李艷麗 張文碩 張 萍

(北京師范大學(xué)物理系，北京 100875)

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教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流

美國(guó)華盛頓大學(xué)物理輔導(dǎo)課課程模式

李艷麗 張文碩 張 萍

(北京師范大學(xué)物理系，北京 100875)

本文介紹了華盛頓大學(xué)開(kāi)發(fā)的物理輔導(dǎo)課課程模式——Tutorial in introductory physics，主要包括3部分:課前的預(yù)測(cè)試，診斷學(xué)生的錯(cuò)誤概念；課堂教學(xué)活動(dòng)，使用任務(wù)單組織學(xué)生討論，有效轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤概念；課后作業(yè)，鞏固加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的理解.Tutorial是一種以學(xué)生為中心、小組討論合作學(xué)習(xí)形式的輔導(dǎo)課方式，在討論的過(guò)程中，學(xué)生各自表達(dá)觀點(diǎn)，產(chǎn)生認(rèn)知沖突、相互爭(zhēng)論，最終達(dá)成一致結(jié)論.這種課程模式有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.研究表明，該課程模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)的短期效果(即時(shí)后測(cè))及長(zhǎng)期效果均比傳統(tǒng)輔導(dǎo)課中提高顯著.

輔導(dǎo)課；合作學(xué)習(xí)輔導(dǎo)課；合作學(xué)習(xí)

無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，大學(xué)物理教學(xué)均包括課堂講授課和輔導(dǎo)課.輔導(dǎo)課是教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，高效的輔導(dǎo)課對(duì)于學(xué)生加深概念的理解及轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤概念起著重要作用.傳統(tǒng)輔導(dǎo)課是以教師課堂講授為主，課程內(nèi)容包括總結(jié)課程的知識(shí)要點(diǎn)，講解一些習(xí)題和例題.然而，由于學(xué)生存在錯(cuò)誤概念，單一的講解，教學(xué)效果不是十分理想.例如:對(duì)于例題(見(jiàn)圖1):“導(dǎo)體棒AD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中繞通過(guò)C點(diǎn)且沿磁場(chǎng)方向的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(角速度與磁場(chǎng)同方向)，比較導(dǎo)體棒A、D兩點(diǎn)的電勢(shì)高低.”傳統(tǒng)輔導(dǎo)課中，教師一般使用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的公式進(jìn)行積分計(jì)算，判斷兩端的電勢(shì)高低.但是，研究表明學(xué)生在思考這個(gè)問(wèn)題情景時(shí)存在錯(cuò)誤概念，他們會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，是等勢(shì)體，因此兩端電勢(shì)相等[1].大量研究表明:教師單純地按照學(xué)科的科學(xué)體系講解課程內(nèi)容通常不能很好地解決學(xué)生的困惑，無(wú)法有效轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí).

圖1 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)

為了解決傳統(tǒng)輔導(dǎo)課的弊端，華盛頓大學(xué)Lillian C.McDermott，Peter Shaffer 及教育研究小組University of Washington Physics Education Group(UWPEG)開(kāi)發(fā)了一種新的輔導(dǎo)課課程模式——Tutorial in introductory physics(以下簡(jiǎn)稱Tutorial)，用于替代傳統(tǒng)輔導(dǎo)課.該輔導(dǎo)課課程模式中，教師基于對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤概念的研究而設(shè)計(jì)了任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上以小組討論的形式合作學(xué)習(xí)，共同完成任務(wù)單上的學(xué)習(xí)任務(wù)，變被動(dòng)的接受學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式.華盛頓大學(xué)Tutorial的課程模式在教學(xué)實(shí)踐中取得良好效果，目前已經(jīng)是美國(guó)大學(xué)中普遍使用的一種輔導(dǎo)課模式.下面詳細(xì)介紹華盛頓大學(xué)Tutorial課程模式及其教學(xué)效果.

1 Tutorial in introductory physics簡(jiǎn)介[2]

Tutorial是每周一小時(shí)的小班輔導(dǎo)課，每班有20～25個(gè)學(xué)生.與傳統(tǒng)輔導(dǎo)課主要使用講授法不同，在Tutorial課上，3～4名學(xué)生組成討論小組，根據(jù)教師設(shè)計(jì)的任務(wù)單，學(xué)生小組合作討論完成任務(wù)單上的內(nèi)容.圖2給出課程的設(shè)計(jì)和實(shí)施的流程.

