是抛开教材而是对于教材内容的深度挖掘并 重新构建,让教材内容更充实、更合理、更切合学生的认知发展水平。提炼主题, 是以熟悉、理解和研究教材为前提。主题教学中,教学过程的设计是一种预设,但 是对教学的预设是必要的,它是教学效益的底线。但预设不是精确而封闭的线性排 列,而是开放的、动态生成的。“预设”不是…列按照精确的吋刻表行驶的火车, 而是一个外出旅行时的指南针(陈晓波等,2005)。主题教学中,教学设计只起导 向作用,整个过程围绕“主题”展开教学,过程中会生成很多教学资源。

主题教学主要有学科内以及跨学科主题教学两种形式,跨学科主题教学多集中 于幼儿园以及中小学,学习者需要了解宽广的知识而不是追求知识的深度。大学阶 段虽不是精英教育,但仍有专业界限,教学中突破学科界限有较大的难度。以单摆 为例,研究者认为科学教学中单摆是极好的跨学科主题教学的实例(黄晓,2010), 以单摆为主题,可以涉及哲学、数学、宗教、历史、技术、以及音乐、美学等各个 学科领域知识。在中学阶段实行跨学科主题教学能够扩大学纶知识面,了解单摆在 其他学科内的影响以及应用。但在木科阶段,笔者认为釆用学科内主题式教学比较 适宜,这样有利于深入研究单摆的运动。单摆模型,是从线性科学到非线性科学转 变的一个最经典的模型,以单摆为主题,可以在学科内对其内容进行拓展,并引入 非线性物理学知识。


第六章大学物理有效教学实施

教学实施是落实教学目标的重要环节,教学实施过程是具体体现课程理念以及 实现课程理念的创造性过程。预设的教学目标,只有蕴于课堂教学实施过程,才能 达成课程教学目标。

6.1教学实施的准备工作

L教学实施的前提准备

本实验主要检测基于有效教学设计的实施的教学是否能够促进学生发展,即是 否能够体现教学的有效性。要界定基于理论指导的有效教学设计对教学的效果,笔 者在教学中进行了行动研究。通过比较传统教学以及基于有效教学理念的教学之间 的差异,在行动前,精心准备了教学案例。针对大学物理C(l)的不及格率过高的情 况,笔者选择大学物理C(l)的教学内容进行了实验研究。教学内容主要包括经典力 学以及电磁学两部分,结合教学内容呈现了多种教学方法。

2•教学实验的基本假设

基于正确的教学目标,呈现多样化的教学内容和多元教学方法,通过教学能够 提高学生的学业成绩,能够提高学生的自主学习能力以及解决物理问题的能力;

3.研究方法

笔者在工作单位中开展有效教学研究,选择大学-•年级两个班级的本科生,两 个班级属于同一专业,其中…个班级为实验班,共71人;另外一个班级为对照班, 74人,人数相当,对照班采用传统教学方法,实验班以有效教学设计为文本指南, 实行差异化教学,教学实验吋间从2010年2月到2010年7月。

在教学实施前,通过测试了解两个班级的物理学业成绩,结果显示两个班级物 理学业成绩相当。其次,在自主学习能力测试(朱祖德等,2005)中发现,两个班 级存在一定的差异,基于学生学习大学物理的兴趣不高,笔者选取了自主学习能力 相对较差的一组作为实验组,而自主学习能力较好的为对照组。笔者做为教学方案 的制定者和执行者,为全面促进教学的有效,邀请同事参与教学过程并针对教学问 题提出意见,及时纠正并改进教学方案,为探索有效教学提供了便利条件。

教学实施过程中,对照班采用传统教学方法,实验班则以教学设计为蓝木实施 教学,实验过程中,没有告知实验班为实验对象;后面将以典型的案例实施教学, 以说明教学实施过程。经过一个学期的教学后,通过多种方法对教学实施效果进行 评价。

6.2有效教学实施策略

教学策略,是教学中经常使用的、用以实现教学目标的手段。策略,就是一种 计谋,是人们经过与事物的多次交道所获得的“知己知彼”,在此基础上而形成的行 动计策或谋略意识,策略用在教学上就称之为教学策略。有效教学实施过程中,更 需耍教师使用一些策略以促进学生学习。如从教学内容出发找出相似性以及莠异是 对于教材内容处理的策略,做概述和做笔记是学生学习方法策略;促使学生更加努 力并给予承认是激发学生学习动机的有效策略;而作业和练习是为了学生发展程序 性知识,激活原有知识对形成联系以利长吋记忆的形成,而这些策略在教学中经常 使用。有效教学实施中,关键是如何激发学生学习动力,使学生保持并维持学习的 兴趣和动力,如何使学生学习效果更好,过程中采用了以下儿种策略。

1. 以问题为驱动

当学习者不能利用已有的知识经验直接加以处理并感到有疑难时,问题就出现 了。问题是开启知识和智慧大门的钥匙,问题是思想和方法、知识积累与发展、发 明与创新的起点,没有问题就没有创新。教师要善于引发认知冲突,为问题生成创 造空间;要制造悬念使学生主动解决问题。课堂中涉及到的问题非常广泛,问题的 解决需要进行一系列复杂的认知操作。问题的解决关键是发现并界定问题,现代信 息加工心理学认为,解决问题过程包括表征问题、设计解决计划、执行解题计划和 监控等步骤(张朝珍,2009)。基丁问题的学习,就是通过提出一个问题,引导学生 通过研究来解决它。当教师提出问题时,基于问题的学习为学生提供了机会去理解 和解决结构不合理的问题,问题解决中没有预先给定的解题信息,过程中问题有可 能改变方向变得更复杂。学山学习知识和技巧的情境就是真实世界中遇到的各种问 题的情境。基于问题的学习能够促进学生真正深入地理解真实生活中出现的各种问 题,是一种有效的教学策略。教学中呈现了基于问题的学习的教学实施过程,但是 在其他的教学方法中,同样需要以各种问题引起学生的注意力,启发学生的思维, 在讲授过程中,更应该注重以“问题”启发学生思维,真正做到“启发式讲授5

基于问题的教学,教师要决定有利于学生发展的问题应该涉及到那些知识、技 能以及态度。教师应该有效设计问题,巧妙指引学生。教师不仅仅充当知识的传授 者角色,而且是学生学习的促进者以及指导者。基于问题的学习能够反映出知识的 实质:知识是复杂的和变化的,是人们的内心世界和外部环境相互作用的结果(赵 海涛等,2007)。在基于问题的教学中,教师将实际生活中的问题作为教学材料,采 用提问的方式,不断激发学生思考、探索和最终解决问题。将材料转化为问题,教 师要付出更多的努力,花费更多的时间,但是教学回报也是丰厚的。在基于问题的 学习中,学生不应该作为信息的接收者,而是一个主动的学习者,是问题学习的中 的主角。学生需要自我激励,设置学习目标,独立进行研究,将新建构的知识应用 到复杂的问题解决之中,并监控和反思问题解决过程。

基于问题的教与学,不能等同于教师提问。教师提问题一般是为了要引岀传授 的内容或是对已讲授的知识进行巩固,往往缺乏深入探究的空间。基于问题的教和 学最好是学习者自己发现的,但是限于学生认知能力以及提出问题与教学内容的不 相关性等因素,…般基于问题的学习是由教师提出的,教师创设的问题情境既能满 足教学目标,乂与学习者的知识经验相联系,同吋由于问题解决的知识稍高于学习 者的现有水平,从而能够激发学生的解决问题的动力。

2. 教学互动策略

高校教学应该改变“教师一言堂”、“学生上课记笔记、课后对笔记、考试背笔 记”等单一的育人方式。教学中应该关注学生的心理感受、情感需要以及成长的烦 恼等,教学互动是人与人、人与群体、以及群体与全体之间在心理、行为上的相互 影响、相互作用的过程(任顺元等,2003)。教学的交往本体观将教学方式定位为一 种交往活动,师生交往互动过程是现代教学的基本理念之一。课堂教学中师生之间 的互动表现形式最多的是言语互动,最惯常的形式是教师提问题,学生回答问题, 存在言说者以及倾听者两种角色,在学牛回答问题过程中,教师应该仔细聆听学牛: 的回答,关注学牛:的思路,学牛 1回答后教师应该给予评价,如好,好在哪,若回答 不正确,那么错误的源头在哪?教师不能简单地用“对”或是“不对来评价。教 师的评价对学生很重要,尤其是教师鼓励性的话语,以及对于其错误的思维方式的 剖析,会让学生觉得教师理解他的想法,教师尊重他,而教师对于问题的分析方式 更能让学生知道应该怎么做。师生教学互动需要从策略理性走向交往理性,策略性 教学互动旨在通过互动对学生“施加影响",而交往理性的教学互动,是师生之间以 言语为媒介、以理解为旨归、以生成为指向,通过师生对话与商谈而达成的理解与 共识(周兴国,2009)c研究者指出,要实现交往理性的教学互动,需要师生拥有共 同的生活世界、语言的使用以及师生身份角色的改变。教学互动实现交往理性,表 现为教师要理解学生的生活世界,教师要尊重学生的主体地位,如课堂教学不仅教 师能提问题,还应该鼓励学生提问题,教师对学生提出的问题应该给予重视,只有 真正实现双向交流,教学互动的交往理性才能得以体现。研究表明,以需要激励学 生;创设适宜氛围、以环境激励学生;树立平等民主的意识等能够促进有效的教学 互动(杨康等,2008)。

3. 明示学习方法和学习方式

学习是「个建构性的过程而不是简单复制的过程,对学习材料的建构水平不同 很大程度上取决于他的学习方法。Biggs将学习方法分为浅层、深层、成就型三种, 以定义区分不同学习方法下的学习动机和学习策略(Big歹,1987)。浅层学习方法 即死记硬背,不求甚解,而且只把注意力放在最有可能考的地方,而不留心知识之 间的联系。深层学习方法指理解记忆、深入专研等学习方法;成就型学习方法即采 …切有助于获得好成绩的学习策略如反复记忆、合理安排预习和复习吋间的学习 方法。近儿年研究表明,学生采用浅层学习方法比较多Leung M.Y. , 2006)有研 究者对大学生浅层学习方法进行了实证分析,结果表明,灌输式教学方式最容易导 致浅层学习方法,同时浅层学习方法导致差的学习表现(王莹等,2006)。

许多研究和实际教学都证明,学生的迁移能力在很大程度上与学生所掌握的学 习方法有关。学生虽然拥有解决问题所需要的知识,但由于缺乏必要的学习方法致 使迁移受阻,表现在不能有效的利用所学知识去解决问题。学习方法是一种可以促 进有效学习的手段或是措施,是培养学生的迁移能力、使学生学会学习的前提条件。

“工欲善英事,必先利其器”。掌握学习方法不仅可以促进对所学内容的理解,而且 可以改善学纶的迁移能力,因为学习方法中包含可非常重要的信息,如在什么条件


下迁移、如何迁移所学的内容,迁移的有效性等,这些信息可以提高迁移的意识性, 防止经验的惰性化。如果说某一学科的具体内容的迁移属于特殊迁移的话,则学习 方法的迁移属于普遍迁移,具有广泛的迁移性。加之学习方法木身又包含可有效迁 移的信息,所以掌握学习方法无疑是提高迁移能力的有效途径。

由于大部分学生都能不能自发的产生一些有效的学习方法,因此更需要教师的 指导和教授。这意味着教学中不仅教给学生组织良好的信息,还必须传授学习方法。 过去我们教的很多内容都是教以前怎么样,或者现实的现象如何,实际上最需要教给 学生的是怎样去分析,判断未来会怎么样,你怎样为它做准备。传统教学的主要弊端 是忽视了学习方法的传授,这就使得学生的学习能力的培养难以落到实处。授之以 鱼,不如授之以渔。传授必要的学习方法,可以从根本上改善迁移能力,提高学习 与教学的效果。犬学生的大脑并不是空白的内存任由写入,它内部已经存在一些经 验以及想法,他们通过这些经验和想法吸收教师所传授知识。教师的任务应该帮助 学生形成在脑子中重述教学内容的能力,从而为他们进一步学习、思考及运用打下 基础。

教学过程中除了对于学习方法传授外,还应该逐渐转变学生的学习方式。大学 生不同于中小学生,他们毕业走入社会后很难再接受正规的学校教育,需要自己独 立获取知识。有了学习方法,还还需要了解…些有助于独立学习的方式。笔者认为 大学生应该利用那各种资源学习逐步走向自主学习,而泛在学习使学生转变学习方 式成为可能。泛在学习是指信息空间与物理空间的融合,在这个融合的空间中,人 们可以随吋随地、透明地获取数字化服务。泛在学习是-种新型的教学模式,是目 前教育技术领域中研究的一个热点话题。泛在学习基于建构主义学习理论,在信息 技术的支撑下,将自身的学习、教学理念转化为教学行为、教学产品,从而使建构 主义学习理论产生了广泛而深远的影响(鲁荣杰等,2008)。泛在学习关注学习环境 的创设以及学习共同体的创建,学习环境需要为学习者提供媒体硬件环境、学习资 源环境以及社会文化环境,让学习者在学习过程中关注学习任务本身,而不是技术 环境,让学习成为一种自然的、积极的、主动的行为。这种学习,人们不是过多地 依赖于技术,而是利用技术实现自身发展的教育本质活动(李卢一等,2006)。可见 泛在学习带来了学习方式的革命,随着技术的不断发展,便携设备体积越来越小巧, 功能齐全,为学习者创设了一个幵放的学习状态,满足了人类终身教育的需求,终 身教育的视野中,自主学习方式已经成为关注的焦点。但是泛在学习也存在很多不 利因素,如网络信息内容比较繁杂,良莠不齐,信息组织无序性、随机性很大,学 习者容易出现信息超载或是没有方向的迷然感。因此泛在学习必须依赖学习者的自 我监控能力、其核心是元认知能力的培养即对学习者的计划策略、监控策略和调节 策略进行培养(庞春红等,2010)。

6.3有效教学的实施

课堂教学是教学的重要环节,也是教学关键环节,一切教学准备工作都是为了课堂教学实 施。如何在教学实践中落实教学目标,只有通过具体的案例实施才能得以体现。以下就本论文 提出的几种教学方法,具体阐释教学实施过程,并对教学实施进行点评。

