蔣 蕓， 王亞芳， 董愛國， 周惟公

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 數(shù)理學(xué)院，北京 100083; 2. 中國地質(zhì)大學(xué) 長(zhǎng)城學(xué)院，河北 保定 071000)

問題引導(dǎo)型物理實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)模式的探究

蔣 蕓1， 王亞芳1， 董愛國1， 周惟公2

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 數(shù)理學(xué)院，北京 100083; 2. 中國地質(zhì)大學(xué) 長(zhǎng)城學(xué)院，河北 保定 071000)

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放式教學(xué)中大學(xué)生自主學(xué)習(xí)的問題，遵循教育心理學(xué)原理，提出問題引導(dǎo)型自主學(xué)習(xí)模式。將復(fù)雜任務(wù)拆解成比較簡(jiǎn)單的階段性任務(wù)，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，并自行尋找解決方案。問題解決過程不斷地從內(nèi)源性和外源性兩方面刺激并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。利用RLC電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索和實(shí)踐。教師在原理、技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等方面提出各種問題，學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的思考，并通過學(xué)習(xí)講義、網(wǎng)絡(luò)搜索、同伴交流等方式，尋找答案，探索可能的解決方案，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比和問卷調(diào)查顯示，問題促使學(xué)生不斷思考，且對(duì)其思維方向的影響明顯，有明確的引導(dǎo)作用，能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。為了達(dá)到好的效果，應(yīng)該注意提問技巧，并充分利用現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)資源。

物理實(shí)驗(yàn); 問題引導(dǎo)； 教學(xué)模式; 自主學(xué)習(xí); 教育心理學(xué); RLC串聯(lián)諧振電路

0 引 言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是大學(xué)生開始科學(xué)研究的入門課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，使其能夠?qū)⒅R(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，解決實(shí)際問題。課程在內(nèi)容上和體系上都比較成熟，近年的教學(xué)改革主要在教學(xué)模式上進(jìn)行，包括開放式教學(xué)、分層次教學(xué)、模塊化教學(xué)、MOOC(慕課)、PI(同伴互助教學(xué))、信息技術(shù)輔助教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、微課等，這些手段為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開辟了很多新的思路，改變和嘗試性的教學(xué)模式，其目的都在于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，更好地培養(yǎng)學(xué)生能力，從而提高物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量[1-17]。根據(jù)教育理論和實(shí)踐，能力的培養(yǎng)是在解決實(shí)際問題的過程中完成[18-20]，所以必須想辦法使學(xué)生進(jìn)入自主學(xué)習(xí)狀態(tài)，主動(dòng)利用已有知識(shí)解決問題，培養(yǎng)能力。

1 自主學(xué)習(xí)中的問題

物理實(shí)驗(yàn)中心在寒暑假期開放實(shí)驗(yàn)室，允許學(xué)生在假期中自主學(xué)習(xí)，即在沒有教師指導(dǎo)的情況下進(jìn)行預(yù)習(xí)，操作儀器，完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。值班教師只是提供幫助，但不進(jìn)行講解，使學(xué)生盡量獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)觀察和與學(xué)生座談，發(fā)現(xiàn)這種自主學(xué)習(xí)特點(diǎn)明顯。一方面，學(xué)生很愿意在自己的假期時(shí)間，完成必修課，減輕平時(shí)學(xué)習(xí)的壓力；學(xué)生能夠更加自由的使用實(shí)驗(yàn)室，按照自己的專業(yè)、興趣和能力選擇實(shí)驗(yàn)；而且學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要求更高，所用實(shí)驗(yàn)時(shí)間也在很大程度上增加，有助于能力的培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)儀器的利用率都上升。另一方面，存在的問題也突出。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中，只知道需要完成實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)于如何完成實(shí)驗(yàn)的步驟并不清楚，不能恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用知識(shí)去解決問題；或者在實(shí)驗(yàn)中遇到困難多，沒有及時(shí)的信息反饋，操作過程中不知道是否正確，最終結(jié)果不對(duì)也不知道是哪步出了問題，嘗試幾次后就放棄，興趣逐漸消失；部分學(xué)生只是為了獲得成績(jī)，不是從原理出發(fā)進(jìn)行思考，只在實(shí)驗(yàn)中單純模仿其他同學(xué)操作，獲取數(shù)據(jù)，知其然不知其所以然，甚至發(fā)生抄襲，造成能力沒有提高；盲目操作，造成儀器損壞嚴(yán)重，維修量大，甚至影響教學(xué)；另外就是教師給成績(jī)時(shí)主要依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程不了解，造成成績(jī)?cè)u(píng)定不公平。

