熊華暉

(首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院物理教研室 北京 100069)

張穎之

(首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 北京 100048)

嚴華剛

(首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院物理教研室 北京 100069)

科學(xué)研究表明，主動的學(xué)習(xí)者是成功的學(xué)習(xí)者，而探究性學(xué)習(xí)作為主動學(xué)習(xí)的有效方式之一，受到國際教育研究者的重視．我國也明確提出在各級教育中倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，這既是受國際教育研究趨勢的影響，更是因為探究性學(xué)習(xí)在人才培養(yǎng)上具有獨特優(yōu)勢和巨大潛力．《美國國家科學(xué)教育標準》中對探究有這樣一段描述：探究是指學(xué)生們用以獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動[1]．探究教學(xué)的原則是“讓學(xué)生自己得出概念，而不是把概念灌輸給學(xué)生”．從探究的界定以及探究教學(xué)的原則可以發(fā)現(xiàn)，探究更看重知識的獲取過程而不僅是知識本身．對知識的獲取更強調(diào)是通過引導(dǎo)、討論、積極思維來自我建構(gòu)，而不是僅依賴于聽講和記憶．研究表明學(xué)生在進行探究活動的過程中，技能得到很好的發(fā)展，思維能力和創(chuàng)新能力得到有效鍛煉，對科學(xué)本質(zhì)的理解和科學(xué)社會等深層次內(nèi)容有更多的思考和領(lǐng)悟[2]．而這些內(nèi)容都是運用傳統(tǒng)教學(xué)方法難以實現(xiàn)的．

然而在實際課堂教學(xué)中，探究性學(xué)習(xí)的發(fā)展還很不足，實驗教學(xué)也多以“菜譜式”步驟(cookbook-like procedure)進行，學(xué)生專注于實驗步驟與儀器操作甚過對科學(xué)原理的思考．由于缺少自主設(shè)計、獨立思考和小組討論研究的機會，學(xué)生難以將實驗?zāi)康?、過程、結(jié)果和現(xiàn)象之間建立聯(lián)系，而僅僅是被動完成操作步驟，按部就班地完成實驗所布置的任務(wù)；學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中始終處于被動接受知識的地位，缺少對學(xué)習(xí)內(nèi)容積極主動的思考．這使得實驗教學(xué)流于表面和形式，顯然不符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要．

如何進行有效的實驗探究，從而促進科學(xué)的學(xué)習(xí)呢？這些問題一直受到科學(xué)教育界的關(guān)注．啟發(fā)式科學(xué)寫作(Science Writing Heuristic, SWH)探究教學(xué)策略就是在這樣的背景下提出和發(fā)展起來的，它由美國學(xué)者Keys和Hand等人研究開發(fā)[3]，把實驗報告寫作置于實驗探究的背景下，結(jié)合小組合作形式展開，強調(diào)讓學(xué)生更加細致地思考整個實驗活動，考慮證據(jù)是如何支持結(jié)論的，清楚問題—證據(jù)—結(jié)論之間的邏輯關(guān)系．科學(xué)教育研究者嘗試在各學(xué)科實驗教學(xué)中應(yīng)用SWH策略[4～6]，已有的研究表明這個策略在發(fā)展學(xué)生的概念理解以及探究能力方面具有明顯的效果．

1 SWH探究策略概述

啟發(fā)式科學(xué)寫作(SWH)探究策略包括了兩個模版：教師模版和學(xué)生模版．教師模版(見圖1)提供了一系列可供教師選擇的教學(xué)活動，以促進學(xué)生有意義學(xué)習(xí)，包括：考查學(xué)生課前理解，針對主題提出問題，參與實驗活動，讓學(xué)生思考數(shù)據(jù)的意義，讓學(xué)生交流分享解釋，個人反思和寫作等．教學(xué)活動的選擇和編排由教學(xué)情境、學(xué)生情況、教師個人風(fēng)格決定．

圖1 SWH完整教師模版(可選擇組合)

學(xué)生模版(見圖2)為學(xué)生提供了實驗活動和思維認知兩方面的支持，同時也構(gòu)成了實驗報告的主體內(nèi)容．包括：起始問題、實驗、觀察、觀點、證據(jù)、閱讀、反思等，教師可根據(jù)實際情況進行選擇組合．

圖2 SWH完整學(xué)生模版(可選擇組合)

2 SWH教學(xué)策略在物理實驗教學(xué)中的運用和實踐

我們嘗試將上述SWH探究策略運用于物理實驗教學(xué)中，探索新型的實驗教學(xué)模式和實驗報告記錄方式．

2.1 教學(xué)案例內(nèi)容分析

“超聲波聲速測量”物理實驗已面向我校本科2年級學(xué)生開設(shè)多年．實驗內(nèi)容為：指導(dǎo)學(xué)生使用雙蹤示波器，應(yīng)用駐波法和相位法兩種方法測量超聲波在空氣中的傳播速度．

為了更好地體現(xiàn)SWH探究策略的理念，我們對這部分的傳統(tǒng)實驗內(nèi)容作了一定調(diào)整.

