錯誤演示法在大學物理實驗教學中應用初探
——以物理天平使用為例

李澤欽王笑君

(華南師范大學廣東 廣州510006)

摘 要：針對大學物理實驗中學生常見的錯誤操作問題,本文介紹了一種新的教學方法,即錯誤演示法.對比過去一貫使用的按步驟教學方法,學生對知識掌握的自我認同與知識點掌握等方面有了不同程度的提高,優(yōu)越性較為明顯.從而為教學提供了新的方法和探索思路.

關鍵詞：大學物理實驗錯誤演示教學方法探索

收稿日期：(2014-06-23)

1引言

對于剛步入大學的大學生而言,實驗操作水平低,動手能力差,在實驗操作方面總會出現(xiàn)錯誤.以天平使用操作為例,很多學生一開始就去調(diào)節(jié)平衡螺母,再好一點的學生一開始會先將游碼調(diào)零,再調(diào)節(jié)平衡螺母,只有一部分學生才記得要最先調(diào)節(jié)天平水平.錯誤操作比比皆是,每一屆新入學的學生都是此類情況.

根據(jù)錯誤后反應受前一錯誤反應的刺激-反應鏈接與當前任務的刺激-反應鏈接之間的沖突和執(zhí)行控制的共同影響[1],筆者經(jīng)過思考,改變傳統(tǒng)的按步驟演示的教學方法,嘗試采用錯誤演示法,希望能改善諸如此類錯誤操作的情況.通過兩種教學方法的對比,找到差異,如果能更有效地進行教學,則應該予以推廣,只需將授課方式改變一下即可,為廣大教師提供一些參考和建議,也便于大家進行更深入的探討與研究.

2理論基礎

2.1認知沖突理論基礎

錯誤演示法以認知沖突理論為基礎,認知沖突是指學生的原有認知結(jié)構與所學新知識之間無法包容的矛盾，最早由美國心理學家費斯汀格提出.教學中利用學生的認知沖突，既能激起學生激烈的思維振蕩，又會催生出樂于學習的積極情感[2].

錯誤演示法就是在教學過程中通過外界的人為因素,利用錯誤演示,來激發(fā)學生的認知矛盾,意在引起學生的有意注意,調(diào)動學生的認知內(nèi)驅(qū)力,促進學生積極、高效地優(yōu)化物理實驗的認知結(jié)構.

2.2錯誤概念轉(zhuǎn)變的理論基礎

除上述之外,錯誤演示法還建立在概念轉(zhuǎn)變的理論基礎上,了解了學生的錯誤概念是實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的前提.教師首先應該在態(tài)度上關注學生學習科學概念之前存在的錯誤概念,從而了解學生頭腦中存在的錯誤概念[3].然后提出錯誤概念,對錯誤概念進行轉(zhuǎn)換,創(chuàng)設“沖突情境”是一種非常有效的教學方式,能有效地優(yōu)化學生的認知結(jié)構.創(chuàng)設“沖突情境”主要針對一些學生容易產(chǎn)生錯誤概念的教學內(nèi)容展開.概念轉(zhuǎn)變教學就是一種立足于學生的已有認識,使學生的錯誤概念向科學概念轉(zhuǎn)變的教學,概念轉(zhuǎn)變教學過程就是認知沖突的引發(fā)及其解決的過程[4].

本文運用錯誤演示法,就是希望利用學生的錯誤概念,創(chuàng)設沖突情境,然后進行概念轉(zhuǎn)變教學的過程.有別于其他的教學方法，它往往是從反面作為知識點的切入口，對學生有較高的能力要求.所以錯誤的設計往往是只服務于課堂上重點、難點的突破，切勿任意的展開、無限制的延伸[5].因此,在用錯誤演示法進行教學時,筆者是在實驗教學中較為關鍵、重點的地方設計,而非從頭到尾都是糾正演示,希望能在關鍵知識點教學中提高效果.

2.3問題的提出

在大學物理實驗課,關于實驗步驟與注意事項的講授中,如果按照實驗的操作步驟逐一講授,學生的錯誤概念轉(zhuǎn)化較少,認知沖突不明顯,如果通過錯誤演示,然后糾正的方法講授,增加了學生的認知沖突.然而這種錯誤演示的方法,相對過去的逐一按步驟講授,能否使學生對知識掌握得更明顯?能否使學生對知識掌握的情感更強烈?本文期望通過這兩種不同講授方式對比,得出初步的探索.

3研究對象的選定與處理

本文以華南師范大學物理與電信工程學院的大一新生作為研究對象，選取大一新生作為實驗研究對象,是因為大一新生都是第一次上大學物理實驗課,基本排除了因上大學實驗課后,導致的個體差異,從而提高實驗結(jié)果的可信度.本次實驗研究中，隨機選取了140人作為實驗對象，分為兩個組,每組70人.在進行教學實驗研究前，每組的男女比例、整體教學氛圍、任課教師等基本相同.盡最大的可能控制實驗前的無關變量,提高實驗的內(nèi)部效度.調(diào)查對象如表1所示.