6.3.1变式教学

变式教学多应用于习题教学中,但是物理中基本概念是物理的基石,只有牢固 的掌握物理概念才能灵活地应用物理知识解决实际问题。本部分选择“质点运动的 描述”进行变式教学,其中的变式主要体现在“坐标维数变吋物理量的定义式变化”、 “情境变式下问题的求解”两个方面。

1. 教学设计思路分析

从教学要求分析,质点运动的描述属于大学物理的核心内容,对学生微积分运 算能力要求不高,但呈现了矢量与运动的分解、合成的本质关系。学生在中学形成 的概念对教学有教大的负面影响,本次课采用讨论■分析•定义■■构建■反思的教学流 程,教学中体现情境性和生活化,注重学生在构建中意义理解概念,对学生已经建 立的非科学概念采取变式教学方法以形成科学概念。具体的设计思路为:通过一段 视频引入研究问题,启发学生的思维,激发学生的学习动机。从数学知识入手,不 断引导并生成物理量的定义式,为了消除学生思维定义的负面影响,采用变式教学 促成学生的深层理解。通过来源于生活中的问题,检验学生的学习效果。

2. 前期分析


(1) 学习者分析

学生已经理解微积分的概念并具备了基木的微积分运算能力,并且对速度、路 程、加速度非常熟悉,知道应该在时空中描述物体的运动,并且非常熟悉质点模型。 学生掌握的一维匀加速直线运动的公式非常熟悉,他们认为已有的知识能够解决生 活中许多问题。此外,还有部分学生由于高中选修化学,很多物理概念基本已经忘 记,因此,学生的基础相差较大。但是多数学生已经能熟练求解一维匀加速直线运 动情况,但是很少注意到这些物理量的矢量性。大学生的身体特征以及已有的知识 基础,使他们不会轻易改变对事物的看法。

(2) 学习任务分析

质点运动的描述,是连接高中与大学的桥梁,也是从高中“恒量”运算到大学

“变量”积分运算的转折点。这种转折需要学生转变思维,不能以“恒量”思维处 理大学的运动问题。除此之外,该部分内容还要求学生掌握矢量的微积分运算,这 是“运动矢量”的内在要求。该部分对学生来说,具有较大的难度,它需要对矢量 进行微积分运算,需要学生理解运动的合成以及分解与矢量表述之间的关系,同时 要能进行具体的矢量微分、积分的运算。运动学是动力学的基础,只有掌握了运动 的微积分运算,才能处理好质点的动力学问题,才能求解动力学微分方程。“质点 运动的描述”不仅起到承前启后的作用,而且首次将“微积分”思想引入物理学习, 可见,不论是基于知识还是方法,该部分学习内容在整个课程都具有重要的地位。

(3) 学习资源分析

教材呈现的学习内容是从三维运动出发给出描述质点运动的各个物理量的定 义,遵循了引出新课、呈现例题的教学方式。教材呈现的学习资源形式上非常严谨, 但是缺乏情境性,缺乏层次性。为了弥补教材内容的不足,笔者采用多媒体辅助教 学,提供了丰富的问题情境,让学生在问题情境中构建知识,同时了解知识在解决 现实问题时如何分析、解决问题。教学中使用的多媒体课件来源于网络资源,与教 学中的问题具有很好的适切性。

(4) 重点难点分析

重点:掌握描述运动的各个物理量并能熟练求解; 难点:消除非科学前概念对科学概念的负面影响;

3. 教学目标分析

(1) 知识和技能

① 熟练求解质点的速度、加速度等基木物理量;

② 能够对生活中的运动问题进行求解;

(2) 能力与方法

① 知道构造质点模型的方法;

② 矢量描述与运动合成、分解等价的方法;

③ 培养反思、质疑能力;

4. 教学实施过程

(1) 创设情境,引入新课

【视频播放】抛射体运动的模拟

播放小球作抛休运动的视频,通过调整抛射小球的初始速度以及初始角度,演 示小球在空中的运动情况。生活中学生经常接触抛体运动,如投篮、掷铅球等,由 现象引出问题,即如何分析小球在空中任意一点的速度以及加速度,强调速度以及 加速度的矢量性。

(2) 讨论分析,共同建构

首先,现实问题模型化

教师引导学生将研究对象一一抛射小球转化为物理模型,提出将抛射小球作为 质点模型处理,并给岀构建质点模型的原则;强调采用模型法处理问题的条件以及 优点。建立物理模型后,再将物理问题数学化,建立坐标系以定量研究小球在空中 的运动情况——根据需要建立两维平而直角坐标系。从实际问题,建立坐标系,构 建合适的物理模型,是研究问题的一般方法,要呈现从问题到物理模型、再从物理 模型到数学问题的转化具休思路,以帮助学生掌握解决问题的方法。

其次,模型问题数学化

①利用数学手段,将抛射小球在空间的运动方程写出来——运动的合成与分解。

数学上描述物体的具体方位都用向量来表示,在物理学中不同的向量有特定的 物理意义。如物理上描述抛射小球在空间位置用特定的位置矢量表示,这是科学规 范,不能随心所欲,同样引出描述小球位置变化的位移矢量;

设疑:做定向直线运动的物体,位置矢量与位移矢量的方向随时间变化关系?

② 引出数学上曲线的斜率求解;讲述微积分的发明过程

穿插物理学史:莱布尼兹基于数学问题、牛顿基于物理问题从不同的学科发明 了微积分;以及关于微积分的发明权争议问题;激发学生的兴趣;

③ 大学物理中对速度以及加速度的定义,强调各矢量的方向;并给出平均速度 以及平均加速度的定义式;强调科学书写的规范性;此外,区分以下几组物理量: 位移与路程;平均速度与平均速率;速率与速度;运动方程与轨迹方程;通过区别, 在同中求变,以差异性促进学生对这些物理量的深层理解,属于概念变式教学。

最后,给出抛射小球的运动方程,让学生求解新定义的物理量,如位置矢量、 速度、加速度、平均速度、平均速率、位移、路程以及轨迹方程等。

利用练习检验学生对于概念的掌握情况,教师指导,学生动手运算;一般教学 中都强调教师先讲例题,再让学生做,由于学生非科学概念影响,教师有意让学生 曝露解题思维,并针对问题给予指导。当学生在尝试求解物理量的过程中,构建物 理量的意义,有利于消除他们的错误观念。最后由教师与学生一起分析求解,并提 供给学生科学的求解过程。

(3) 变式教学——不同空间维数下物理量的表达式

在两维直角坐标系中定义的物理量,与」维以及三维中存在相似性,但乂有区 别。物理量的定义形式不变,而研究的空间维数发生了变化。变式教学,可以使学 生体会物体运动的空间维度与运动的分解之间的关系,即多一维运动空间,就是多 •个运动分量;而各分量的合成就是物体最终的运动效果。从二维到三维书写上差 别不大,但是一维运动中各个物理量都应该用标量形式表示,以正负符号表示方向。 教师指导,学生之间相互讨论,合作寻找答案;教师让得出答案的同沖将答案写到 黑板上,教师点评。

(4) 变式教学——已知各种不同的加速度表达式,求速度或运动方程

首先指出微分的逆运算——积分,当已知加速度以及初始条件,就能确定物理 的速度和运动方程。基于一维运动,给岀加速度的不同表达形式,求速度以及运动 方程,如加速度为恒量、加速度随时间变化、加速度随位置坐标变化以及加速度随 速度变化的各种情况下的速度求解。学生在自己推导过程中体会大学物理与高中物 理的不同之处。最后教师讲述高中物理与大学物理对于这些物理量定义的区别,高 中物理用代数方法就能求解,而大学物理一定要用微积分的方法才行。


(5) 情境变式教学一一问题解决,知识迁移

① 采用多媒体课件,让学生自己做飞行员,进行投弹练习,其木质是两维运动 问题的求解;

② 生活情境问题求解。求路灯下行走的人的头顶影了的移动速度。学生自己建 立模型,给出数学描述并转化为物理问题求解。

(6) 课堂小结

教师让学生自己总结,总结重点知识,注重其中蕴含的物理方法,如模型法、 极限法,微元法等。

(7) 形成性评价

以习题作业作为形式评价;

(8) 教学设计流程如图6・1所示;

(9) 板书设计如图6・2所示;

案例一补充说明:质点运动学是质点动力学、刚体力学的基础,由于它们之 间相互关联,呈现了物理量性质的相似、物理定律表示式的相似性,在教学设计 中,可采用类比、对比的方法进行求解,使经典力学部分教学内容构成具有相关 性的完整的知识网络,有利于学生理解知识的内在关系以形成知识结构,在应用 过程中通过联想提取知识。大学物理教学中,要逐步实现以力为核心概念的教学 转移到以能量为核心概念的教学,从以动力学方法分析问题转移到以守恒的思想 分析问题。经典力学部分整体教学设计流程采用了如图6・3所示的思路,教学内 容的组织基本按照已有的力学知识为中心展开,逐步推进,实现从力到动量、能 量以及角动量的转移。

6-1质点运动的描述设计流程图

§1.1质点运动的描述

数学上对问题的描述 向量 OP^xi+yf 向量 PQ = ^xi + A>7

P点的切线的斜率

k

& %

曲线该点处两阶导数的意义

友情请示

q物理上对于各个物理量的表示字母都是严格规定的,不能随 意书写,

2各个物理量都是矢量,书写时要按照矢量的规范书写;

3注意矢量的大小以及方向;

4区分几个物理量:位移和路程:平均速度和平均速率:速率 和速度;

5以上为微分(求导运算),那么逆运算怎样求解?

6在一维以及三维直角坐标系中给出各物理量的表达式,

图6-2质点运动的描述板书设计

 

 

图6・3经典力学教学知识结构图

5教学实施点评

实验班教学注重知识的情境性,如从生活中的问题引出学习的新知识,教学 内容与教材相关但又不完全相同,如从二维变量的定义推广到一维以及三维情况 吋,位置矢量、速度以及加速度矢量的书写;在不同的问题情境中使用所学的知 识求解现实问题,即突出“变中的不变”,使学生能够掌握物理概念的本质,教 学过程中,不是完全由教师掌控,期间需要学生的共同参与,教师在教学过程中 不断指导学生的问题,创造各种机会实行“一对一”辅导,这种辅导对学生而言 是一种督促以及方法指导,而教师也能及时掌握学生的学习情况。教学从生活问 题引入,以数学知识为辅助,建立二维物理量的表述式,学生自己推广到一维以 及三维,这个过程需要学生了解运动的合成与分解的原理;其二在过程中,学生 随时都有任务,需要学生动手动脑。这些有利于改变教师讲、学生听的传统教学 形式,有利于学生真正参与课堂教学。

传统教学中,该部分内容多以介绍新知识、应用知识为主线,教学中为突出 教学内容的完整性,首先会介绍时间、空间、坐标系等相关概念,而后在直角坐 标系中介绍三维空间质点的运动的描述,完成新知识的介绍后,教师讲解相关例 题,其后就是学生练习,很多情况下是教师讲很多例题而学生听。学生做的习题, 也是以已知运动方程,求解速度以及加速度的形式给出,物理问题的求解成为数 学微分运算,求解的问题与实际相距甚远,不利于学生将理论知识与实际问题相 结合。可见,采用基于变式的教学可以让学生掌握运动的合成与分解的思想,也 有利于理论知识与实践的结合,更重要的是能让学生积极参与课堂。

6・3・2相似性教学

电磁场部分是电磁学内容对学生的微分运算能力要求比较高,要求学生能够熟 练掌握微元法以及积分法,能够求解一些特殊形状带电体或是载流体周围的电场强 度或是磁感应强度。从历届的学生对微积分运算的掌握情况来看,情况很不乐观。 为了提升学生微积分的运算能力,又能掌握微积分思想的内涵,笔者深入研究了积 分法求电场强度以及磁感应强度的习题类型,发现电场与磁场除了同为“场”、并 具有场的特性外,在求解基本物理量的过程中呈现了惊人的相似,而这种相似除了 体现在电磁学中,还呈现于质心求解、转动惯量求解过程中。这种相似性体现在图 形上、分割微元上、积分的思想上等。该部分一呈现的“电场强度以及磁感应强度的 计算”的相似教学设计案例,以有助于学生深刻理解电场、磁场等核心物理量的计 算。学生已经形成了电场和磁场的基本概念,从利于学生学的角度,并在不破坏学 科内容知识的结构完整性的基础上,尝试对教材内容进行调整,着重突岀相似性与 对比性,使学生对两种矢量场的性质有较为深入的理解。

该部分教学内容是基于电场强度以及磁感应强度的计算而展开的,它们的相似 关键体现在计算思维的相似上。

1 •教学设计思路分析

电场与磁场存在很多共同的特征,如都是一种物质场,不同于实物,即使在定 量求解电场强度以及磁感应强度时也表现出惊人的相似。学生学习时难以捕捉到两 种场在运算上的相似,使得在计算这两种矢量场时困难重重,如不会分割,不会取


微元以及不会建立微分方程等。因此,木设计中利用电场与磁场的相似性求解原理, 进行对比求解。具体思路为:首先,教师以图形构成方式明确微分与积分的物理意 义;然后,教师示范磁感应强度的分析过程,并进行求解;学生依据微元分割的思 想,自己求解电场强度;显然,人有很多行为是通过学习他人的行为后获得,而教 师示范就是学生行为发展的“榜样” O

2.前期分析

(1) 学习者分析

在学习电场磁场之前,学习者已经掌握了电场与磁场的基本概念,对库仑定律 比较熟悉,能熟练求解帯电体在匀强电场或是匀强磁场中的受力。但是不清楚如何 求解帯电体周围的电场,也不清楚如何计算载流休周围的磁场。从电场线或是磁场 线分布情况,学生能够判断磁场的强和弱,但是不能量化求解。数学中已经学习了 两重积分,因此,数学运算上不存在问题。从学生的反馈情况看,多数学生对学好 电磁学部分缺乏信心,一部分学生认为是因为自己数学没学好,另一部分学生是决 定这一部分内容太难,6己没有能力学好。

(2) 学习任务分析

该部分内容在电磁场中非常重要,是学生进…步深入理解电场与磁场性质的基 础,学习内容从定性了解转变到定量化计算,対学生的数学运算要求较高,突出表 现在频繁应用微积分、对称性分析以及处理边界条件等方面。该部分内容是后续研 究电场以及磁场性质的基础,如电势、电通量以及磁通量等都建立在这两个基本物 理量的基础之上。

(3) 学习资源分析

教材中电场与磁场的学习分列于两章,先系统学电场,再学磁场,这有利于知 识体系的完整性,但是不利于展示两者之间的相似性。教学中教师会强调两者之间 的相似性,或是利用不同点进行対比学习,但相隔时间较长,难以形成鲜明对比。 教材在处理这些问题时,呈现了大量的近似“重复”的运算,但是没有对这些运算 中存在的关系进行任何说明。知识点之间是孤立的,没有呈现知识之间的内在关系。 为了丰富教学内容,笔者采用自制多媒体演示图形之间的关系,以阐释微分以及积 分的思想。

3教学目标分析

(1) 知识和技能

① 能阐释电场以及磁场产生的原因;

② 能够描绘电场线和磁场线并说岀它们的特征;

③ 能用微积分的方法求解简单的电场强度以及磁感应强度;

(2) 过程与方法

① 掌握微元分割法的原理以及积分原理,体会微积分的应用价值;

② 了解对称性方法;

(3) 情感与态度

① 了解物理学中的对称性,感知自然界中的各种对称美;

② 了解磁场以及电场对人体健康的影响,避免生活中潜在的强电磁辐射;

4.教学实施过程

(1) 创设情境,引入新课

利用网络资源,从生活中寻找静电场以及恒定磁场,并对电场以及磁场对人体 的危害进行阐述,尽量远离电磁场,科技给人带来便利时也有负面影响,知道科学 技术的两面性。

给出带电体的电场以及磁场的力线分布图,让学生观察两者相同点与不同点。 突岀法拉弟的贡献,强调物理图像对理解物理的重要性。力线只是定性描述场,如 何定量描述场呢?