圖2 輔導(dǎo)課流程圖

1.1 課前預(yù)測(cè)試

在每周的大學(xué)物理課的課堂教學(xué)結(jié)束前使用10分鐘左右時(shí)間，對(duì)學(xué)生進(jìn)行預(yù)測(cè)試，題目形式為概念選擇題.概念選擇題要有診斷性，目的是檢測(cè)學(xué)生在課堂教學(xué)之后還存在哪些錯(cuò)誤概念，預(yù)測(cè)試后不公布正確答案，課程教師和助教一起匯總并分析預(yù)測(cè)試中學(xué)生的答題情況，總結(jié)學(xué)生的問(wèn)題和困惑，編制輔導(dǎo)課的任務(wù)單；為了讓學(xué)生真實(shí)地反饋?zhàn)约簩?duì)概念理解情況，預(yù)測(cè)試不計(jì)成績(jī).

1.2 課堂教學(xué)活動(dòng)

Tutorial在專(zhuān)門(mén)的教室進(jìn)行，學(xué)生以小組合作的形式學(xué)習(xí).3～4個(gè)學(xué)生面對(duì)面形成一個(gè)小組，每組一個(gè)白板和筆，有利于同學(xué)們間的交流.研究表明[3,4]，3到4人組成小組的合作學(xué)習(xí)效率最高.各小組在任務(wù)單的引導(dǎo)下進(jìn)行討論，每個(gè)學(xué)生輪流發(fā)表各自的觀點(diǎn)后小組成員進(jìn)行辯論，傾聽(tīng)別人的批評(píng)，這一過(guò)程有助于深入理解物理概念，從而建立對(duì)概念的正確理解.在合作學(xué)習(xí)的過(guò)程中同伴互教，相互學(xué)習(xí).

1.3 Tutorial任務(wù)單設(shè)計(jì)

Tutorial任務(wù)單是遵循“暴露問(wèn)題—產(chǎn)生沖突—解決問(wèn)題”的原則設(shè)計(jì)的，針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤概念，引發(fā)學(xué)生討論，產(chǎn)生沖突，然后共同解決問(wèn)題，轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤概念，進(jìn)而加深對(duì)物理科學(xué)概念的理解.概念轉(zhuǎn)變理論的先驅(qū)波斯納(Posner)[5]等人強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者對(duì)原有概念不滿，激發(fā)認(rèn)知“不平衡”，亦即認(rèn)知沖突，從而進(jìn)一步引發(fā)順應(yīng)類(lèi)型的概念轉(zhuǎn)變.認(rèn)知沖突被認(rèn)為是引發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)現(xiàn)有概念不滿的最為有效的教學(xué)策略.任務(wù)單的基本形式有兩種，一種是針對(duì)概念的理解設(shè)計(jì)的任務(wù)單，題目之間是進(jìn)階的，提供腳手架來(lái)引導(dǎo)學(xué)生有效組織、重建、擴(kuò)展知識(shí)；另一種是與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的任務(wù)單，需要學(xué)生們先預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察并分析現(xiàn)象及原因.這樣的任務(wù)單內(nèi)容及形式能促進(jìn)討論和深入理解物理概念.

圖3是華盛頓大學(xué)與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的任務(wù)單(部分)實(shí)例[6]:

(1)線圈中的電流應(yīng)該是朝哪個(gè)方向？

(2)閉合開(kāi)關(guān)，觀察電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)方向，然后檢查自己上一問(wèn)的答案；

(3)使磁鐵的一極靠近線圈，閉合開(kāi)關(guān).如果線圈不旋轉(zhuǎn)，調(diào)整磁鐵的位置或者輕輕地旋轉(zhuǎn)線圈使它開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；

(4)用學(xué)過(guò)的理論解釋線圈運(yùn)動(dòng)的原因.

學(xué)生通過(guò)小組討論對(duì)任務(wù)單上的問(wèn)題達(dá)到共識(shí)后，才能將答案填寫(xiě)在任務(wù)單上，上交的任務(wù)單中只記錄團(tuán)隊(duì)工作成果，個(gè)人答案不被接受.助教要前期進(jìn)行培訓(xùn)，助教的角色是討論的輔導(dǎo)者而不是知識(shí)的傳播者，他(她)只是在各組之間觀察，傾聽(tīng)學(xué)生們的想法，對(duì)學(xué)生的困惑點(diǎn)有深入的了解，不參與學(xué)生討論，也不直接回答學(xué)生或任務(wù)單上的問(wèn)題.這樣的輔導(dǎo)課模式，要求同伴互助、合作學(xué)習(xí)，鍛煉了學(xué)生的合作解決問(wèn)題的能力.

1.4 期末考試涉及Tutorial中的內(nèi)容

在期末考試中涉及輔導(dǎo)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，一方面促使學(xué)生認(rèn)真對(duì)待輔導(dǎo)課；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生在輔導(dǎo)課后繼續(xù)思考討論內(nèi)容和鞏固學(xué)習(xí)成果.

