韓璐

摘要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科學(xué)生的必修課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用能力都有著不可忽視的作用。本文在總結(jié)傳統(tǒng)教學(xué)模式下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問題的基礎(chǔ)上，介紹了支架式教學(xué)法其相關(guān)理論，闡述了以此為指導(dǎo)進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的思路，并結(jié)合《普通物理實(shí)驗(yàn)》中的實(shí)際教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了具體說明，以期能夠以此為方法探索提升大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的新路徑。

關(guān)鍵詞：支架式教學(xué)；最近發(fā)展區(qū)；大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，也是物理研究的基本手段。物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性，在實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法上是很多學(xué)科的基礎(chǔ)。因此，物理實(shí)驗(yàn)也是所有理工科專業(yè)學(xué)生的必修課。

支架式教學(xué)法是基于前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論提出的一種教學(xué)方法，如今已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科、各個(gè)階段的教學(xué)過程中，在現(xiàn)階段仍為一種行之有效的教學(xué)手段。本文主要探討如何將支架式教學(xué)應(yīng)用在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)效果，促進(jìn)理工科學(xué)生知識(shí)素養(yǎng)和綜合能力的全面發(fā)展。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

（一）課堂時(shí)間有限，學(xué)生思考時(shí)間不足

普通物理實(shí)驗(yàn)課中的一節(jié)課通常是2課時(shí)，時(shí)間為一個(gè)半小時(shí)左右，教師的講解時(shí)間一般在20分鐘左右。在這20分鐘里，教師要一次性把實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)都講完，學(xué)生緊接著就要?jiǎng)邮謱?shí)驗(yàn)，中間很少有消化和思考的時(shí)間，使學(xué)生來不及掌握。即使在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題，學(xué)生們也是只急于解決實(shí)驗(yàn)中的困難，僅以完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為目的，大多將精力集中在怎樣使自己做出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與教科書中一致，或得到理想結(jié)果，而不會(huì)深入思考自己的錯(cuò)誤究竟源于哪里。最后往往是數(shù)據(jù)合格，能得出與參考值相符的結(jié)果便大功告成，忽略了對(duì)理論和實(shí)際的內(nèi)在聯(lián)系的思考。

（二）實(shí)驗(yàn)課與理論課的教學(xué)內(nèi)容不能相互協(xié)調(diào)

由于實(shí)驗(yàn)室場地有限，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中通常會(huì)將學(xué)生分為若干小組，同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目每周有不同的小組輪換上課，因此會(huì)導(dǎo)致不同的學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順序不同，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和理論課所學(xué)的知識(shí)不能完全互相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生缺乏理論知識(shí)的準(zhǔn)備。尤其是非物理專業(yè)學(xué)生，課前沒有理論基礎(chǔ)，容易導(dǎo)致他們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)只能盲目模仿，遇到困難不能獨(dú)立解決。

（三）部分教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理解偏差

在教學(xué)過程中，教師是主導(dǎo)，教師的教學(xué)理念會(huì)直接影響其教學(xué)行為，進(jìn)而影響教學(xué)效果。在一些教師的認(rèn)識(shí)中存在不同程度上的對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輕視，只注重理論知識(shí)。即使是實(shí)驗(yàn)教師也有個(gè)別認(rèn)為自己教授的物理實(shí)驗(yàn)相較學(xué)生的其他理論課、專業(yè)課等來說不是十分重要，把教學(xué)過程理解為僅僅是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象的思考重視不夠，多單純地講解，少與學(xué)生的互動(dòng)，缺乏對(duì)學(xué)生的觀察能力和獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)。甚至有些老師為了讓學(xué)生在課堂時(shí)間內(nèi)按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)步驟，導(dǎo)致學(xué)生忙于記憶操作步驟，忽略了實(shí)驗(yàn)原理，機(jī)械地模仿老師之前的演示和講解，卻完全不理解為什么要這樣做，極大地削減了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義。

二、支架式教學(xué)的理論基礎(chǔ)

（一）最近發(fā)展區(qū)