2 解決方案

學(xué)生自主學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程實(shí)際上是學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過程，需要學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題，研究問題、獲得結(jié)論。教育心理學(xué)原理中指出，解決問題不僅需要知道問題的起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，也需要明確其中間狀態(tài)，即選擇適當(dāng)?shù)耐緩饺ソ鉀Q問題。同時(shí)也指出，可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境等方法培養(yǎng)學(xué)生興趣，激發(fā)并維持學(xué)生內(nèi)源性學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，通過及時(shí)提供反饋信息，對(duì)掌握知識(shí)和能力做出合理的外部獎(jiǎng)勵(lì)[21]。而在自主學(xué)習(xí)過程中最大的問題就是目標(biāo)不明確，沒有解決問題的思路，缺乏有效的反饋，造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難，興趣減弱[22-24]。所以，根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)的問題，并參考翻轉(zhuǎn)課堂在物理實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)實(shí)踐，提出問題引導(dǎo)型自主學(xué)習(xí)方式，即給出一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，明確解決問題的大體方向，學(xué)生在逐個(gè)解決小問題的過程中，不斷思考是否正確，自身給予反饋，自我激勵(lì)，最終解決全部問題，完成實(shí)驗(yàn)，提升能力。

3 問題設(shè)計(jì)與實(shí)踐

在實(shí)驗(yàn)前，教師設(shè)計(jì)并準(zhǔn)備較豐富的相關(guān)題目。提出問題的目的在于給學(xué)生特定的思考目標(biāo)，將較大但不明確的任務(wù)分解成小的可以逐一解決的任務(wù)，迫使學(xué)生在原理、技術(shù)等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有針對(duì)性的思考。

3.1 針對(duì)RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的問題

以RLC串聯(lián)電路實(shí)驗(yàn)為例，此實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谡莆誖LC電路串聯(lián)諧振的概念和特點(diǎn)，研究其輸出信號(hào)規(guī)律，了解產(chǎn)生諧振的原因[25-28]。提出的問題涉及到基本原理、儀器使用、操作方法、誤差分析和擴(kuò)展思考等。下面給出一系列問題，主要有：①電容在直流電路和交流電路中有什么樣的行為，會(huì)對(duì)交流信號(hào)起到什么樣的作用？②電感在直流電路和交流電路中有什么樣的行為，會(huì)對(duì)交流信號(hào)起到什么樣的作用？③電阻在直流電路和交流電路中有什么樣的行為，會(huì)對(duì)交流信號(hào)起到什么樣的作用？④什么是RLC電路諧振現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象？理論上可以調(diào)節(jié)那些參數(shù)達(dá)到諧振？⑤測(cè)量U0/U1—f的關(guān)系曲線(Uo和Ui分別為輸出電壓和輸入電壓，f是信號(hào)頻率)，預(yù)期曲線應(yīng)該呈現(xiàn)什么形狀？⑥實(shí)驗(yàn)中，九孔板、信號(hào)發(fā)生器和示波器都起什么作用？⑦使用九孔板如何連接線路？信號(hào)發(fā)生器和示波器如何接入？如何保證示波器的兩個(gè)測(cè)量通道的地端(接線黑色端)共地？⑧實(shí)驗(yàn)中給電路提供的信號(hào)是交流/直流信號(hào)？需要知道信號(hào)的哪些參數(shù)？使用現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生器，如何調(diào)節(jié)這些參數(shù)？⑨輸入電壓和輸出電壓是峰峰值/有效值/均方根值/最大值/平均值中的哪個(gè)？示波器上如何讀取電壓值？⑩獲得的U0/U1—f曲線是否符合你的預(yù)期？是否對(duì)稱？為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象？根據(jù)公式和使用的元件值，求出RLC串聯(lián)電路的理論諧振頻率，對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得的諧振頻率，是否一致？請(qǐng)分析誤差來源。RLC串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因素Q有什么意義？如何提高品質(zhì)因素？以現(xiàn)有元件如何組合能獲得最高品質(zhì)因素？