(2) 微分以及积分的数学模型

提供图片(图5-4)分析图形的构成,阐述图形的构成中蕴含了微分以及积分 的思想。带电体以及载流体是•个空间分布体,有具体的儿何形状,基本形状包括 点、线、面以及体四种。

(3) 物理实验定律——库仑定律以及毕奥■莎伐尔定律

要定量求解带电体或载流体周围的场,需要借助已有的研究成果——库仑定律 和毕奥■莎伐尔定律。学生很熟悉库仑定律,而对毕奥■莎伐尔定律感到陌生,这个 定律是新授内容,因此教师着重阐述毕奥■■莎伐尔定律;两个实验定律是使用微积分 方法求解电场强度以及磁感应强度的前提条件。教师需要明确给出求解的一般思路: 首先分析电流元激发的磁感应强度,对磁感应强度的方向进行分析,判定是否需要 分解矢量,如需要分解,则分解后对分量进行积分,其中包含了关于电流的对称性 分析,电流的“对称性"会导致磁场分布的对称,可以简化矢量场的运算。

(4) 教师讲述载流圆线圈轴线上一点磁感应强度的求解过程

以教师讲述为主,穿插提问,如矢量的叉积的方向,怎样分割电流元,电流元 产生的磁场分布的对称性等,通过提问激发学生思维,此部分需要学生有扎实的数 学知识,如叉乘的方向、矢量分解,合成等,尤其是采用对称性分析电流元产生的 磁感应强度的对称性特点。

(5) 学生求解带电圆环轴线上一点的电场强度。

学生求解电场强度,要注意区分两种矢量的方向判定的规则不同,这也是电场 与磁场最主要的区别,也是学生最容易出错的地方。教师指点,并让学生相互讨论。

(6) 总结两者之间的相似处以及不同处

关注电场强度以及磁感应强度的异同,区别它们的方向;分析微元选取的相似 性、积分方法的相似性等。

(7) 电荷分布在面上,求解均匀帯电圆盘轴线上一点电场强度;

首先对线构成面进行儿何分析。从点构成线比较好理解,因为库仑定律就是处 理点电荷的情形,但是对于面分布的电荷,学生很难确定是否还需要将整个带电体 分割成小的面元,如果分割为小面元,积分比较复杂,需要做两重积分.并且不符 合物理中“微元选取应该尽可能大”的原则,当环状带电体空间电场分布已知吋, 将面分割为圆环,处理问题非常简单。因此,提示学生采用“线构成面"的方法, 那么面分割后就可以产生线,促使学生灵活选取微元,使得求解效率最大化。该部 分教师与学生…起讨论共同完成。

(8) 求解磁感应强度。将上述静止的带电圆盘绕其自身几何轴转动,求轴线上某 点处的磁感应强度。基本由学生自己做,可以相互交流,教师来回指导,发现问题, 并和学生一起解决。

(9) 让学生将微积分求解电场以及磁场的方法、思路表述出来,注意它们的相似 处,在同中求异,发现两种场的不同点,为学习后续的通量以及环流奠定基础。

(10) 布置作业

(11) 教学设计流程如图6・4所示

(12) 板书设计如图6-5所示

 

图64电场强度以及磁感应强度计算设计流程

1载流圆线圈轴线上一点磁感应强度的计算

解由毕奥莎伐尔定律有

AZZsin— Tjj

=如 =如妞

4 r2 4兀r2

f^cosa

」4•尸彳

积分后得到

PJR [dl = "JR , A(R? + 〒)% J 4^-(jR2 + x2^

&5(a)电场强度与磁感应强度的计算


2均匀带点圆盘轴线上某点电场强度

解 圆环面元带电量

dq - 2 r(hp

圆环面元在P点的电场强度

xardr

2(工+宀%

方向沿x方向,积分后可得

一旦[1———]
2 (F+)%

图6・5(b)电场强度与磁感应强度的计算

5 •教学实施点评

相似性教学是基于两种矢量场求解具有相似的图形、相似的元分析、相似的元 分割、相似的矢量分析以及相似的积分思想而设计的。两个物理量的定义式、图像、 分割、积分、力线等存在明显的相似,经过对比分析,可以呈现较为明显的视觉刺 激,这种刺激可以在学生头脑形成对比,以加深对物理量求解过程的理解。矢量场 的微积分求解,不仅仅停留在定义式上,因为只有处理好定义式中的各个因子后才 能进行微积分运算。物理学与高等数学中微积分明显不同,物理学中要求学生将物 理问题数学化,而这种数学化需要学生能准确地选取微元,并知道为什么要这样选 取微元,如何将微元产生的场强表示出来。大学物理中的微积分,不追求复杂的积 分运算,但需要知道如何根据条件建立微分方程。相似性教学,只有找出教学内容 在形式上、思维上的相似,才能体现效果。教师只有深刻理解学科知识体系结构, 并适当调整教材内容的呈现顺序,以利于学生“学”的思路组织教学内容,才能使 教学具有生命力。

传统教学中,对于电场以及磁场的教学,其内容分处于不同的章节,虽然教师 在教学过程中会强调两种场之间的相似性,但是由于时间跨度较大,学生很难有深 刻的印象。尤其是电场以及磁场教学中,一些物理量的求解都是基于相同的物理图 形,都进行相似的元分割,在不同的章节反复计算,虽有“强化"的作用,但是从 学生学习的实际情况来看,学生对电磁场的整体感觉是内容多、积分难,没有系统 性。通过两种场的相似性教学,可以发现,研究两种场存在很多相同的地方,求解 两种场的基本物理量在微分以及积分的思维上表现为惊人的相似。因此,相似性教 学,建立在对教材内容进行整合的基础上,是对教材内容的加工再造。它不同于传 统完全依循教材的教学方式,而是基于学习思维发展对教学内容的处理,有利于学 生对比学习两种场。此外,相似性教学中,以图像方法形象直观地反映微分积分的 思想,有利于学生在处理帯电体或是载流体时,从图形构成上对其进行分割,完成 图形分割其本质就是实现了电荷元、电流元的分割,有了正确的元分割思想,就能 建立正确的微分方程,那么求解电场、磁场强度就从抽象走向直观。

6.3.3主题教学

选择以“单摆”为主题,是因为学生很熟悉单摆模型。学习者利用单摆的知识 测量过单摆的周期、测量重力加速度等,非常清楚线性简谐振动的原理以及动力学 机制。多数学生认为,已经透彻地掌握了有关单摆的所有知识,但是没有将这种理 想的模型向真实情境逼近。在大学物理教材中,呈现的教学内容也是局限于单摆做 简谐振动吋的一些物理量的求解,突出了旋转矢量法的应用,虽提及阻尼振动以及 受迫振动,由于数学处理比较麻烦,因此没有深入研究。如果,单摆教学停留在“线 性谐振子”的研究层面,不能体现电摆的教学价值,也没有实现大学教学与中学教 学的差异,也不能发展学生的认知水平。更亘要的是,单摆运动是研究混沌运动的 最经典的例子,混沌研究粉碎了传统科学中对近似和运动的收敛性的信仰,处于混 沌状态的系统,或者说对于一个非线性系统,运动轨道将敏感地依赖于初始条件。 教学中引入非线性系统,有利于拨正科学探索的方向,有利于学生以确定性和随机 性相统一的观点看待复杂的世界。

物理教学中实行研究性教学,不一定要亲历一个完整的过程,可以是科学研究 思维的展示。研究单摆,从最初的无阻比的线性简谐振动,到分析有阻力时的运动, 再到有外力作用下的运动;从小角度到大角度的振动,是科学研究的一种常用的思 想,即从理想化模型逐渐增加影响因素,逐渐接近真实现状并不断深入的过程。

1.教学设计思路

用动画显示单摆的运动,引出研究主题,以讨论的方法,了解学生对单摆运动 的认知,尤其是对单摆模型的成立条件进行阐述。采用逐步设疑,如有阻力怎么建 立方程?有驱动力怎么建立模型?大角度时怎样求解?在不断地设疑——释疑的过 程中完成单摆从线性力学模型到非线性力学的过渡,实现从理想情境到真实情境的 转变。对复杂的方程不阐述其求解方法,而是采用数值模拟的方法给出其运动相图, 并对单摆的稳定性进行了分析。

2 .前期分析

(1) 学习者分析

学生已经非常熟悉单摆模型,知道单摆在简谐振动情况下一些基本量的求解。 也了解单摆模型的简化条件,知道阻尼振动以及受迫振动的概念,但都停留在概念 层面,并不清姥具体的运动情况,因为学生很难理解描述单摆运动的微分方程。学 生还不具备求解复杂微分方程的能力,学生对计算机模拟表现出极大的兴趣。教学 中采用计算机模拟单摆的相图,以展示物理意义帮助学生理解。

2) 学习任务分析

该部分内容是以教材内容为起点,并对教材内容进行了扩充,主要借助计算机 技术,以数值计算方法模拟单摆运动的图像以展示物理过程。若以纯数学的方法求 解肯定不行,教学内容难度很大,学生会不感兴趣。以单摆为主题教学,是借助单 摆教学内容,向学生展示科学研究的方法,并以引入非线性科学为主要目的。

3) 学习资源分析

教材中提供了单摆的阻尼振动、以及受迫振动的物理分析,但是对于运动情况 没有深入。笔者采用Matlab编程,采用数值模拟单摆运动的微分方程,得到形象、 直观的物理图像。从物理模型(多媒体演示)出发,分析力学方程(数学公式)、 建立微分方程(很复杂)并采用数值模拟方法将其可视化,充分体现了计算机技术 对教学的辅助作用。

3教学目标分析

(1) 掌握单摆线性振动的一些基木知识;

(2) 知道用相图法描述单摆的运动;

(3) 了解物理研究的方法——从理想化到真实情境;

(4) 借助单摆教学内容,展示自然界中的非线性系统行为; ‘

(5) 激发学生学习计算机技术的兴趣,强调计算机的工具性;

重点难点分析

逐步将单摆的理想化情境转向真实情境,过程中如何添加影响因素;如何以相 图描述单摆的运动;

4.教学实施过程

【单摆运动的研究】

(1) 以多媒体展示单摆模型,导入新课;

动态显示单摆运动,教师组织学生讨论,展示已有的关于单摆的知识。如单摆 作简谐振动的条件、单摆规律的…些基本应用。如,测重力加速度、测单摆的周期、 单摆的能量特征等;描述单摆的运动,除了传统的幅角一吋间变化曲线,还可以采 用相图法描述单摆的运动。介绍相图法,并以相图法演示单摆的简谐振动情况。

(2) 在理想的情况下施加一个阻力,研究单摆的运动;

得到单摆运动的微分方程,给出相应的解析解。由于数学表达式的抽象性,学 生很难想象出单摆的运动情况,教师以多媒体展示模拟相图,分别展示小幅角以及 大幅角情况下单摆的运动情况。

(3) 施加一个周期性外力时,研究单摆的运动;


在原有基础上,再施加一个周期性外力,得到动力学微分方程,并展示单摆运 动相图,同样分别展示小幅角以及大幅角情况下单摆的运动情况,强调运动行为对 初值的敏感性。

(4) 教学设计流程如图6・6所示


 


 

图6-6单摆教学设计流程图

(5) 教学内容(板书以及动态多媒体课件)如图6・7所示。

-单摆的简谐振动模型

单摆的摆线为质址可忽略不计的刚性杆,摆切 的収 值范国不受限制,设摆长为I.摆球质磴为m.相对平 衡位證摆外为


二相图法研究单摆运动

加矿 + + nig = F cos^r

 

 


 


图6-7 (d)单摆教学内容


教师与学生一起总结:从以上的各种相图分析可以看出,在某些特定情况下, 单摆出现了貌似无规则的运动,而这种运动仍遵循相同的动力学规律,称为决定性 的混乱,简称为混沌。单摆的小角度无阻尼的简谐振动只是最简单的一种理想情况, 通过逐步的改变单摆的受力情况,使之能真实地反映单摆的运动特征。单摆作为一 个非线性的动力学系统,其演化过程存在着多样性和复杂性,简单的单摆并不简单, 尤其是其混沌行为,在这里只是进行一些简单的描述,主要是让学生了解非线性的 一些主要特征。相图法可以更好地从整体上反映系统运动的特点,能对各种可能的 运动状态进行分类,所以,完整的运动学应该包括相图在内。