“最近發(fā)展區(qū)”的概念是前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果茨基在論述教學(xué)與發(fā)展的關(guān)系時(shí)提出的，他將其定義為“實(shí)際的發(fā)展水平與潛在的發(fā)展水平之間的差距。前者由獨(dú)立解決問題的能力而定；后者則是指在成人的指導(dǎo)下或是更有能力的同伴合作時(shí)，能夠解決問題的能力”。他強(qiáng)調(diào)教學(xué)不能僅依據(jù)于學(xué)生過去已完成的發(fā)展過程，而應(yīng)依據(jù)于現(xiàn)在仍處于形成狀態(tài)、剛剛在發(fā)展的過程，主張教育要在發(fā)展之前引導(dǎo)發(fā)展。最近發(fā)展區(qū)在一定程度上決定著發(fā)展的方向和進(jìn)程，只有適當(dāng)難度的任務(wù)才能促進(jìn)個(gè)體的學(xué)習(xí)和進(jìn)步。

（二）支架式教學(xué)

支架的原意是建筑行業(yè)使用的腳手架。研究者在維果茨基的基礎(chǔ)上提出了支架式教學(xué)，這里的支架是指用來幫助學(xué)生解決問題的指導(dǎo)性語言或者工具。這種教學(xué)方式的關(guān)鍵是要保證教師所提供的支架處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，只有這樣的支架才有意義，學(xué)生才能夠接受。運(yùn)用支架法教學(xué)的要點(diǎn)在于：學(xué)生要在教師的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題或解決問題，其次教師要逐步減少或撤離支架，使學(xué)生最后能達(dá)到獨(dú)立思考的水平。

（三）情境教學(xué)

維果茨基的思想體系是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的重要基礎(chǔ)之一，深深地影響著建構(gòu)主義者對(duì)發(fā)展和教育的研究，其中情境認(rèn)知理論和情境教學(xué)模式的思想在一定程度上源于維果茨基的理論。情境認(rèn)知理論主張任何學(xué)習(xí)都是處在一定的社會(huì)或?qū)嶋H背景下的，這些背景對(duì)學(xué)習(xí)有一定的影響，學(xué)習(xí)者不應(yīng)該只是被動(dòng)地接受知識(shí)，而應(yīng)該是主動(dòng)的“學(xué)徒式學(xué)習(xí)者”。情境教學(xué)模式的重點(diǎn)在于在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從觀察者轉(zhuǎn)化為參與者，在課堂的情境互動(dòng)中學(xué)習(xí)知識(shí)或技能。

三、支架式教學(xué)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施

支架式教學(xué)的關(guān)健環(huán)節(jié)是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)也是教學(xué)設(shè)計(jì)的主體部分，用支架式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要在教學(xué)過程中保證課堂的教學(xué)內(nèi)容處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)。如何進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的選擇與順序安排，都要依據(jù)這一原則。首先要了解學(xué)生的現(xiàn)有水平，分析教學(xué)目標(biāo)中學(xué)生應(yīng)達(dá)到的水平，比較兩者差距，剖析其內(nèi)在聯(lián)系，尋找合適的契合點(diǎn)，這個(gè)契合點(diǎn)就是運(yùn)用支架式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)的支架，進(jìn)而展開情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握，最后達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。具體的實(shí)施過程可以分為兩個(gè)階段，一是準(zhǔn)備過程，包括分析學(xué)情，分析教學(xué)目標(biāo)并將其具體化，進(jìn)而選擇出合適的腳手架；二是教學(xué)過程，包括創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)以及與他人協(xié)作學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)。下面以《普通物理實(shí)驗(yàn)》中“透鏡組基點(diǎn)的測定”一節(jié)為例，探討支架式教學(xué)及其相關(guān)理論在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施過程。