2 Tutorial課程的效果

華盛頓大學(xué)對(duì)Tutorial和傳統(tǒng)輔導(dǎo)課在轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤概念的有效性方面做了對(duì)比研究，結(jié)果表明[2]:課程結(jié)束后的測(cè)試(即時(shí)后測(cè))中參加Tutorial的學(xué)生比傳統(tǒng)輔導(dǎo)課的學(xué)生對(duì)知識(shí)理解更深刻.下面給出一個(gè)研究的例子:

研究題目:4個(gè)相同的燈泡如圖4所示連接在電路中，根據(jù)燈泡的亮度進(jìn)行排序.

圖4 電路測(cè)試題

參加 Tutorial的學(xué)生的正確率大于75%，而參加傳統(tǒng)輔導(dǎo)課的學(xué)生其正確率小于50%，其中40%的學(xué)生認(rèn)為電流會(huì)被前面的用電器“消耗”，所以燈的亮度排序應(yīng)該為A>B=C>D，而參加Tutorial的學(xué)生中只有5%的學(xué)生存在這樣的錯(cuò)誤概念.

為了檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果是否可以長(zhǎng)期保持，幾個(gè)月之后利用上述題目再次進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)參加傳統(tǒng)輔導(dǎo)課的學(xué)生，只有15%回答正確，而參加Tutorial的學(xué)生中有45%回答正確.因此，無(wú)論是短期效果還是長(zhǎng)期效果保持，Tutorial的學(xué)生均比傳統(tǒng)輔導(dǎo)課的學(xué)生優(yōu)異[7].

華盛頓大學(xué)開(kāi)發(fā)的Tutorial的課程模式在教學(xué)實(shí)踐中取得良好效果，得到廣泛應(yīng)用，大量實(shí)證研究結(jié)果表明:無(wú)論是教師還是學(xué)生對(duì)Tutorial的評(píng)價(jià)都很高，對(duì)于學(xué)生，在概念理解、學(xué)習(xí)態(tài)度及表達(dá)能力都有很大幫助；對(duì)于教師，從Tutorial中得到的反饋，更全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑，教學(xué)更加有針對(duì)性[8,9].Tutorial課程模式在美國(guó)以外的國(guó)家也有很好的適用性，并且在中學(xué)也有應(yīng)用，例如:拉美國(guó)家阿根廷在高中研究了這種輔導(dǎo)課在本土的適用性問(wèn)題，考慮到公立和私立學(xué)校的學(xué)生社會(huì)背景不同，研究選取公立學(xué)校3個(gè)班級(jí)，私立學(xué)校兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是私立學(xué)校還是公立學(xué)校Tutorial中學(xué)生的表現(xiàn)均比傳統(tǒng)輔導(dǎo)課更加優(yōu)異，對(duì)概念的理解更加深刻[7].在北京師范大學(xué)，我們研究小組正在借鑒這個(gè)課程模式對(duì)大學(xué)物理輔導(dǎo)課進(jìn)行教學(xué)方法的改革，我們還將對(duì)改革效果進(jìn)行科學(xué)定量研究，明確其中利弊，在引用和借鑒國(guó)際上教育研究成果過(guò)程中加以改進(jìn)和發(fā)展，使之適合我國(guó)教學(xué)實(shí)際情況.

[1] 張萍,齊薇,王媛平,等.基于Peer Instruction教學(xué)方法研究大學(xué)生物理錯(cuò)誤概念——以動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為例[J].物理與工程,2014,24(3):56-59.

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TUTORIAL IN INTRODUCTORY PHYSICS AT THE UNIVERSITY OF WASHINGTON

Li Yanli Zhang Wenshuo Zhang Ping

(Department of Physics,Beijing Normal University,Beijing 100875)

This paper introduces a form of recitation—Tutorial in introductory physics,which was developed by the University of Washington.Three parts are included in tutorial:pre-test,classroom activities and homework.Pre-test is aimed at discovering students’ misconceptions.Classroom activities use worksheet to change students’ misconceptions effectively.Homework is to enhance students’ understanding of physics conceptions.Tutorial is a student-centered curriculum which leads students to cooperate and discuss in groups.In the process of discussion,students express their views,cognitive conflict and debating,finally coming into the same conclusion.Research has shown that no matter in short-term or long-term assessment students’ learning effect is significantly higher in tutorial compare with traditional class.

recitation;tutorial in introductory physics;cooperative learning

2015-06-11

李艷麗，北京師范大學(xué)物理學(xué)系研究生.

張萍，北京師范大學(xué)物理學(xué)系教授.zhangping@bnu.edu.cn