(1)加入“測量超聲波在水中的傳播速度”環(huán)節(jié)，這是便于學(xué)生能對超聲波在不同傳播介質(zhì)(空氣，水)中對速度進行比較，從而能夠更深入地探討和理解聲波在介質(zhì)中傳播方式、不同介質(zhì)物理性質(zhì)對聲速的影響，在此基礎(chǔ)上聯(lián)系到超聲波聲速在醫(yī)療方面的獨特應(yīng)用．

(2)僅選擇使用相位法測超聲波聲速．駐波法和相位法都可以用來測超聲波聲速，但使用相位法更利于觀測波形，測量結(jié)果也較駐波法更為準確．為了清晰展示波形、節(jié)省操作時間，為學(xué)生討論交流環(huán)節(jié)的充分進行留出空間，我們沒有讓學(xué)生用兩種方法測量超聲波聲速，而只使用了相位法測超聲波聲速．

2.2 教學(xué)對象和學(xué)情分析

本實驗教學(xué)對象是醫(yī)學(xué)類本科學(xué)生，實驗課與理論課《醫(yī)學(xué)物理》同步進行．在進行實驗課時，學(xué)生已經(jīng)從理論課中學(xué)習(xí)了機械振動中涉及聲音傳播的基本知識，但有關(guān)聲音的產(chǎn)生，以及如何在介質(zhì)中具體的傳播形式等知識并未在理論課中涉及，這些內(nèi)容將在實驗課中得到拓展和深化．教師將力圖引導(dǎo)學(xué)生深入理解聲波在介質(zhì)中的傳播行為，期冀學(xué)生在掌握具體操作的基礎(chǔ)上，獲得聲波傳播物理行為的整體概念，以及對科學(xué)實驗研究更為全面的認識．除此以外，我們還注意到將知識與學(xué)生感興趣的實際運用相聯(lián)系，在此表現(xiàn)為將“超聲波聲速測量”與醫(yī)療實踐應(yīng)用相聯(lián)系．

2.3 教學(xué)目標

實驗教學(xué)的傳統(tǒng)目標主要定位在實驗操作的知識和技能層面．運用SWH探究策略的實驗教學(xué)期望能從三維立體層面使學(xué)生得到提高．

(1)知識目標.了解超聲在壓電陶瓷裝置中的產(chǎn)生過程，以及聲電和電聲的相互轉(zhuǎn)換過程；理解超聲波在介質(zhì)中的傳播過程以及介質(zhì)物理性質(zhì)對聲速的影響；定性解釋聲速在不同介質(zhì)中的差異．

(2)能力目標.正確使用雙蹤示波器；應(yīng)用相位法測量超聲波聲速；增進科學(xué)推理和解釋能力；鍛煉交流表達和合作能力．

(3)情感態(tài)度與價值觀.激發(fā)好奇心和求知欲；養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度；培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣和理解力．

2.4 基于教學(xué)案例比較傳統(tǒng)教學(xué)思路和SWH教學(xué)思路

以“超聲波聲速測量”實驗教學(xué)為例，從教師和學(xué)生行為兩個方面，對傳統(tǒng)教學(xué)和運用SWH探究策略進行教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進行了比較，如表1.