表1　調(diào)查對象的男女生人數(shù)

總體人數(shù)140人，男生69人，女生71人,有效問卷122份.

實驗組在講授實驗步驟和注意問題時,采用錯誤演示的方法教學，對照組還是進行傳統(tǒng)實驗步驟的實驗教學方法.實驗組和對照組所接受的教學內(nèi)容都是初次接觸，均為完全不知道的情況，并且在實驗過程中沒有對任何一組的學生進行實驗的強化處理,均為相同的實驗操作情境.教授的內(nèi)容均為普通實驗的“物體密度的測量”,整體教案一致,只是在其中有關物理天平的使用方面,運用了兩種不同的教學方法.

4教學方法的實施與應用

筆者選取的課題是大學普通物理實驗“物體密度的測量”.在學生自主實驗前,我們常常需要簡要地介紹實驗的操作規(guī)范和操作方法.本實驗所需要用到的主要儀器是天平,首先調(diào)節(jié)好天平,才能進行液體或固體密度的測量,天平調(diào)節(jié)的細節(jié)體現(xiàn)了學生對實驗操作的規(guī)范程度.對于剛?cè)雽W的大學生而言,中學階段大部分學生較少甚至沒有接觸過較為精密的物理天平,如何正確使用物理天平成為大學新生較為普遍的易錯點.筆者通過兩種教學方法來講解天平的使用,將學生分為對照組和實驗組,具體教學方法如下.

對照組:筆者將物理天平放置在講臺上,按正確步驟為該組學生演示天平使用.首先,調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲,讓水準儀氣泡到中央;其次,調(diào)節(jié)游碼,使得游碼到零刻度;再次,調(diào)節(jié)物理天平的平衡螺母,讓天平的指針豎直向下;演示完畢之后,課堂繼續(xù)進行,對有關測量密度的原理進行講解.

實驗組:同樣,筆者將物理天平放置在講臺上,但演示步驟與對照組學生不同.首先,調(diào)節(jié)物理天平的平衡螺母,讓天平的指針豎直向下;其次,調(diào)節(jié)游碼,使得游碼到零刻度;再次,調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲,讓水準儀氣泡到中央;最后,口頭告訴學生該操作步驟有誤,正確步驟應該是反過來的;之后,課堂繼續(xù)進行,對有關測量密度的原理進行講解.

兩種教學方法簡要對比如表2所示.

表2　兩種教學方法概況

實驗全部結(jié)束后，當堂對這兩個組的學生進行測試及問卷調(diào)查.

5應用SPSS軟件進行實證研究

5.1實驗組與對照組學生知識掌握的自我認同的對比

本文通過命制問題,當堂測試,“關于天平使用的注意方面,您覺得自己得到了收獲嗎?”設置4個不同的選項,獲得如圖1和圖2所示結(jié)果.

圖1　按步驟演示法

圖2　錯誤演示法

利用SPSS軟件,將選項中的“非常同意”、“比較同意”、“不同意”、“非常不同意”4種不同程度依次設置為“4”、“3”、“2”、“1”,其中,組別1為對照組,組別2為實驗組，錄入數(shù)據(jù)如表3.此類情況多采用秩和檢驗，即利用非參數(shù)檢驗,這里采用的是兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗,繼續(xù)對兩個樣本進行Mann-Whitney U檢驗,即判別兩個獨立樣本所屬的總體均值是否相同[6],分析如表4和表5所示.

表3錄入數(shù)據(jù)

表4　 秩

類別N秩均值秩和程度16551.653357.0025772.744146.00總數(shù)122

表5　檢驗統(tǒng)計量 a

a.分組變量：類別

其中,在表4中,組1為對照組,組2為實驗組,對照組的平均秩次為51.65,實驗組的平均秩次為72.74,從表5中可以看出,Z值為-3.789,相伴概率為0.0,明顯小于顯著水平0.05,可以認為應該拒絕零假設,認為兩組之間的均值存在顯著差異.這說明錯誤演示法對學生的知識情感的認可程度產(chǎn)生了影響,兩種教學方法之間是有顯著性差異的.

綜上數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，在錯誤演示法講授天平使用時，對比傳統(tǒng)教學，更能提高學生對知識掌握的自我認同感,一定程度上提高了學生對學習的情感.

5.2實驗組與對照組學生知識點掌握的對比

關于學生知識點掌握的情況,為了避免設置無關題目降低對該研究的可靠性,針對性地就天平使用的操作步驟這個最相關的知識點,命制了有關操作步驟的測試題目,探索兩組學生通過兩種不同的方法教學后，對這個知識點的重視情況及掌握的程度,進行了當堂問卷測試，“在天平調(diào)節(jié)時,應最先調(diào)節(jié)哪個呢?”設置4個不同的選項,獲得圖3和圖4所示結(jié)果.