5•教学实施点评

以单摆为主题进行教学,最大的特点是对教材内容进行了拓展,将经典物理内 容与现代物理内容结合起来。教学要实现现代化,需要教师在能够引入现代化知识 的地方恰到好处的引入,而单摆正好能够实现这种转变。传统教学中弱化了单摆在 物理学科中的重要地位,强调单摆的简谐运动,研究单摆的周期、能量等基本物理 量。教学中涉及到单摆受阻力以及周期性外力作用下的运动,由于需要进行微分方 程的求解因此-笔带过,很难深入。如果大学物理教学中,依照教材内容处理,只 讲简谐振动则与中学教学要求相差不大,而采用计算机模拟单摆的相图,可以使学 生形象直观地了解单摆的运动情况,而不是着重于求解单摆运动的微分方程。

此外,以单摆为主题,展示了科学研究的基本思路以及方法。人类対于事物的 认识,总是从最简单的模型出发,在清楚简单情况下物体的运动后,逐步将问题复 杂化,这种复杂化,是建立在人的对事物的认知不断深化以及人的认知能力不断提 高的基础上的。将理想问题真实化,需要遵循一定的规律,如单摆模型中影响因素 有很多,如阻力、驱动力以及摆幅等对其行为都会产生影响。各种因素不能一次加 上去,而是逐次添加,如先加一个阻力,研究其行为;再增加一个驱动力研究其行 为;若清楚了小振幅时的运动,则可以考虑大振幅情况下的运动情况。单摆的主题 教学,刚好能够完整的体现人类研究单摆运动的思路。最终引入的单摆的受迫阻尼 振动,其动力学方程是非线性的,在某些情况下,系统运动轨道的时间行为存在对 初始条件的敏感性,初始条件的微小差异可能导致结果的面目全非。混沌是在确定 性的非线性系统中貌似无序、实则有序的、不需附加任何随机因素亦可能出现类似 的行为。混沌系统的木质在于各物理量的非线性关系,最大特点是系统对初值的敏 感。以单摆引出混沌,可以使学生了解混沌现象是普遍的,它反映了在受迫阻尼运 动中的单摆、点燃香烟后的涡卷、水龙头缓慢滴水的花样等,经典物理与现代物理 之间的距离并没有想象般的遥远。

634 PBL教学

基于问题的学习关键是以问题为驱动,使学生沉浸于解决问题的过程之中。选 择的问题应该来源于生活,并且能激发学生的兴趣以掌握解决问题的方法。本案例 选择学生非常熟悉的牛顿运动定律的应用,以解决跳水运动项目中产生的问题,如 最后设计的教学问题为:“在跳水运动中,跳台下水池的深度为多少对运动员是安 全的? ”相信大部分学生都对跳水运动感兴趣,以此项目切入能够激发多数学生的 学习兴趣。但是,该类问题陈述简洁,蕴含的已知条件很少,没有确切的已知量, 但涉及的知识很丰富,如要了解跳水运动项目,要清楚水中运动员的受力情况并能 做近似处理,清楚什么情况可视为对运动员是安全的等等。常规问题,有明确的已 知条件,对条件进行表征后套用公式就能直接出结果。此类问题为开放性问题,没 有确切的结果,生活中处理的问题多属于此种类型。

1. 教学设计思路

从跳水运动的画面引岀研究的问题,即在跳水运动中,水池的深度有没有具有 要求?从现象引岀问题,要解决这个问题应该从哪些方面入手?从人开始起跳到落 入水中开始运动并减速过程中有哪些力的作用?这些力如何确定?如何逐渐引出问 题的本质?因此,基于问题的学习的设计,关键是逐步明确问题中隐含的各种条件, 并在抓住核心因素的基础上简化问题。如运动员从起跳到落水过程需要考虑空气阻 力吗?如果考虑阻力运动员入水前速度为多少?人在水中受到哪些力的作用?这些 力如何分析?运动员落入池底时速速为多大时与池底接触可以认为是安全的?对过 程进行完整分析,并逐步解答问题,已构成完整的解决问题过程。

2. 前期分析

(1) 学习者分析

多数学生非常喜欢跳水运动,并了解跳水项目的规则。学生已经具备了物体做 自由落体运动、受阻力作用等情况下的问题求解能力。但是这些问题都是经过处理 后以结构良好形式出现,学生接触较多的就是此类问题。学习与生活问题相差太远 导致学生对现实问题的求解能力亟待提高。此外,学生已经具备物体受力分析的能 力,即使受变力作用,在已知力变化规律情况下也能求解物休运动情况。学生也具 备了浮力、重力、阻力等基本知识,也能求解变力情况下物休的运动,但是对一些 物理量的近似处理能力比较欠缺。

(2) 学习任务分析

该部分教学内容以物体在变力作用下的运动情况求解为核心任务,而物休受力 并没有明确给出,需要学主自己对问题进行深入分析后获得解题信息。其中涉及人 体密度、水的密度、人体横截面积等多个物理量,也需要学生自己明确整个过程物 体受力情况,在习惯于“套公式求解”的解题方式后,学生求解此类问题有•定的 难度a

(3) 学习资源分析

利用多媒体素材展示运动员的跳水过程,即提供问题情境,教材中提供的习题 结构良好,注重微分、积分的运算过程,但是忽视了问题的分析过程,因此,此类 问题能补充教材缺陷,使知识情境化,且是一种开放型问题的求解。学生在学习过 程中,可以借助各种网络资源,获得学习过程中所需要的信息资料。

3. 教学目标分析

(1) 知识和技能

① 熟练求解变力作用下物体运动的求解;

② 掌握物体受力分析的基本方法;

(2) 能力与方法

① 了解近似方法在物理中的应用;

② 利用信息资源解决问题的能力;

③ 掌握分析问题的一般方法;

(3) 情感和态度

① 养成用科学方法分析生活问题的态度;

② 具有探索问题的决心和勇气;

4. 教学实施过程

【教学内容:牛顿运动定律的应用】

(1) 由视频导入研究问题

首先播放跳水镜头,展示运动员跳水的全过程,

教师:同学们,你们在观看这段视频时,最关注的内容是什么?会想到哪些问 题?

学生:运动员的跳水姿势,落水后溅起的水花大小;运动员在空中的翻转情况; 跳台跳水;跳板跳水

教师:很好,大家对跳水运动都非常关心,我们今天不是关心运动员如何跳效 果会更好,而是关心跳台下水池深度。在10米跳台运动项目中,大家知道水池的深 度大致为多少?(引岀问题)

学生:3米?越深越好吧;不太清楚,好像没有关心过这个问题。

教师:其实这个问题我们应该能够处理的,下面就来解决这个问题。

(2) 解决问题的过程

教师:同学们首先分析跳水运动员运动的全过程;

学生:运动员从起跳到落水,是在空间自由下落,当落到游泳池后做减速运动;

教师:这位同学分析得很好,那么在这些过程中具体如何运动呢?

学生:运动员在空间翻转,落水后减速运动;

教师:那么运动员翻转中能不能视为质点模型呢?为什么?

学牛::可以,在翻转过程中人的运动情况可以看质心的运动情况;并且落水后


人的整体运动情况大体之致,可以认为是质点。

教师:那我们就把运动员作为质点来处理,我们知道运动情况由受力决定,那 么下面大家来分析运动员的受力情况:

(教师来回走动,检测学生受力分析是否正确;有些学生在空间受力阶段施加 重力和空气阻力;在水中运动时,学生受力分析较差,如有重力,有浮力,但是很 少考虑水对人的阻力)

教师:看了大家的受力分析,现在请两位同学将自己的受力分析画在黑板上:

(学生上台画受力分析,教师继续到台下指导同学分析过程)

教师:下面我们来看一下两位同学的受力分析,他们的做法不一样,第…位同 学认为运动员在空中运动时只受到重力作用;在水中受到重力和浮力作用;第二位 同学则认为在空中受到重力和空气阻力作用;在水中受到重力、浮力以及水的阻力 作用;在不加说明的情况下,他们的做法都可认为是合理的。即第一位同学忽略了 阻力作用;而第二位同学则考虑了阻力作用。大家对空气阻力很熟悉,在这我们不 考虑空气阻力,而是考虑一种新的阻力,即运动员在水中受到的阻力,一般情况下 阻力与速率有关,研究发现,水中物体所受阻力/ = -0.25P5v2,其中。为水的密度, s表示运动员与运动方向垂直的横截面积,"为运动员的运动速度;那么大家知道人 的横截面积为多少吗?

学生:讨论中 与运动员胖瘦有关的;

教师:这个就需要我们佔算了,我们可以近似认为人体宽为0.4米,厚为0.2 米,那么人的横截面积就岀来了,这种方法就是近似佔计,虽不太精确,但对求解 问题影响不大;那么在水中运动员受到的浮力以及重力之间有什么关系呢?

学生:(很多种观点)浮力与液体密度以及人体休积有关;人的重力与人的密度 以及体积有关;人体的密度不清楚啊。可以根据人的质量计算重力的。

教师:其实有些同学可能想到人体的质量,也有同学想到人体的密度。那么我 们可以顺着这个思路考虑下去。在运动员下落过程中,受到重力以及浮力作用,它 们两者之间力方向相反,入水后它们的大小由人体密度和水的密度决定,那么人体 的密度大概是多少?

学[匚好像游泳时,我能够漂浮在水中,那么人体密度与水密度应该很接近的。 教师:很好,这位同学根据自己的经历进行判断,事实上结果也是这样,如水
的密度为1 g!cm\而人体密度约为1.06左右;可见,两个密度很接近。有了这个 近似,那么人在水中受力就貝剩下水的阻力了。那么大家可以试着求解水池的安全 深度。

(学生开始求解,教师进行指导,学生对自由落体运动非常熟悉,很快就球出 了运动员落水之前的速度;对水中运动过程,建立牛顿运动方程后,在求解过程中 产生了问题;另外一些同学,在求解水池深度时,对运动员落入最底端的运动速度 存在疑问)(10分钟)

教师:我看了一下大家的求解过程,发现大家都能熟练求解运动员落水之前的 速度。但是求解运动员在水中的运动情况问题比较多,第一类:积分时没有分离变 量;第二类;积分时没有对积分变量进行变换;第三类情况:应该不是问题,而是 关于人落到底部时是否速度应该降为零?下面我们分别来解决这三个问题(教师板 书,呈现问题)。

1 UV

0.25psm ——
dt

G.25 psv2dt = mdv
很多同学在此基础上直接积分,没有分离积分变量;

问题二:

? dv

 

0.25 psv~ = m —

C CL 1 dv

0.25pscit = m—r

V

在此基础上直接积分,但是缺乏运动的时间,难以继续下去;

 

 

问题三:

2 dv dv dx dv

0.25 psv m = m = mv ——

dt dx dt dx

dv

dx - m

-0.25pyv

转换积分变量后,对于运动员接触池底的安全速度不太清楚

 

教师:上述三类问题,是大家在求解过程中表现较为突出的,第一类问题表现 为急于求解但没有分离变量;第二类由于缺乏运动员运动时间而难以继续进行积分 运算;第三类则解决了第二类问题,将速度与时间的微分关系转变为速度与运动距

离之间的关系,但是还有一个问题,即运动员最后接触池底时速度是否一定要为零。 对于此类问题,我们可以从生活中设想,即从…定高度落下时,如果速度不大,应 该对人体不会造成伤害,那么运动员在接触池底时也有一个安全速度,即只要以不 大于v-2m/s接触池底,都可视为安全的。因此,我们先求出运动员落水前速度 =甌,式中〃为跳台高度即为10米;经过一些简化以及假设,可以得到水池 的深度为

 

可见,在求解问题过程中,对呈现岀各种不同的问题,如分析现象,对现象进 行简化;建立的方程如何求解等;那么10米跳台的水池深度到底是多少呢?国际跳 水规则规定10米跳台下水池深度要在4.5・5米之间,可见我们计算得到的结果是完 全合理的。

5. 教学实施点评

通过求解源于生活的问题,可以激发学生的学习兴趣,最重要的是学生感觉自 己所学知识是“有用”的。以问题为驱动,学生求知的欲望很高,解决问题是源于 学生的“需耍”。该问题中儿乎没有数据,也没有明确的解题思路,需要学生对整个 过程进行分析。基于问题的学习中,学生的问题会比较分散,会提出与解题无关的 问题,如学生问“跳水的难度系数是怎样定义的”、“跳水得分高低最要看什么”等; 这些问题与教学内容相关性不大,教师没有回答,而是指出他们感兴趣可以自己查 找资料获得答案。有些学生考虑人在空气中受空气阻力吋如何落水前速度的问题? 这个问题正是我们要讨论的核心问题,首先分析运动员在空中所受阻力与什么因素 有关,如一般认为阻力与速度大小有关,一般采用正比例关系。那么生活中很多阻 力问题都可以进行推广。基于问题的教学,需要明确通过教学需要学生获得哪些方 面的增长,即教学与预设的教学目标相一致,但是也要重视生成的教学目标。学生 出于对跳水运动的喜爱所提出问题,教师不能回答时,可以给学生指出解决问题的 方式;对于在简化问题的过程中,要尊重学生对现象的各种理解,而不能以“这个 不正确”“这是不可能的”“这个毫无依据”等形式回答,而是在肯定学牛的想法基 础上,探讨学牛:提出的问题的可行性。

以问题驱动教学,过程中缺乏明确的数据以及公式,也缺乏明确的答案。这种 教学比给学生一个微分方程,让学生求解要复杂得多。在传统大学物理教学中,很 少采用基于问题的教学,因为费时间并且不利于课堂管理。但是在学生的问题解决 能力亟需提高时,采用基于问题的学习,可以切实提高学生的分析、解决问题的能 力。问题源于生活,并建立在学生的知识水平上,学生可以顺着台阶一步步解决问 题,尤其是“近似法”“估算法”等,颠覆了以往精确求解的模式,给了学生更大的 自由度。对学生解决问题能力的低下现状,PBL教学方法为提高学生解决问题的能 力提供了一种有效的途径。