3.2 實(shí)施過程

在問題引導(dǎo)性自主學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以先看問題，通過思考和查詢資料尋找問題答案，作為預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)；也可以通過學(xué)習(xí)講義，在實(shí)驗(yàn)過程中遇到困難時(shí)，查看問題并思考，獲得提示。

基于RLC實(shí)驗(yàn)，對(duì)問題引導(dǎo)型自主學(xué)習(xí)方式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，觀察問題對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)作用。第一組學(xué)生預(yù)習(xí)后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，把題目1～5(偏重原理)給他們，允許進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查詢，觀看錄像，形成2～3人小組討論，然后教師組織學(xué)生回答問題，但是并不給出直接的答案或者解決方法。學(xué)生認(rèn)為自己對(duì)問題思考比較清楚后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中遇到困難，教師給予簡(jiǎn)單講解。另一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生預(yù)習(xí)后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，看錄像后開始實(shí)驗(yàn)，操作中遇到困難，給出問題4～9(偏重操作)，學(xué)生根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)情況，明確困難所在后，查詢網(wǎng)絡(luò)、討論，教師可以針對(duì)具體問題給出答案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。兩組均在獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，思考回答問題10～12，在理論和應(yīng)用上，深入思考。

3.3 問卷調(diào)查

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行總結(jié)，并做了簡(jiǎn)單的調(diào)查問卷。包括4個(gè)問題：①對(duì)問題的思考是否有助于你的實(shí)驗(yàn)？②在哪些方面有幫助？對(duì)以下五項(xiàng)學(xué)習(xí)方式進(jìn)行排序：③有助于你完成實(shí)驗(yàn)的方式______；④促進(jìn)你獨(dú)立思考的方式______；選項(xiàng)包括：A.看錄像、B.教師講解、C.自己預(yù)習(xí)、D.討論并回答問題、E.課堂提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

第一組共58人，調(diào)查結(jié)果為：①91.4%選擇“是”，3.4%選擇“否”，5.2%放棄回答；②72.4%原理，17.2%實(shí)驗(yàn)思路，10.3%操作；③選項(xiàng)前三學(xué)生普遍選擇B、A、C；④選項(xiàng)前三學(xué)生普遍選擇C、D、E。

第二組共60人，調(diào)查結(jié)果為：①88.3%選擇“是”，5.0%選擇“否”，6.6%放棄回答；②81.7%儀器或操作，13.3%實(shí)驗(yàn)思路，5.0%其他(作圖)；③選項(xiàng)前三學(xué)生普遍選擇C、D、E；④選項(xiàng)前三學(xué)生普遍選擇C、D、E。