（一）分析學(xué)情

透鏡組基點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)是普通物理光學(xué)部分的內(nèi)容，對(duì)于物理專業(yè)的學(xué)生來說，已經(jīng)在之前的光學(xué)課上學(xué)習(xí)過，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理論部分有基本的了解，只需要稍加復(fù)習(xí)便能回憶起來。非物理專業(yè)的學(xué)生沒有學(xué)過光學(xué)課程，而大學(xué)物理中的光學(xué)部分并未涉及透鏡組基點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容，因此本實(shí)驗(yàn)的原理對(duì)他們來說是新知識(shí)。需要注意的是，大學(xué)物理課程中雖然沒有透鏡組基點(diǎn)的知識(shí)，但有薄透鏡的成像規(guī)律，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)透鏡組成像規(guī)律有一定的鋪墊作用。

（二）將學(xué)習(xí)內(nèi)容具體化

“透鏡組基點(diǎn)的測定”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是分別用焦距儀和節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)器兩種工具來測定透鏡組的基點(diǎn)。其中需要學(xué)生掌握的是透鏡組基點(diǎn)的概念以及用焦距儀和節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)器來測定透鏡組基點(diǎn)的基本原理和方法。

（三）選擇支架

透鏡組的基點(diǎn)是用來描述透鏡組的物象關(guān)系的，這與用來描述薄透鏡成像規(guī)律的焦點(diǎn)、光心等概念類似，可將兩者對(duì)比，向?qū)W生展示兩者的相似關(guān)系與不同之處，由前者向后者延伸，使學(xué)生的思維能夠由淺入深，理解基點(diǎn)的概念。

（四）創(chuàng)設(shè)情境

課堂開始時(shí)，先展示薄透鏡成像的幾何光路圖（圖1），帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)幾何光學(xué)中薄透鏡成像的基本概念，如焦點(diǎn)、焦距、光心等，以及成像的高斯公式：

對(duì)于兩個(gè)薄透鏡組成的透鏡組，要分析它的成像規(guī)律，需要用兩次薄透鏡成像來得出結(jié)果。如果把透鏡組當(dāng)成一個(gè)整體來研究，用一種屬于透鏡組的點(diǎn)和面來表征系統(tǒng)在成像上的性質(zhì)，可以使問題得到簡化，這樣的點(diǎn)和面便是本次實(shí)驗(yàn)要研究的透鏡組的基點(diǎn)和基平面。

（五）學(xué)生自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)

將學(xué)生帶入課堂情境后，通過一系列問題逐步引導(dǎo)學(xué)生思考。如對(duì)于透鏡組來說，怎樣定義它的“焦點(diǎn)”和“焦距”？通過透鏡組“焦點(diǎn)”的光線如何傳播？最終得到與薄透鏡成像規(guī)律類似的透鏡組成像規(guī)律（圖2）以及透鏡組成像的高斯公式：

這樣，隨著解答問題的過程，學(xué)生已基本掌握了透鏡組基點(diǎn)的概念及其成像規(guī)律。接著學(xué)生分小組做實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教材并以與其他同學(xué)的協(xié)作學(xué)習(xí)為輔助，加之教師針對(duì)個(gè)別問題的解答，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（六）評(píng)價(jià)與反饋

在每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成后，教師要進(jìn)行階段性總結(jié)，對(duì)學(xué)生在操作時(shí)表現(xiàn)出的問題進(jìn)行及時(shí)糾正，同時(shí)要注意引導(dǎo)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程，重視實(shí)踐過程與理論知識(shí)的聯(lián)系。課后，通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量和思考題的回答情況可以了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，對(duì)于學(xué)生們普遍存在的問題，可以在下一次上課時(shí)進(jìn)行專門講解，同時(shí)改進(jìn)先前的教學(xué)思路和方法，使教學(xué)過程更加完善。

四、總結(jié)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科學(xué)生的必修課，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力以及理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用能力都有著不可忽視的作用。通過教學(xué)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，合理地安排課程內(nèi)容，提供合適的支架和創(chuàng)設(shè)情境能夠有效地幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)中的概念和原理，并使其參與到教學(xué)活動(dòng)中來，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了良好的教學(xué)效果。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中應(yīng)用支架式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，使以往學(xué)生輕視理論部分，急于完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和由于對(duì)原理理解的不充分導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中盲目操作的現(xiàn)象得到了很大改善。

[責(zé)任編輯：黃可心]