第七章大学物理有效教学评价

以丰富的教学内容和多元教学方法呈现的有效教学设计,在教学实施后是否能 够促成有效教学还需由教学评价来检验。

7.1有效教学的评价

教学是否有效,关键是看教学过程是否符合教学规律,能否有效地引起维持和 促进学生学习,学生是否取得预期的发展(徐宾,2009)。有效教学设计运用系统化 方法分析学生的需求,确定正确的教学目标,整合教学资源、优化教学设计策略, 并不断反思教学结果,在过程中践行有效教学的理念。那么如何对教学进行评价, 需要借助于有效教学的评价标准。已有的关于有效教学的评价的标准并没有形成统 一的标准,现阶段评价集中指向教学目标中的“三维目标”,但是三维目标也只是给 岀了大致的评价方向。上海师范大学谢利民教授指出,三维目标要完成以往课堂教 学“关注学生所学知识”向“关注学习知识的学生”的转变,即实现知识本位向学 生本位的根本性转变(张肇丰,2010),即要关注学生的学习效果。有效教学的评价 标准是学生的有效学习,核心是学生的进步与发展。教学是否有效,关键是看学生 的学习效果,看有多少学生在多大程度上实现了有效学习,取得了怎样的进步和发 展(张爽,2008o没有教学质量作为保障的教学不能称之为有效,因此,学生学习 成绩可以作为重要的组成部分;学生有没有在学习过程中获得方法,有没有提升能 力,可视为教师教学效果评价的一个因素,这也是各学科的教学要求。

依据学生的进步与发展,可以设立相应的评价指标,如学生的学业成绩、学生 能力以及对于该课程的方法的领悟等;此外,自高校展开评教工作后,学生评教在 高校中普遍使用,还有一种督导评价的方式也成为高校教师教学评价方式。学生评 教以及督导评价是学校对教师教学的一种督促手段,笔者将其作为评价教学的综合 指标,但教学是否有效关键还是看学生的发展情况。笔者认为,大学物理教学的有 效性,可以从学生的学业成绩、能力发展以及教学督导机构等进行综合评价。

7.2大学物理有效教学评价

经过一个学期的教学实验,得到了一些结论,主要分析了基于有效教学设计的 教学对学生自主学习能力、学业成绩以及解决物理问题能力的影响。评价采用定性 与定量相结合的方法,从多个方面对教学实施的效果进行综合评价。

1 .实验前后实验组和对照组自主学习能力比较

经过一个学期的教学,笔者在教学中注重激发学生学习兴趣,渗透学习方法, 学生的自主学习能力明显提高。实验中采用的心理学量表,从学习动机以及学习策 略两个方面出发,考察学生的自主学习能力。其中采用的量表结构分析如下:自主 学习量表由动机量表和策略量表两个部分构成。此外,这两部分分别包含了一些次 级维度。如动机分量表包含学习目标与价值、学习期望、学习归因,学习焦虑四个 维度;其中学习冃标与价值又包含内在与外在目标、定向和任务价值信念3个次级 维度;而学习策略分量表由计划,方法、反馈学习调节、学习总结与补救5个维度 组成,其中计划维度包含计划制定和时间管理2个次维度;学习调节由学习坚持性, 学习情绪管理和学习活动调节3个次维度组成。具体的调查问题为69个,见附录。 其中学习动机分量表包含30个问题,学习策略分量表为39个问题。该表中每一题 目均采用六点量表形式作答,得分越高,则说明自主学习能力越强。此量表的 Cronbach's Alpha即a系数为0.9以上,具有很好的内在信度。最后的实验结果为: 实验班以及对照班在实验前后的自主学习能力的两个分量表测量值,包括学习动机 学习策略两个分量表的均值、标准差以及均值卩检验,结果如表7J所示。

在实验前,对两个班进行了前测,从前测来看,两个班级之间的学习动机以及 学习策略之间存在一定的差异,并不是处于同一水平。考虑到有效教学研究要能激 发学生学习兴趣,并促进学生发展和进步,因此,实验中以自主学习能力水平相对 较弱的班为实验班,而以自主学习能力相对较强的班级为对照班。教学若能激发自 主学习能力较差的学生的学习兴趣,那么对改善教学效果有重要的借鉴意义。


表7・1实验前厉实验班和对照班的学习动机与学习策略的均值与标准差(M土SD)

组别

学习动机分量表

学习策略分量表

实验班(71)

108.0±13.2

140.4±18.6

 

123.0 15.1

159.9+19.2

T

2.88

3.64

对照班(74)

122.9±13.2

154.4 ±18.2

 

123.5±11.3

156.2±17.8

T

1.23

1.45

注:水衣小P<0.05, **农小PO.01

实验前后实验班动机分量表平均数差异检验中&2.88, P<0.01;达到0.01显著 水平,实验班策略分量表平均数差异检验中&3.64, P<0.01,达到0.01显著水平; 实验班教学中,教师注重采用多种形式激发学生兴趣,并注重学生参与课堂,在教 学中随时了解学生的情况,维持学生的学习动机。而对照班则除了上课时间与答疑 时间外,与学生接触较少,且课堂教学中以教师讲解为主,尤其是教学内容对学生 的吸引力不大,因此,实验班与对照班在动机分量表上表现出较大差异;学习策略 量表,是关于学生如何学习的量表分析。实验班中教师对于学生如何抄笔记、如何 分析教材中…些重点内容,以及遇到困难如何解决等在课堂教学中都有论及,如何 归纳知识、形成知识结构等,学生经过教师的指点,在实践中不断形成能力,学习 策略在实验前后有明显提升。対照班的学习动机以及学习策略没有显著变化。

此外,从学生访谈中也能体现这•点。组织学生访谈中,学生以下论述可以说 明教师的教学能够提高他们的自主学习能力。

① 教师理解并重视我们的学习基础,讲述内容难度适中;

② 教师经常与我们交流讨论,经常在课间指导我们做题;

③ 教师很尊重我们,会问我们对问题的想法,感觉上课没有压力;

④ 教师教学内容与教材既相关又有变动,促使我们仔细研究教材;

⑤ 教师讲述的例子与生活紧密联系,能引起我们的注意;

⑥ 多媒体教学很生动形象,与板书结合很好,能帮助我们理解物理图景;

⑦ 教师重视讲述学习的方法;如课前预习,课中有重点地记笔记,课后及时 复习。

⑧ 教学中,会提供练习机会,而不是完全由教师讲。

⑨ 教给我们做笔记的方法,如有重点地做笔记,先理解再记录。

⑩ 教师提供我们多种方式,如电话号码、邮箱等,有问题可以及时问;平时 有问题同学之间也会经常交流;教师采用的教学方法比较多,上课形式不单 调;

教学要满足学生的需求,学生已有的基础很重要,只有关注学生的起点才能使 学生在此基础上发展进步。有效教学的与学生学习行为密切相关,让学生参与课堂 教学并激发学生的学习动机是课堂有效教学的关键。教学中学生的学习反应能体现 他们对问题的理解程度,只有在教学中关注学生的反应并及时进行调整,才能使得 教学时刻满足学生的学习需求。学生认为多媒体课件是一种预设的教学过程,而课 堂中会出现一些难以预料的情况,难以更改思路;因此多数学生认为多媒体恰当使 用能激发他们的兴趣。此外访谈中学生提高教师的教学内容与教材有些出入,不太 适应。教师教会他们如何看教材,要重视教材内知识之间的内在关系,这样才能从 系统上掌握物理知识体系。

此外,对于实验班,分析了实验前后自主学习能力变化情况,分析的结果表示 了均值、标准差以及均值检验,具体数据如表所示。

表7・2实验前后实验班自主学习能力的平均值以及标准差(M土SD)

自主学习能力

实验前

24&4 ±31.8

实验后

282.9 34.5

**

T

13.8

注:水表示P<0.05, **表示P<0.01

 

由表7・2信息可知,P<0.01达到显著水平。由分析结果可以知道,在实验前后, 实验班的学生自主学习能力有显著提高。自主学习能力是在学习中不断养成的,需 要学工自身的努力,但也离不开教师的指导。正如学工所言/中学学习太依赖老师, 现在让我们自己自主学习,我们没有方法,也没有信心能够学好。我们需要老师帮


助,不断地提高自己学习的能力,才能学会独立学习”。教师在学生的成长过程,应 该能够给予及时的帮助,能够提供学习方法上的指导。其中学习动机是最重要的学 习动力,当学生遇到挫折,或是考试成绩不理想时,教师应该鼓励学生,并引导学 生将失败归因于自己的不努力,而不能让学生认为自己能力不行,放弃努力,强调 非智力因素在学习中的作用。

此外,对照班学生由于初始自主学习能力值相对较高,在经过一个学期学习后, 自主学习能力变化不显著,由表7・1数据可知,实验前后对照班学习动机以及学习 策略好于实验班,但是在教学中教师并没有给予相应的学习方法的指导,也没有采 用多种方式激发学生学习兴趣,教师注重教的过程,相比于实验班对学生的关心不 够,因此,经过一个学期的学习,学生的自主学习能力变化不大。而实验班通过适 当组织教学内容,并采用多样化教学方法,使得学生的自主学习能力显著提高。从 实验数据上显示,实验班自主学习能力值提高了 34,而对照班只提高了接近3的值。 可见,基于有效教学设计文本展开教学,在当前多数学生学习自主性不太高时,通 过改进教学方法以激发学习动机是一种有效途径。

2.实验前后实验班与对照班学业成绩比较分析

在实验前対两个班级作了 •次前测,前测试卷以高中物理教学水平为岀发点, 进行较为基础的能力测试,发现两个班级的物理成绩相当,不存在明显差异。后测 卷为大学物理期末统-考试卷,实验前、后实验班以及对-照班学生物理学业成绩以 及标准差如表7・3所示。

表7・3实验班与对照班实验前后学业成绩的平均值以及标准差(M土SD)

组别

前测

后测

实验班C74)

71.2+12.30

73.62+15.92

对照班(71)

70.8 11,35

61.87±23.24

T

1.20

4.03

 

注:*表示 P<0.05, **表示 P<0.01

从以上结果可以看岀,实验前,实验班以及对照班在前测平均成绩相差不大, 因为进校后同一专业学牛:是随机构成,两个班级学纶的物理成绩并不存在明显差异。 但是,实验班在最后期末考试中与对照班平均成绩相差很大,PO.01达到显著水平。 显然,实验班的学业成绩明显优于对照班。

此外,为了更深入对比学生的学业成绩,给出了实验班与对照班学生在各分数 段的分布情况。对照班在实验后成绩分布如表7・4所示,实验后实验班成绩如表7-5 所示。

7-4实验厉对照班学牛■学业成绩

分数段

10090

89.9 80

79.9 70

69.9 60

59.9 0

(优)

(良)

仲)

(及格)

(不及格)

人数

10

5

12

18

26

百分比

14.08%

7.04%

16.9%

25.35%

36.62%

平均分

61.87

 

及格率

63.38%

选课人数:71

 

表7-5实验后实验班学牛学业成绩

分数段

10090

(优)

89.980

(良)

79.9 70

(中)

69.9 60

(及格)

59.9 0

(不及格)

人数

28

8

4

19

15

百分比

37.84%

10.81%

5.41%

25.68%

20.27%

平均分

73.62

 

及格率

79.73%

选课人数:74

 

从学生的学业成绩来看,实验班的平均成绩与对照班平均成绩相差很大,差值 接近12分,各分数段人数差异显著,实验班优秀学生的比例明显大于对照班。物理 学习的兴趣可以促使学生喜欢学习,自然会使他们获得良好的学业成绩,虽整体成 绩并不是很高,但是相对于对照组,显示岀明显的优势。不过,从数据上仍能看出, 高分以及低分的人数较多,而中间人较少,呈现出明显的“骆驼双峰”现象。对丁 同一套试卷而言,学习认真且方法得当的学生,会觉得试卷难度不大;而不太认真 或是学习方法不当的学生会感觉很难。不能否认,学生进校时的录取分数线相差较 大,导致学生之间的两级分化现象比较明显,因此,很容易造成学业成绩上的“双 峰”现象。

从学牛:访谈了解到,学半认为掌握物理知识在于理解和应用,了解知识的形成 过程有助于理解知识,而在不同情境中使用知识可以深化对知识的理解,以达到灵 活应用知识,而不是死记硬背;教师的教学进度适中,教学重点突岀,信息量很大, 促使学生会课后花时间弄清楚讲述内容。也有学生认为教学中讲解例题的数量比较 欠缺;希望教师多讲例题,教师指导学生例题讲述不在于多,而在于精,希望学生 在透彻理解一道题的基础上,举一反三。此外,学生认为教师教学手段使用得当, 如多媒体与传统板书相结合,认为多媒体表述动画或图像时效果显著,而教师在推 导定律时采用板书则能很好的呈现物理思维过程。学生对教师的教学态度评价为认 真、敬业,能够时刻关注学生的需求。

实验中还得到了一个颇为费解的问题,缘何自主学习能力比较高的对照班会考 试成绩并不理想?该结论可能具有一定的偶然性,不能代表整休情况。但是,人学 教学中确实存在。首先,对学生的自主学习能力进行前测,学生对于物理学习机或 是学习策略是基于对高中物理的理解而形成的,但是,大学物理学习方法与高中学 习方法存在明显差异,因此,学习大学物理关键在于转变学习方法,而学生一些高 中形成的“背公式”、“轻过程重结论"、“知其然而不知其所以然”的学习方法并不 适用于大学物理学习。大学物理教学中会有这种现象,如教师对班级的整体感觉是 “很自觉3如上课认真抄笔记;上课很安静,纪律很好,感觉也在认真听,但是最 后的学习效果并不理想。从学生反馈来看,学生认为做过的题目会做,而只要稍微 改变,就不太会做了。可见’学生在很多情况下,是会做•道题,而不是会做•类 题,即知识的迁移能力较差。本实验中,对照班自主学习能力虽高于实验班,但是 由于教学过程中缺乏学习方法指导,传统教学也难以激发学生兴趣,因此学生的自 主学习能力以及学业成绩的提高明显不如实验班学生。另外,“有秩序”的教学并非 有效教学,有效教学需要学生的参与,只有当学生真正参与到教学中,教学才是有 效的。

3.学生物理问题解决能力比较分析

笔者在与同事商量和讨论后,对本学期的重点知识进行分析,最后编制了一套 试题以检验两个班级学生的问题解决能力,试题内容为经典力学与电磁学部分。试 题见附录,以了解学生的物理问题解决能力。共计四道题,总分40分,统计结果如 7-6所小:

表7・6实验班与对照班问题解决能力的均值以及标准差(M土SD)

组别

测验结果

实验班(74)

对照班71)

T

26.9±4.12

21.7±5.94

2.65

注:*表/j<P<0.05, **表示 P<0.01

结果显示,实验后实验班问题解决能力明显好于对照班,P<0.01存在显著性斧 异。选择此套试题的依据是:这些试题涉及了本学期中一些重要的教学内容,如质 点、刚体、以及电磁场,试题由核心的教学内容构成,除了第三题在平时作业中接 触过同种类型的习题外,其他三道题都有较大变化,能够很好地体现学生使用知识 解决新问题的能力。知识在新的情境中能够熟练应用,休现了知识的迁移以及保持。 下面对每题的解决情况进行分析:

第一题:质点系动量守恒定律的应用。关于动量守恒,很多同学基本上没有问 题,但是对相对速度表现岀很大困难。由于速度的矢量性,即使在一维情况下,学 生处理得也不是很好,在所有题中得分最低。实验班学生以地面为参照系应用动量 守恒定律的居多,而对照班不少学生以船为参照系应用动量守恒,没有判定船为非 惯性系,在船自身参考系中,船的动量不知如何表示。此外,实验班不少学生在速 度变换过程中采用图示法较多,以理解矢量的合成;而对照班学生这方面表现多为 放弃求解速度合成。

第二题,刚体与质点体系的动力学问题。由于质点以及刚体在不同章节进行了 深入研究,此题得分情况相对较好。虽课堂上经常出现质点与刚体体系的动力学问 题,但是很少考虑质点受空气阻力的情况,从学生答题情况来看,实验班的学生在 处理空气阻力时明显好于对照班的学生,对于有一些变化的情况,实验班学生基本 能够处理,即只要分析好力,解决方法与没有阻力时差不多。其中还有一处不同点 就是空气阻力为变力,因为空气阻力与物体运动速度有关。所以,需要学生会处理 变力情况下的力学方程。

第三题,主要考察学生对于电学中的高斯定理的掌握情况,因为此类题型在例 题以及作业中出现了此类例题,所以掌握情况还不错。可见,对于大学宇而言,他 们需要做大量的练习才能巩固一些知识,但是课时数的短缺使得教师很难在课堂上 讲大量的练习,因此需要学生自己课后做作业。从学生的作业情况看,实验班明显 要好于对照班。学生对物理感兴趣,且能够采用多种方式处理问题,如课后问教师, 或问同学,学生还采用电了邮件或是电话的方式与教师联系,采用多种方式解决作 业问题。

第四题,电磁学与动力学的综合题。平时没有接触过此类题目,需要学生能够 将力学知识、电磁学知识综合应用。第四题从难度上看,比第一题难,但是第四题 得分比第一题要高,因为第四题将所有问题进行细化,给学生铺设了台阶,因此最 后在问题指引下学生回答情况较好,而实验班学生的情况也明显好于对照班。

学生问题解决能力的提高,并不是通过多做题就能提高的,而在于学生碰到问 题能够将问题进行表征,能够将物理问题数学化,再应用相应的数学方法处理以得 到相应的结论。

4 •学生评教的情况

对于有效教学的研究,国外很多专家主张,将学生对教师的评价作为一个重要 的组成部分。现今国内很多高校都有学生评教系统,以此作为教师教学效果的•个 垂要参数。笔者给出了实验学期学生评教的得分情况,具体结果见表7-7,笔者发 现实验班打分低于对照班近三分。从评教的指标来看,教学态度、普通话以及用字 规范儿个方面在两个班级中并无太大差异,差别较大的是教学内容的组织以及呈现 方式、以及教学方法。实验班学生对教学内容的调整、教学中教师让学生参与教学 以及希望他们自己动手做题,最初有排斥情绪,从中期的学生访谈可以看出。尤其 •些基础较差的学生,由于过度地依赖教师讲解,而不愿意自己思考问题,在心 中形成抵触情绪。此外,学生对教学内容的重组、教学方法的转变有一个适应期, 当逐渐习惯、并获得进步时教与学的不适应将逐渐消失。需要申明的是,学生评教 工作是在学期中间进行,很难体现整个学期的学习效果。笔者给出学生的评教结果, 也从侧面反映出,学生对于有效教学的参与的重要性,学生的原有学习方式、学生 对教学变革的认同度等都会影响教学实施。笔者在另外一个重修班也进行了试点, 由于授课人数少,且学生对物理知识的整体性有大致了解,因此对教学内容重组有 更好的认同感。

表7-7 2009-2010第二学期学牛评教情况

评价班级(人数)

参评人数

评价得分

总评得分:92.977

重修班(29)

28

94.643

实验班74)

74

91.284

对照班71)

71

94.085

 

教学需要不断地改革与完善,教学的效果也需要时间的沉淀。实验班最终的学 业成绩以及能力方面表现出的进步使笔者感到欣慰,学期末学生对自己工作的肯定 让笔者感到自己付出的努力是值得的。基于对教学内容以及教学方法的设计的不断 反思,笔者不断改进教学,在学生评教中取得明显的进步。以卜•是笔者在教学实验 后…个学期的学生评教得分情况,见表7・8。

学生评教作为反映教学效果的一个重要因素,在一定程度上肯定了笔者在课堂 教学中取得的成绩。教学实验取得的成效,也印证了…个事实:教学理论指导实践 需要教师的参与,当教师能够以科学的理论指导教学,以学生的发展为出发点,学 生能够体会到教师对教学的热爱,对学生的关爱,学生在情感上的认同,会促使他 们参与课堂学习。

表7-8 2010-2011学年第一学期学生评教情况

班级人数

参评人数

评价得分

总评得分:96.25

99

98

94.796

69

69

96.739

72

72

97.292

69

69

96.739

 

5”其他形式了解教学效果

1)学生访谈

在教学实验过程中,为及时了解教学实施情况,笔者进行了中期访谈,访谈的 学牛人数为10人,中期访谈的提纲见附录。在访谈中,最初学牛•比较紧张,随着访


谈的进行,学生的话语逐渐增多,对课堂教学表达了自己的见解。最后是让学生谈 一些对教学的意见,以供教师改变课堂教学行为。

2)同事评价以及督导组评价

此外,教学实验期间,笔者邀请了物理教研室主任陈老师以及学校督导组组长 马老师去听课,并及时给予教学意见,在此笔者谨向两位教师表示真挚的谢意。作 为一个教学团队,同事对木次的教学实验给予了很大的支持,如教学班级的安排(同 专业)、授课时间的安排(同一天)、以及授课进度的自由度等等。此外,对教学中 一些问题的理解、教学内容的组织以及教学方法的选取等,他们都给予了很多启发 性的建议,包括笔者上课时对问题的阐述方式、讨论教学中课堂管理策略等都给予 指导。在整个过程中,他们关注课堂的教学效果,也关注笔者的成长。对于此次实 验,陈老师和马老师对笔者的教学评价如下:

陈主任评价:该教师在高校中积极开展教学改革,表现极大的教学热情,重视 教学对学生发展的影响,结合自己的教学工作展开教学研究,并取得一定的教学成 果。该教师选择以大学物理有效教学研究为课题,为提高工科大学物理教学质量有 现实的指导意义。基于对学习理论的梳理,从理论层面探索大学物理有效教学设计, 以教师分析教材、引入科研成果以及网络资源等形式生成教学内容,极大地丰富了 教学资源,恰到好处地使用多媒体技术,激发学生的兴趣;此外,対特定的教学内 容,结合教学实情,以学生发展为前提,采用变式教学、相似性教学、以及主题教 学,注重讨论式教学,教学中讲授内容重点突出,表达清楚。讲授过程中重视启发 学生思维,关注学生参与课堂,并能够很好的驾驭课堂,有较好的教学组织和管理 能力。从整个学期的教学实验来看,学生在学业成绩、自主学习能力等方面都得到 了发展,可见,此次教学实验取得的成果是值得肯定的,以科学方式组织教学内容、 以合理的教学方法实施教学,能明显地提高课堂教学效果,促进大学物理有效教学 的生成。

马老师评价:我作为一名长期从事大学基础物理教学的教师,对该教师所进行 的大学基础物理的教学改革一直有所关注。作为学校督导组的一名成员,也经常听 高老师的课,并且以验收组的身份,参加了对该教师有关主题教学的教改项目的验 收。对于高老师关于教学方式改革的工作,我有以下几点看法:

① 该老师根据不同的教学内容采取不同的教学方式,这种尝试是有意义的,实 践的效果也是比较好的。

② 对于质点运动学采用变式教学,配合以视频和动画,并且引导学生自己逐步 建立一般运动描述的方法和概念,有新意,对我也有启发。这有利于学生摆脱中学 建立的有关常量的死板概念,尽快进入大学物理的语境。

③ 对电磁学的相关部分,采用相似式教学方式,可以使学生将类似的方法和概 念沟通起来,做到举「反三,融会贯通。这方面的工作还可以进一步拓展,譬如通 量的概念,可以将流量,电通量,磁通量,电流强度(电流密度通量)等联系起来。

④ 对单摆的教学,采用主题式,也是启发性的。这比较大地拓展了原来的教学 内容,而且引入了非线性物理的图像,内容比教材内容丰富许多。

7.3教学反思

7.3.1对教学实施策略的反思

以有效教学理论为指导,进行大学物理有效教学设计,需要注重对学生已有知 识经验的衔接,注重消除已经形成的思维定势的影响,注重挖掘教材中教学内容的 内在联系,采用多种教学方式,使教学不限于固定的教学模式。在多样化的教学活 动中,始终将学生置于教学的中心位置,考虑学生起点、考虑学生的认知风格,让 学生在理解知识时体会知识的内在联系。此外,教学中通过多媒体辅助教学手段, 将多媒体的功能真正体现出来,而不是视多媒体为电子黑板,多媒体展示的是生动 的、难以表达的物理现象以及原理。此外,多媒体为教学提供真实的问题情境,将 知识建构融于问题解决之中。学生对教学中多媒体的评价为适度,是在最需要的时 候采用,而不是形式化地使用多媒体。教学中讲解基本的学习方法、物理思想以及 物理方法,对学生学习物理有很大帮助,很多学生意识到物理应该自己多领悟,而 不能单靠教师讲,只有理解并吸收的知识才是牢固的。

在教学过程中,笔者注重学生参与课堂,而不是由教师掌控课堂,学生在课堂 上积极发言,勇于提出自己的见解,教师鼓励学生积极发言,在这种平等融洽的氛 围中,学生最大的感受是自己在课堂中受到了重视。教学中教师也进行学习方法的 指导,如课前督促预习(若没有预习给他们几分钟时间自己看),课后回去复习并完 成作业,鼓励学生之间相互探讨问题,教师也提供各种方式的帮助,如打电话、发 电了邮件等方式,以及课前、课间等时间与学生讨论问题等。日积月累,学生逐渐 形成自己学习以及主动学习的习惯,逐渐掌握学习策略。学习兴趣是最好的老师, 为了激发学生兴趣,教师注重将图像、动态过程、计算机模拟、物理学史等内容融 于教学过程,让理论性强的物理教学变得丰富多彩。除了物理内容,教师还给学生 传授有关学习的理论,讣他们利用科学的学习理论理解学习,如采用联想、记忆、 重复以及协商的方式,这些理论可以帮助学生理解自己是如何学习的,也有助于学 生更好地学习。

关于物理的学习方法,不是单纯的方法论的讲解,而是融合在物理教学过程中。 处理刚体以及质点运动时,笔者多次采用类比的方法,比较质点以及刚休的运动学 以及动力学特征;电场与磁场存在相似性,这种相似性是进行两种场类比研究的根 源;物理中的数学方法存在于物理定律中、微积分发明的历史中以及习题的解答中, 这些方法可直接应用于解决问题的过程之中。物理学的灵魂是物理思想以及方法, 没有思想与方法,学生学到的支离破碎的知识对他们的能力发展影响有限。学生步 入社会后,…些物理知识在•段时间后会慢慢淡忘,而…些方法以及思想会在工作 中不断应用。如类比法,在各个领域中会经常使用,它是…种将抽象思维和形象思 维融为•体的独特的思维方法。善于应用类比,可以加深对研究对象的认识,可以 激发人们的想象力,打破传统思维的朿缚,确立新的方向。物理学独特的结构为类 比法运用提供了可能。德国KPK物理教学大部分是建立在类比方法的基础上,这种 类比不仅体现在物理学各分支学科之间,而且还可以把化学、信息学和近代物理的 部分内容包括进来开展广泛的类比,如力学中动量与电学中电量、热学中爛以及化 学中物质的量相类比(吴国壬分,2010),从而实现理解概念和简化认知的目的。

此外,基于问题的学习有助于提高学生解决问题的能力,也能使学生掌握解决 现实问题的方法,能够激发学生的兴趣,激活学生的思维。但是,基于问题的学习, 也有一定的局限性,即费时较多,因此,教学中很不宜经常采用。但是,基于问题 的学习不必追求完整的形式,可以以“问题”为核心,探讨解决问题的方法和思路, 或是预期解决问题过程中存在哪些障碍等,问题解决过程可以由学生在课后完成, 并以论文形式呈现完整的解决问题的过程。

732对教学效果的反思

本论文采用精心设计的教学方案实施教学,采用测量工具进行测评,研究发现, 基于有效教学的理念,对大学物理教学目标、教学內容、教学方法进行阐释并实施 教学,最终对学生、对教师两方面都产生了积极的影响。在对实验进行分析以及总 结的过程中,笔者认为实施大学物理有效教学研究,虽取得一定的成绩,但也有尚 需改进的地方。

1. 有效教学提升学生学业成绩还有较大空间

实验班学生的学业成绩与对照班相比有明显的提高,实验班优秀学生比例达到 四成,不及格的学生比例明显低于对照班。但是也不能忽略一个事实,实验班的不 及格率仍然很高,达到两成。这有多方面的原因,一是学生还没有适应大学的学习; 一是大学物理上册的教学内容本身有一定的难度,尤其是电磁学部分,学生很难迅 速掌握电场与磁场之间的相似性,在一段时间后或许能够顿悟电场与磁场之间的相 似点以及不同点。虽然学生的学业成绩仍然不是很理想,但是在整个背景下比较, 却发现,实验班的学业成绩明显优于对照班,从学业成绩来比较,可以认为基于有 效教学设计的教学研究能够提高学生学业成绩,并且随着吋间的不断推移,这种效 果将更加显著,有利于学生从成功中获得信心,在此基础上获得更大的成功。