表1 傳統(tǒng)教學(xué)思路和SWH教學(xué)思路的比較

2.5 實驗報告和學(xué)生反饋

傳統(tǒng)的實驗報告一般包括如下內(nèi)容：實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗原理、實驗?nèi)容、數(shù)據(jù)記錄及處理．我們根據(jù)SWH教學(xué)策略對傳統(tǒng)實驗報告進行了改編，要求學(xué)生完成的報告內(nèi)容包括：提出實驗問題、設(shè)計實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄及處理、得出實驗結(jié)論、證據(jù)、反思、探討．其中“探討”包括：在做實驗時碰到什么困難，你是如何解決的？你認為你的結(jié)論是否可信，并說明原因．在本次實驗中你有哪些收獲？

從學(xué)生課堂表現(xiàn)來看，學(xué)生參與熱情很高，在動手實驗的過程中勤于動腦、樂于交流，師生互動良好，取得了很好的教學(xué)效果，達成了教學(xué)目標；從實驗報告完成情況來看，絕大多數(shù)學(xué)生都按照要求完成報告，特別是在結(jié)論的證據(jù)、反思和探討部分較為深入地剖析了實驗操作過程和自己的思維過程．

另外，我們還讓學(xué)生填寫了主觀反饋意見，讓學(xué)生報告本次授課方式與以前的差別，以及他們更喜歡哪種方式及原因．從回收的情況來看，絕大多數(shù)同學(xué)都認為這種授課方式比以往更好，學(xué)生提到的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下5個方面.

(1)學(xué)習(xí)方式變被動為主動，思考問題的方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，能夠激發(fā)學(xué)生的思維；

(2)不同于以往單調(diào)枯燥、按部就班的實驗操作，SWH實驗教學(xué)方法更加靈活、具有趣味，能夠調(diào)動學(xué)生的積極性和興趣；

(3)益于理解深層次的本質(zhì)原理，留在頭腦中的印象更為深刻；

(4)通過全班性的合作探討，很好地鍛煉了學(xué)生的表達與交流能力；

(5)引導(dǎo)學(xué)生體會了實驗探究過程，學(xué)生從中鍛煉了探索問題和解決問題的能力．

3 總結(jié)和反思

課堂教學(xué)的順利進行和學(xué)生的良好反饋體現(xiàn)了SWH探究策略運用于物理實驗教學(xué)的可行性和有效性．作為一種整合指導(dǎo)型探究過程與交互式小組活動的有效策略，SWH幫助教師實現(xiàn)了由傳統(tǒng)實驗教學(xué)向探究實驗教學(xué)的轉(zhuǎn)變．

值得注意的是，SWH教學(xué)模版并不是單一、固定不變的，而應(yīng)隨著特定的實驗活動進行變化，要符合實驗內(nèi)容和學(xué)生情況的需求．這就要求教師在設(shè)計SWH實驗教學(xué)活動時，不是機械地套用模版，而是要把握它的核心思想，即構(gòu)建一個教師指導(dǎo)下的以學(xué)生為中心、互動的小組實驗探究活動，強調(diào)激勵學(xué)生不斷地思考，引導(dǎo)學(xué)生建立“問題—假設(shè)—實驗設(shè)計—數(shù)據(jù)—結(jié)論”的邏輯思維范式．教師要切記整個實驗是以學(xué)生為中心的，不要在實驗前直接將答案告訴學(xué)生，而是用合適的導(dǎo)向性問題引導(dǎo)學(xué)生自己得到答案，這正是激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的機會，對自己和學(xué)生都要有一些耐心．

為了有效幫助教師進行基于SWH探究策略的實驗教學(xué)，表2分別列出了教師是否符合SWH策略的課堂教學(xué)行為，通過對比這些行為，教師能迅速把握SWH探究策略的關(guān)鍵要點，為教師進行SWH實驗教學(xué)指明清晰的路徑．

表2 是否符合SWH策略的課堂教學(xué)行為

參考文獻

1 美國國家研究理事會. 美國國家科學(xué)教育標準.北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1999.28～32

2 Cakir,M.Constructivist Approaches to Learning in Science and Their Implication for Science Pedagogy:A Literature Review.Lnternational Journal of Environmental and Science Education,2008,3(4):193～206

3 Hand,B.，Keys,C.Inquiry Investigation:A New Approach to Laboratory Reports.The Science Teacher,1999, 66 (4):27～29

4 Rudd,J.,Greenbowe,T.J.，Hand,B.M.Using the Science Writing Heuristic to Move Toward an Inquiry-Based Laboratory Curriculum:An Example from Physical Equilibrium.Journal of Chemical Education,2001,78:1680～1686

5 Rudd,J.,Greenbowe,T.J.，Hand,B.M.Reshaping the General Chemistry Laboratory Report Using the Science Writing Heuristic.Journal of College Science Teaching,2001,31:230～234

6 Poock,J.R.,Burke,K.A.,Greenbowe,T.J.，Hand,B.M.Using the Science Writing Heuristic in the General Chemistry Laboratory to Improve Students' Academic Performance.Journal of Chemical Education,2007,84:1371～1379