圖3　按步驟演示法

圖4　錯誤演示法

同樣,利用SPSS軟件,將本題選項中的正確答案設置為“1”,其他3個錯誤答案均設置為“0”,其中,組別1為對照組,組別2為實驗組,錄入數(shù)據(jù)如表6.利用非參數(shù)檢驗,這里繼續(xù)采用的是兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗,對兩個樣本進行Mann-WhitneyU檢驗,即判別兩個獨立樣本所屬的總體均值是否相同[6],分析如表7和表8所示.

表6錄入數(shù)據(jù)

表7　秩

組別N秩均值秩和選擇16555.663618.0025667.203763.00總數(shù)121

表8　檢驗統(tǒng)計量 a

a.分組變量：類別

同樣的,在表7中,組1為對照組,組2為實驗組,對照組的平均秩次為55.66,實驗組的平均秩次為67.20,從表8中可以看出,Z值為-2.317,相伴概率為0.021,小于顯著水平0.05,可以認為應該拒絕零假設,認為兩組之間的均值存在顯著差異.

綜上數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，在錯誤演示法講授天平使用時，對比傳統(tǒng)教學，更能提高學生對實驗操作步驟的記憶及對知識點的掌握,能較為有效地突出實驗的重點,并引起學生的注意.

5.3實驗組與對照組學生對實驗整體印象的對比

為了能夠進一步分析學生對實驗整體印象的情況,筆者還設置了一道開放題，“本實驗,您覺得天平調(diào)節(jié)應該注意哪些方面？” 通過統(tǒng)計得到如表9所示結(jié)果.

從表中可以明顯看出,雖然錯誤演示法的被測人數(shù)略小于傳統(tǒng)演示法,但涉及天平水平的答案卻超出傳統(tǒng)演示法,在錯誤演示法中回答天平水平的人數(shù)占59.6%，大于傳統(tǒng)演示法的36.9%,也進一步補充驗證了上述研究結(jié)果.將難點采用錯誤演示法教學時,學生的印象會深刻,能更好地把重點內(nèi)容作為重點來記憶.

表9　兩種教學方法下實驗印象的對比

6結(jié)論

本文通過錯誤演示法在大學物理實驗教學中的應用探索,以普通物理實驗課中“密度的測量”里的物理天平使用為例,對比傳統(tǒng)的按照操作步驟的講授方法,差異較為明顯,教學效果有一定的優(yōu)越性,主要體現(xiàn)在:

(1)在錯誤演示法講授天平使用時，對比按步驟教學，更能提高學生對知識掌握的自我認同感,在一定程度上有助于提高學生的學習情感.

(2)在錯誤演示法講授天平使用時，更能提高學生對實驗操作步驟的記憶,能更好地增強學生的印象,也能有效地突出實驗的重點,并引起學生的注意,幫助學生對該知識點的吸收.

(3)為大學物理實驗的教授提供新的思路,也豐富了物理實驗的講授形式,為物理實驗的教學方法提供了探索空間.

當然,要運用好錯誤演示法,筆者發(fā)現(xiàn),也應注意以下幾個方面:

(1)首先要求教師對實驗的正確步驟和用法要熟記于心,錯誤演示后,要對錯誤的演示及時進行糾正,這樣才能使得學生的錯誤概念發(fā)生轉(zhuǎn)變.

(2)運用錯誤演示法設計教學時,應恰如其分地重視大多數(shù)學生錯誤,了解大多數(shù)學生普遍出現(xiàn)的問題.

(3)目的要明確，應從教學內(nèi)容的難點和容易出現(xiàn)錯誤的地方進行錯誤演示教學,而不是整堂課的講授都進行錯誤演示,否則整個實驗的講授會有邏輯混亂的感覺[7].

參 考 文 獻

1劉玉麗.錯誤后沖突和執(zhí)行控制對錯誤后反應的影響：[學位論文].杭州：浙江大學,2009.11

2齊萍.利用學生“認知沖突”激活數(shù)學課堂教學.當代教育科學,2009(08)

3馬春燕.科學教育中學生錯誤概念的成因探析.現(xiàn)代企業(yè)教育,2008(04)

4趙國敏.“離子反應”學習中錯誤概念的轉(zhuǎn)變策略.教學月刊(中學版),2011(07)

5華利平,金新英.嘗試錯誤法在化學教學中的應用探討.教學月刊(中學版),2008(11)

6宋志剛,謝蕾蕾,何旭洪.SPSS 16實用教程.北京:人民郵電出版社,2008.10

7石曉東.錯誤演示法在大學體育教學中的應用.湖北廣播電視大學學報,2008(02)

A Preliminary Study on the Application of the Mistake-

Demonstration Method in University Physics Experimental Teaching

——the Use of Physical Balance as an Example

Li ZeqinWang Xiaojun

(Shouth China Normal University,Guangzhou,Guangdong510006)

Abstract:Based on students′ common problems in college physics experimental, this paper try to use the new teaching method, namely the mistake-demonstration method.In contrast with the traditional teaching method, students has been improved in the knowledge of the self identity and the mastery of knowledge.The new method has the palpable superiority.So it provides new methods and ideas in teaching.

Key words: college physics experiments;mistake-demonstration; teaching method; exploration