2. 有效教学提高了学生自主学习能力,但仍需进一步强化

经过一个学期的学习,学生的学习动机以及学习策略等都发生了显著变化,即 自主学习能力有了显著提高。当教师采用各种手段激发学生兴趣吋,学生的内在动 机被激发,从而可以维持他们持续的学习动力。当学习有…定的方法吋,学生会尝 试自己学习,从而逐渐提高了自主学习能力。但是也不能否认,在实验过程中,有 些学生对大学物理课程不感兴趣,上课时可能表现很积极,但是课后很难自觉完成 作业,也不能督促自己学习,从上交的作业中发现,有少数学生抄袭作业。在实验 结束后,还需要进一步稳定以及提高自主学习能力。

3•应该更加关注学生解决问题的思维过程

基于问题的学习,以解决问题为核心目标,在分析、解决问题的过程中,能够 逐渐提高学生解决问题的能力。教学中提供学牛-结构不良的问题,能够发散学生的 思维,而不是从数据想公式、再试公式是否可行。常规的问题,构造的理想模型与


实际问题相差太大,不利于发展学生的能力。基于问题的学习,能够弥补传统教学 的不足,有助于培养和提高学生知识的应用能力和问题解决能力。

4 •有效教学能够提高教师的专业技能

实施有效教学的实验研究后发现,学生评教显示教师的专业技能不断提高,而 其他督察机构如督导组对教师的评价也体现了这一点。教学研究是教师不断发现教 学问题并设法解决问题的过程,教师需要对问题进行分析,需要采取相应的手段解 决问题,需要教师综合应用学科知识、教学知识。在教学研究过程中,教师的实践 与反思能够不断提高教师的专业技能。


第八章结论与反思

有效教学是人类教学追求的理想形式,实现有效教学需要将教学理想转化为教 学理念,在教学实践中践行教学理念,才能实现有效教学。有效教学是课堂教学的 生命线,是学生发展与进步的起点,以学生的发展为目标可以敦促我们为此不断努 力。基于有效教学丰富的理论成果,以有效教学设计实施教学,开展有效教学的实 证研究,论文为探索有效教学提供了行之有效的路径。

结论

教学的有效性落到实处就是教师的课堂教学,如果将自然课堂情境中的学习作 为设计所需要解决的问题,教学的核心任务就是教学设计活动。本论文从有效教学 的理论成果出发,基于大学物理教学的现实之需,以有效教学设计为理论基础,以 有效教学设计为指南实施教学,论文得到了如下结论:

L有效教学具有整合的理论基础

有效教学应该建立在科学的、全面的理论基础之上,要符合教和学的本质过程。 有效教学设计以认知建构主义为学习理论基础,以创设基于情境的学习环境为目标, 辅以各种手段激活学生的学习动机,使教学能够引起并维持学生的学习兴趣,促使 学生参与教学过程,实现有效的“教”和有效的“学”的统…。以物理学科为载体 的有效教学,关注学生的全面发展,实现学生的学科知识、发展能力以及培养素质 三者的有机融合。

2 •有效教学应该具有多维教学目标

有效教学目标应该摆脱单一的学习成绩评价模式,而是以学生的全面发展为宗 旨。学生的发展,并不能以成绩论断,学生有多方面的能力发展需求。确定教学目 标时,要考虑大学生的特性,如学习应该为工作做准备,学习是为了学会学习的方 法以便独立学习。论文中以提升学生学业成绩、培养学生自主学习能力以及问题解 决能力为教学目标,体现了大学物理教学应该发展学生知识、能力以及素养的课程 教学目标。

3. 有效教学内容设计应该呈现多样性

有效教学内容设计,详尽阐释了教学内容生成的多种途径,包括源于教材分析、 源于科学研究以及源于丰富的网络资源;阐述了教学内容生成的多维原则,包括适 宜性原则、整体性原则以及教育性原则;最后阐释了教学内容呈现的多维方式,包 括表层方式以及深层方式;多种途径、多种方式极大地丰富了教学内容,改变传统 教学内容单一、陈|口的局面,在实践中获得了很好的教学效果。

4. 有效教学方法应具有适应性和多元性

教学内容决定教学方法,论文借鉴学习理论的整合思想,从教学内容的核心要 ——知识属性入手,阐释了教学方法与知识属性的内在关系。知识属性的多样性 以及孑盾性,决定了教学方法的多样性;知识的客观性、确定性以及系统性说明讲 授法是最有效的教学方法。基于物理教学特点,论文提出了启发式讲授、讨论式教 学以及习题教学几种典型的教学方法;根据物理学科知识内在特点,提出了变式教 学、相似性教学以及主题式教学等多元教学方法,以丰富课堂教学。

5•多维度全面评价发现有效教学实施能够促进教学的有效

以有效教学设计为前提实施教学能否促成有效教学需要进行科学评价。从教学 评价结果来看,有效教学设计能够促成有效教学的实现,具体体现在以下儿个方面:

① 能够提高学生的自主学习能力。实验班学生的学习动机以及学习策略有显著 提高,表现在自主学习能力显著高于对照班。

② 能够提高学生的学业成绩。不论是平均成绩,还是优秀学生的比例等,实验 班都明显好于对照班。

③ 能够提高学生解决问题的能力。由问题测试卷成绩可以看出,实验班学生解 决问题的能力明显高于对照班。

④ 能够提高教师的教学水平。从学生以及督导评价来看,进行有效教学设计, 实行有效教学研究,能够提高教师教学水平,能够促进教师专业发展。

8.2反思

有效教学研究关注教学设计,以有效教学设计为前提展开探索需要教师具备教 学设计能力。大学进行教学研究,有特定的环境以及特定的主体,高校教师以及大 学生是影响有效教学开展的重要因素。

8.2.1高校教师的责任以及教学能力现状

教师是实施有效教学的重要因素,大学实行有效教学研究,研究者与执行者是 高校教师。高校教师有自身的独特性,其独特性源于高校教师的多重责任,而多重 责任中忽视了教师教学能力发展,使教师教学能力成为有效教学研究的“瓶颈”问 题。

在现代社会,高校教师被视为高等教育改革的中心和核心要素,甚至被视为学 校与教学革新的心脏,它能最大程度地重建和振兴一个国家的教育希望(乔连全等, 2006),高校教师的发展成为高等教育发展的强大推动力。高等院校要求高校教师具 有高深的知识,这是学术活动的前提;要求教师不断学习新的高深知识,更新知识 结构,适应学术发展的需求;教师教学能力是对所有教师的能力要求,不论什么类 型的学校,都要求教师具有较高的教学水平和教学能力;高校教学要服务于社会, 因此,高校教师也要承担起服务于社会的责任,为社会的发展贡献自己的力量。

随着高等学校不断扩招,高校教师队伍不断扩大,为高等教育教师队伍注入了 新鲜的血液,但也为高等教育的教学产生了…定的负面影响。现在高校从事教学的 教师儿乎都是博士、硕士,「大批具有高深知识的年轻教师进入到学术领域,有利 于大学的发展。很多年轻教师从综合大学毕业,有扎实的本科阶段知识的基础,却 缺乏有关教学的基本知识,如缺乏基本的教学能力,缺少教学理论知识等,教学质 量有待提高。

高校中除了新进的大批年轻教师,还有一直工作在教学一线多年的老教师。老 教师由于承担了大量的教学、科研以及社会服务工作,很难安排老教师参加专业培 训更新知识,也难以从制度上对老教师的知识更新进行安排。老教师对教学的认知, 缺乏新的教学理论知识,依然停留在他们所受教育的年代,使得高校教学中一言堂 的情形处处可见(李志峰等,2008)。

高校教师科学研究需耍专业化,教学要求其掌握多维知识结构,两者之间很难 协调发展。高校教师不仅要具备学者的资格,还要能够做一位好教师,而这两种条 件并不一定完全吻合(韦伯,2004)o高校教师在某一领域研究中有独到的见解,但


是过于专门化的研究与教学的目的存在一定的差异。高校教师如何在自己的专业以 及教学所需的丰富知识之间寻求“专”和“博”的平衡是亟待解决的问题。

针对高校规模不断发展与教学之间的矛盾,高校针对教学问题进行改革,但是 这种改革是自上而下的改革,少有教师自发进行教学改革以提高教学质量。高校教 师对教学改革的“不热心”是受高校教师考评制度的影响,高校教师困惑于学校强 调以教学工作为中心却每年以科研为硬指标进行考核。高校中,没有完不成教学工 作量的教师,但是完不成科研工作量的教师却不少。教师晋级是一件关乎事业前程 的大事,职称与工资挂钩,还与岗位津贴密切相关。即使在以教学为工作重心的教 学型高校,晋级中也没有休现教学的价值,评价的指标为科研项目以及学术论文的 数量和质量。

教学与科研是高校教育工作者的主要任务,高等教育需要为社会、为学科研究 负责,还需为培养的人才负责。教学,是高校教育工作者职业生涯中的一个重要组 成部分,是教师要履行的职责,也是生活中的一个重要组成部分。从大学的发展史 和大学在社会中的本质功能来看,大学的根本意义是培养人才。人才的培养必须通 过教学环节,只有高质量的教学才能培养高质量的人才。只有高校教师以极大的教 学热情投入教学,积极地进行教学改革,才能促进教学质量的提高,才能培养出高 质量的人才。

8.2.2大学生群体的多样性

t比界高等教育改革理念强调以学生为中心,学生的需要应成为教学改革的出发 点。考察学生的需要,应该从大学生群体的特点出发,而多样性已经成为我国乃至 世界高等教育阶段大学生群体的一个基本特征。大学生群体是一个由许多独特个体 汇聚起来的复杂整体,存在种族、宗教、文化、学习方式、行为、能力、兴趣等诸 多方面的差异性和特殊性,这种差异性和特殊性构成了大学生群体的多样性。

长期以来,我国在大学生发展问题上过分注重大学生共同发展,强调统一性而 忽视了大学生的多样性,不利于创造性人才的成长。大学阶段过窄的专业教育,过 强的功利不利于创新性人才的培养,统一规格的人才不能适应急剧变化的现代社会。 基于大学半群体的多样性,大学要革除传统教育的弊端而实施素质教育。教育要重 视学生的个性,要重视学生的差异,而不是抹杀学生的个性。承认大学生群体多样 性,意味着教学应该以大学生的多样性的学习需求为起点。教学应该以学生的学习 需求促进教学,以建构教学策略满足学生多样化的发展需求。大学教学不仅仅是传 授学生知识,让学生掌握必要的基木知识、基本技能,更要着眼于学生的终身教育 和终身学习,要交给学生学习方法,帮助学生扩大视野,启发学生的思维。

髙等教育大众化已经在一定程度上影响了教学质量的提升,特别是大学生多样 性特征的彰显使“模式化”教学面临口大挑战。大学生的多样性,需要教师对教学 目标、内容、方法以及评价等多方面进行改革,使之满足大学生群体多样性的学习 需求。以有效教学设计为前提探索有效教学,提供了全面理解学生的方式,并在理 解学生的基础上,设定正确的教学目标,选择适宜的教学内容,采用多元的教学方 法,以实现学生的有效学习。

8.2.3大学物理有效教学的几点建议

1 •转变教学观念,确定正确的教学目标

观念是人蕴含在经验尝试、理论知识中最…般的思想和看法,对人的思想和行 为起根本的指示和规范作用,观念的正确与否直接影响到行为结果。只有树立正确 的教学观念,才能设置科学合理的教学目标。只有正确的教学目标才能引领正确的 教学内容,才能选择适宜的教学方法,并采用科学的方法评价教学。教师的教学目 标决定了其教学行为方式,只有确立正确的教学目标,关注学生的发展,才会引伸 出正确的教学设计、教学实施以及教学评价。教学目标是开展有效教学的首耍环节, 要从根本上提升课堂教学的效率以及质量,就必须关注教学目标。教学目标要从教 学整体的功能出发探讨其合理性,只有教学目标是合理的,适合于学生发展的,那 么教学活动才会产生有效的结果。教学目标的正确性、合理性建立在学生的基础之 上,合理的教学目标应该追求教学行为功能的最优化,而不是最大化。教学目标不 仅指向明确的结果如考试成绩,还应该包括学生的学习兴趣、愿望、态度、体验以 及能力等因素,这些因素比考试成绩更能长久地影响学生发展(吴刚平,2009)。

2•转变课堂教学范式,实现师生角色转换

传统的课堂教学中,以教师的教为主,很少关注学牛:的学。教学就是教师对学 生单向的灌输活动,教和学的过程是剥离的,教师负责教,学生负责学。新的教育 理念需要将教与学进行统一,强调教学是教和学的交往活动,强调教学是师生之间 相互交流、相互沟通以及相互启发的过程。教师为主导、学生为主体的教学思想可 以改变满堂灌或是满堂动的格局。师生在课堂中的角色不是固定的,教师讲学生听、 当学生讲时,教师要认真聆听;学生构建知识时,教师是观察者、指导者以及监督 者。在现代教学理念下,教师与学生呈现多种角色关系。

3•关注多元教学方法,强调探究教学的适度性

当教学媒休技术不断丰富时,教学手段以及教学方法日趋多元化。课堂教学可 以同时采用多种方法,如将启发式教学融于讲授之中,将基于问题的教学融于习题 教学之中,同样也能在习题教学中进行探究教学。多元教学方法有利于改变传统灌 输式教学方式,有利于丰富课堂教学方法以适宜学生多元学习方式。重视探究教学 对大学生创新能力的培养,创设条件让学生在探究中构建知识以及领略科学研究的 方法。大学生不断丰富的知识基础,探究意识不断增强,为探究教学提供了前提保 障。另一方面,高校教师承担课题研究,位于本学科发展前沿,除了可以将最新成 果以及该领域的最新动向引入教学,还能为教学注入科研元素。教师应该为学生提 供科学探究的机会,在方法上以及思想上指导学生,使学生逐渐形成科学探究的能 力。

探究教学不能流于形式,而要注重探究的“质量”,在大学教学吋数紧缺吋,更 应该关注探究教学的质量,“适度”应用探究教学。

8.3研究不足及展望

基于有效教学的理论成果,以大学物理为载体,尝试从理论与实践两层面探索 有效教学。实验结果表明,以有效教学设计为前提,能够促进有效教学的实现。但 是,本论文中述存在以下不足,也是后续将要探索的方向:

1 •影响有效教学的因素有很多,原有的有效教学的相关文献是针对基础教育的, 将基础教育一些思想移植到大学物理教学的相关研究之适切性仍需更多实验证实。

2.论文主要从教学设计的视角来探讨有效教学的理论阐释,还有待经历过程性 评价呈现其有效。

最后,笔者借用单摆的复杂行为以阐释有效教学研究之路径:教学是…个非线 性系统,系统内每一个因素变化都会对教学产生不可预期的影响,会产生“蝴蝶效 应”。虽然人类对教学的木质还没有达成共识,有效教学的紧迫性迫使人类采用各种 方式探索实现有效教学之路径。随着人们对教学的木质理解不断深入,人类将逐渐 认识到并能预期教学非线性系统中各因素对教学效果的影响,那么有效教学的探索 将更加科学化、合理化。


附录1问题解决能力测试试卷

1质量为川。、长为L的小船静止在河中,小船的两头分别站着质量为“和 5、 大于加2)的两人,他们同时相对船以相对速率必走向原位于船正中但固定在河中的 木桩上(如附录图・1所示)。若忽略了水对船的阻力作用,试问:

(1) 谁先走到木桩处?