3.4 調(diào)查的結(jié)論

問卷調(diào)查反映出，在自主學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍認(rèn)為思考并回答相關(guān)問題，有助于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。而且當(dāng)問題偏重原理時(shí)，學(xué)生認(rèn)為在原理和思路上有幫助，但問題偏重儀器操作時(shí)，學(xué)生認(rèn)為在操作上有幫助，這說明問題的引導(dǎo)作用非常明顯。當(dāng)學(xué)生思考原理問題，在原理方面有準(zhǔn)備時(shí)，視頻錄像和教師講解對(duì)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)有明顯的幫助。如果沒有對(duì)原理的思考，則預(yù)習(xí)、回答操作問題和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)對(duì)完成實(shí)驗(yàn)更重要。所有相關(guān)問題對(duì)學(xué)生的獨(dú)立思考均有促進(jìn)作用。

4 結(jié) 語

在開放式物理教學(xué)中，問題為導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)模式相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)給予學(xué)生更多的自由，滿足其個(gè)性化學(xué)習(xí)的要求，又給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，并提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效率。同時(shí)，學(xué)生獨(dú)立的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)其思維能力和運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，符合物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

當(dāng)然，這種學(xué)習(xí)模式對(duì)教師和教學(xué)環(huán)境也提出了要求。① 問題內(nèi)容、提問方式、甚至順序都對(duì)學(xué)生進(jìn)行思考和實(shí)驗(yàn)有影響。而且，實(shí)驗(yàn)相關(guān)問題包括有正確答案的問題和存在不同解決方案的問題，即界定明確的問題和界定不明確的問題。關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理的問題傾向于前者，而操作部分傾向于后者，從實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練目的而言，后者更能激發(fā)學(xué)生的探索活動(dòng)，更具價(jià)值。教師在提出問題時(shí)，應(yīng)該經(jīng)過認(rèn)真思考，注意激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。所以，提什么問題，如何提問題，都變得很重要。② 問題引導(dǎo)型自主學(xué)習(xí)過程，除了提出問題，也應(yīng)用了視頻、網(wǎng)絡(luò)課件等方式，但是這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源比較豐富，且形式各異，包括理論知識(shí)教材、課件和相關(guān)題目，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻，相關(guān)慕課，仿真軟件，實(shí)驗(yàn)室實(shí)體儀器等。這些手段應(yīng)該合理的綜合利用，建立類似網(wǎng)絡(luò)游戲式的過關(guān)型系統(tǒng)，形成獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制，并與他人有交流討論，從內(nèi)因和外因兩方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，達(dá)到更好的自主學(xué)習(xí)效果。

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Research on Question-oriented Self-regulated Learning Model in College Experimental Physics

JIANG Yun1, WANG Yafang1, DONG Aiguo1, ZHOU Weigong2

(1. School of Science, China University of Geosciences, Beijing 100083, China； 2. Great Wall College, China University of Geosciences, Baoding 071000, Hebei, China)

In order to overcome students’ difficulty in the self-regulated learning in college experimental physics and conform to the principles of educational psychology, the question-oriented self-regulated learning model was put forward. In the model, a big complex task is disassembled into several small simple staged tasks. For every subtask, a series of questions are then given to lead students to think and find their solutions. During the question-solving process, students’ learning motivation is continuously stimulated and sustained from endogenous and exogenous aspects. The model is used in RLC circuit experiment. The teacher gives a series of questions on basic principle, experimental technology, data processing and other issues. The students think about questions, look for answers by studying on the teaching materials, web search, peer discussion or other methods, and then explore the possible solution and complete the whole task independently. In the comparison of experimental results and questionnaires, it is shown that the questions cause students to think and have an obvious influence on their thinking direction, and the students’ ability to use theoretical knowledge to solve practical problems can be cultivated. In order to achieve good results, questioning skills should be paid attention to, and the other existing physical experiment resources should be utilized fully and comprehensively in the question-oriented self-regulated learning model.

physics experiment; question-oriented; teaching model; self-regulated learning; educational psychology; RLC series resonance circuit experiment

2016-08-28

蔣 蕓(1976-)，女，河北廊坊人，博士,講師，研究方向：巖石礦物材料學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

Tel.：13521250219，Email：jiangyun@cugb.edu.cn

G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0237-03