(2) 他用了多长时间? Q n 9

附录图“人在船上运动

2如附录图・2所示,质量为加的物体与绕在定滑轮上的轻绳相连且绳子足够长,定 滑轮质量M = 2m,半径为转轴光滑,物体在运动过程中受到的阻力数值与其 速率成正比,即=kv7仝为常数,设(=0时,v = 0,求:

(1) 物体下落速度与时间的关系;

(2) 物体下落的最大速度为多少? /

3) 物体到达最大速度时,绳中张力为多少? 厂

附录图・2质点刚体运动
3 —个半径为&的导体球位于导体球壳中心,球壳内半径为R?,外半径为R3, 果整个内球带电+q,整个外球壳上带电+Q。求

1) 电荷在外球壳上的分布;

2) 空间场强的分布;(用高斯定理求解)

3) 空间电势分布;

4假设在绕地球匀速率运动的飞船上做下面的实验,在桌面上放一带电+q,质量为 m、初速度为零的物体(处于完全失重状态),物体与桌面的摩擦系数为“,物体处 于大小分别为E和B的匀强电场和匀强磁场中,如附录图・3所示,试完成下列问题;

1)根据牛顿第二定律,列出物体运动的微分方程(即动力学方程,不考虑相对论效

应);

2) 物体自静止开始运动起的位移和速 度之间的关系;

3) 物体自开始运动起到速度为匀速运 动吋速度的…半吋所经历的位移;

4) 物体自开始运动起到运毒为匀速运 动时的…半吋,带电物体电势能的变 化为多少?

附录图・3电磁场力洋问题


附录2中期访谈提纲

1你喜欢物理吗?

2教师课前准备充分吗?

3教师讲课时重点突出吗?讲课时表达清楚吗?

4教师在讲课过程中能启发你的思维吗?

5你一般在课堂上会作笔记吗?会积极参与习题讨论吗?

6你认为教师讲课时物理方法与思想突出吗?

7教师的多媒体课件使用效果怎样?

8你们怎么看待预习和复习的?作业情况怎样?

9你们认为哪种教学方式最有效?

10教师教学中与实际联系紧密吗,对你解决问题的能力有提高?

11你采取什么样的学习方式?

附录3高校物理教师教学设计情况调查问卷

尊敬的老师:

您好!非常感谢您参与这次问卷调查,本调查旨在了解一线教师的教学设计情况, 从而获得教师对教学设计继续学习的需求信息。本问卷为匿名形式,不涉及对学校 和个人的具体评价,请大家不要有任何顾虑,尊重自己的真实感受作答。

镇承地感谢您的支持!

一您的个人信息

1您的性别 A JB女

2您的学历:A本科师范专业B本科非师范专业C教育学专业研究生D非教 育类研究半

3您的教龄:A 2年以下 B 3・5年,C6-9年,D10-15 E 15年以上

4通常情况下您所教班级人数 A 30人左右 B70人左右

二选择题和填空题

1您认为,哪种课型的教学设计难度最人?(限选2项)( )

A新授课 B练习课C测试课 D综合实践课 E讲评课 F复习课

G其他请补充

2(1)在您进行教学设计时,您认为以下哪些环节最重要邙艮选4项)( )

(2)对您而言,哪些设计难度最大?(限选2项)(

A导入设计B问题情境设计 C练习设计 D板书设计

E提问设计F例题

 

设计

G讨论设计 H活动设计 I小结设计 J其他,请补充

3 (1)下列选项是物理或数学学科的学习结果,您认为,学生数学或物理学习的重

点是(限选3项)( )

A事实B概念C原理 D定理定律E问题解决F思想方法G认知策略 H应用技能 I情感态度 J其他,请补充

2)您是否考虑根据不同的学习结果进行不同的教学设计 A是 B否

4物理学科与其他学科相比,有哪些显著特点?(请填写)

5 (1)您系统地学过以下哪些课程(可多选) ( )

A教学理论 B学习理论C物理教学法D教学设计E都没有学过

2)如果学习过,您认为这些理论学习,对您的日常教学设计的影响 ()

A很大B —般 C根本没什么用 D不太清楚

6您认为教学设计对教师或教学质量有哪些影响?

A起基础作用,只能为教学质量保底 B起关键或决定性作用

C因为课堂生成性很大,几乎没有作用D形式化过程,反而加重了我的工作负担

7(1)您对自己教学设计的评价:( )

A不太好 E—般 C较好 D很好


2)根据您的经验和感受,请写出影响您教学设计能力的主要因素

8 (1)您进行教学设计时遇到的困难是(可多选)( )

A教学目标的确定和细化B不知如何分析学生 C教学方法的选择 D缺乏资料和条件 E评价方式的设计F教学内容的分析和把握 G教学目标、内容、策略、评价的整体搭配和优化

H其他,请写出

2)遇到这些教学设计困难时,您一般会如何处理?( )

A凭经验,很少放在心上 B自主钻研,学习相关理论C上网寻求帮助

D尽快请教有经验的教师 E先记录下来,在教研活动中提出

F其他,请写出

9 (1)您接受过教学设计理论知识、方法和技能方面的专门培训吗? A B否

2) 如果是,您认为以往的教学设计培训对您日常教学设计的影响

A很大B 一般 C根本没有 D不太清垒

3) 请写出您对此类培训的期待和建议

10您认为以下哪些方式更能有效地提高教师教学设计能力(限选4项)

A自主学习教学设计相关理论和方法B基本备课

C多听课观摩优秀教师课堂教学D坚持精心设计和书写教案,不断反思和积累

E教研员或有经验教师个别指导 F专家讲座

G物理教学设计理论和方法系统集中面授培训(结合案例)

H物理教学设计理论和方法的相关教材(带案例)

I物理教学设计理论和方法的网络课程(带案例)以及网站资源或论坛

J教学设计理论和方法(带案例)在线学习帮助系统

匕其他,请补充

11在进行教学设计时,您关注的重点是 邙艮选3项)( )

A课程标准B教学目标C教材D学生E教法F教学活动G媒体运用

H教学语言[板书书写 J其他请补充

附录4大学物理自主学习能力调查问卷

同学:您好!这是一份关于您学习情况的调查表,每道题描述的都是一种情境,请 您根据自己的情况,结合物理学习情况,对照题目一一作答。本调杳仅作为科学研 究使用,与您的学习和道德评价毫无关系,不用署名,因此无需有任何顾虑,请如 实作答。本问卷的记分方式为:非常不符合1,不符合2,比较不符合3,比较符合 4,符合5,非常符合6。请在符合你情况的分值上面画O,谢谢您的合作! 性别:  年级:

项目

分值

非常不符合T非常符合

1

我经常能从物理学习中找到乐趣

1 2

3

4

5

6

2

我努力学习是为了以后有好的前途

1 2

3

4

5

6

3

如果我付出必要的努力,我一定能解决大多数的问题

1 2

3

4

5

6

4

我努力取得好成绩是为了获取奖学金

1 2

3

4

5

6

5

我认为大学里学习的东西对我很有用

1 2

3

4

5

6

6

我经常为了学习的事情紧张焦虑

1 2

3

4

5

6

7

我能安排好我的学习时间

1 2

3

4

5

6

8

我想通过大学学到更多有用的知识

1 2

3

4

5

6

9

如果我付出足够的努丿J就能理解学习的内容

1 2

3

4

5

6

10

我非常关心自己的学习成绩在班里的排名

1 2

3

4

5

6

11

我想我能够把学习到的知识应用到实践中

1 2

3

4

5

6


12

考试的时候,如果不能冋忆起所学的知识,我会感到很紧张

1

2

3

4

5

6

13

我经常从学习屮获得满足感

1

2

3

4

5

6

14

我努力学习是为了以肩能找到好的工作

1

2

3

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5

6

15

人学学习成绩好丄耍靠勤奋

1

2

3

4

5

6

16

我常常利别人比较学习成绩

1

2

3

4

5

6

17

不能取得好的学习效果时我会担心

1

2

3

4

5

6

18

我对学习感兴趣

1

2

3

4

5

6

19

我努力学习是为了完善自我

1

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3

4

5

6

20

学习失败是我努力不够

1

2

3

4

5

6

21

考试时,我担心自己会考得很差

1

2

3

4

5

6

22

我觉得自己的自我控制能力很强

1

2

3

4

5

6

23

对我来说,掌握所学的知识是重要的

1

2

3

4

5

6

24

对设定的目标,我经过努力总能实现

1

2

3

4

5

6

25

我能处理好学习与课外活动的关系

1

2

3

4

5

6

26

我认为广泛地阅读课外读物对学习很垂要

1

2

3

4

5

6

27

如果我尽力去做的话,我总是能够解决难题的

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28

我努力学习是为了增强自己的能力

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29

凭我的能力,我能够掌握要求掌握的知识

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30

学习的成功是我努力的结果

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31

我会选择适合我的环境去自修

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32

我经常和老师交流学习问题

1

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33

我对每个星期要做的事情都有•个安排

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34

我通常都能把握学习的重点和难点

1

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35

我的学习计划对我的学习帮助很大

1

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36

对于不感兴趣的课如物理课我经常逃课

1

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37

学习烦了的时候,我会先放松•下再学习

1

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38

课堂上有不懂的地方,我会在课余休息时向老师或同学请教

1

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39

我常把任务完成的情况和我的目标进彳亍比较

1

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6


附录

40

我对人学的学习很适应

1 2

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41

我经常考虑如何改善我的学习

1

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42

上课时我经常会想别的事悄,而没有真止听老师在讲什么

1

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43

我先安排时间做最重要的事情

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物理课前我会有选择的进行预习

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每学期初我都会有一个人致的学习计划

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46

物理考试前我会对知识做系统的汇总、总结

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47

我现在的时间安排对我的学习帮助很大

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48

我经常因夜里玩游戏太多或上网时间太长而睡眠不足

1

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49

即使考试题很难,我也会尽最大努力去完成考试

1

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50

我会安排时间读老师推荐的参考书

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51

我利用多种方法以加强学习效果

1

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52

在学习过程中,我经常会及时总结经验

1

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53

我常常对自己的工作什么时候完成没有一个期限

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54

我觉得物理学习方法很垂要

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55

在学习h,我经常和同学互相帮助

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56

心情不好的时候,我也能坚持把学习任务完成

1

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57

在完成一个目标后我会很快的制定新的目标

1

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58

在擅长的科目上,突然考了低分,我会认真检讨自己

1 2

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59

作业发回后,我很关心错在什么地方及教师的评语

1

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60

发现计划和现实不协调时,我会调整学习计划

1

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61

考试时我会跳过难题先做容易的试题

1

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62

学习时,我喜欢做笔记,以帮助记忆

1

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63

当学习成绩不好时,我会想办法努力赶上

1

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64

我经常会将不会做或做错的题FI进行归类,并及时补缺补漏

1

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65

学习时,我会用自己的话来理解重要的知识

1

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66

发现自己解题的答案与其他同学不同时,我马上与同学讨论

交流

1 2

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67

我注重劳逸结合以达到最好的学习效果

1

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68

我会在课外学习在课堂上没有听懂的内容

1

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69

不同时候我会选杼不同的学习方法或内容

1

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6

 

附录5博士期间研究成果

1・论文、著作与教材

论文

[1] 在功能性习题中拓展知识,物理教学,2009(9),第一;

[2] 关于中学物理探究教学的策略研究,物理教学探讨,2009(8),第一;

⑶创设情境引导学生主动质疑,物理教学探讨,2010(4),第一;

[4] 大学物理相似性教学研究,高等理科教育,2010(12),第一;

⑸关于大学物理教材建设的几点建议,物理通报,2010(3),第一;

[6] 如何提高教师的教材分析能力,物理通报,2008(12),第一;

[7] 物理教学中如何启发和提高学生的质疑能力,2008年全国高等学校物理基础课程

教育学术研讨会会议论文,第…;

[8] 基于物理教学案例的教师科学本质教学行为剖析,物理教学探讨,2011,已录用,

[9] The Soliton's evolution law of the Faddeev Model,国际会议论文,201L 已录用,

-;

[lOJFaddeev模型中的含吋解析解,辽宁师范大学学报,2008, 31(4),第「;

著作

[1]谁是那只看不见的手——力的故事;光明日报出版社,2007.8,主编;

教材

[1]普通物理学,华东师范大学出版社,2008.8,参编(约5万字)

2课题

[1] 力学课程实施主题式教学研究与实践,上海电力学院教改课题,2010-2011,主持;

[2] 上海市大学物理课程建设,上海市重点课题,2010-2012,参与;

[3] 非重点高校(上每地区)基础物理教学现状及对策的研究,教育部高等学校物理

基础课程教学指导分委员会,2010.9-20127,排名第二;

[4] skyrme模型与faddeev模型的精确解的研究,国家自然科学基金项目,2006年

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参考文献

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