劉柏云 王珊珊 張妙靜

(廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

恢復(fù)高考40年來，從不足5%到超過70%的錄取率顯示了我國高等教育“從精英教育到大眾教育”的轉(zhuǎn)變。我國高等教育實(shí)現(xiàn)了“高等教育覆蓋更多人群”的目標(biāo)，但也出現(xiàn)了諸多引發(fā)關(guān)注的問題。如，在當(dāng)前社會(huì)環(huán)境下，由于家長、學(xué)校多以高校錄取率來衡量中學(xué)教師的執(zhí)教水平，因此使最容易顯效的應(yīng)試教育模式成為眾多中學(xué)教師的無奈選擇。這最終導(dǎo)致以題海戰(zhàn)術(shù)為主的教學(xué)方法在我國基礎(chǔ)教育領(lǐng)域不僅沒有逐步消亡，在某些地區(qū)甚至有愈演愈烈之勢。這一趨勢不但使各高等院校難以獨(dú)善其身，而且還因?yàn)槠渌邮盏拇蠖嗍墙邮芰碎L期應(yīng)試訓(xùn)練的學(xué)生，而不得不深陷應(yīng)試教育的泥潭。

以大學(xué)物理課程為例，雖然它是理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，但學(xué)生往往認(rèn)為它不屬于本專業(yè)而單純以通過課程考試為學(xué)習(xí)目的。他們在多年的應(yīng)試訓(xùn)練下，課堂上以聽和看為主，課后不以抄襲作業(yè)為恥，養(yǎng)成了平時(shí)不認(rèn)真學(xué)、考前突擊背作業(yè)、重點(diǎn)分析歷年試題的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣。這無疑給注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力的高等院校提出了現(xiàn)實(shí)的問題——如何糾正學(xué)生的不良習(xí)慣？如何培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神？

科學(xué)研究一般要經(jīng)歷觀察、提出假設(shè)、推理演繹、實(shí)驗(yàn)論證、修正假設(shè)等過程，因此經(jīng)歷科學(xué)研究的全過程是培養(yǎng)研究者科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的重要途徑。然而在目前高等院校的大學(xué)物理理論課上，教師往往通過講解或演示實(shí)驗(yàn)向?qū)W生展示科學(xué)研究的過程，極少有機(jī)會(huì)讓學(xué)生親身體驗(yàn)。缺乏體驗(yàn)使不少學(xué)生覺得大學(xué)物理枯燥乏味，理論艱深難懂。那么教師改變教學(xué)方法，讓學(xué)生獲得應(yīng)有的體驗(yàn)，應(yīng)該是改善大學(xué)物理課堂教學(xué)效果的有效策略。

實(shí)驗(yàn)探究法[1]作為強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的一種教學(xué)方法，它充分體現(xiàn)了建構(gòu)主義理論中“由學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)”來激發(fā)推理、分析、鑒別等高級(jí)思維活動(dòng)的核心思想。實(shí)驗(yàn)探究可以使學(xué)生擺脫對(duì)知識(shí)不加理解、機(jī)械記憶的學(xué)習(xí)方法，使他們將符號(hào)所代表的新知識(shí)與已有的概念和知識(shí)進(jìn)行實(shí)質(zhì)的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)[2]。為此，我們以磁鐵為對(duì)象進(jìn)行了大學(xué)物理課堂的探究式教學(xué)實(shí)踐。

1 精選教學(xué)內(nèi)容確定研究對(duì)象

在大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容中，電磁學(xué)部分占比最高[3]。有關(guān)鐵磁質(zhì)的知識(shí)在其中屬于B類內(nèi)容，但其涵蓋了物質(zhì)的磁性、磁疇、居里點(diǎn)、磁化等重要物理概念。另外，鐵磁質(zhì)在工程等方面有廣泛的應(yīng)用，具有很高的實(shí)用價(jià)值，它在生產(chǎn)生活中容易被學(xué)生接觸到，所以很適合作為研究的對(duì)象。

2 巧設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)還原科研過程

1) 以自主學(xué)習(xí)奠定研究基礎(chǔ)

自主學(xué)習(xí)一直是高等教育倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式。同伴教學(xué)法(Peer Instruction，簡稱PI)被認(rèn)為是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，通過師生互動(dòng)、生生互動(dòng)解決物理概念教學(xué)難點(diǎn)的有效方法[4]。筆者在4年多的PI實(shí)踐教學(xué)中，針對(duì)廣西師范大學(xué)400多名不同專業(yè)的理工科本科生進(jìn)行了問卷調(diào)查。我們發(fā)現(xiàn)：超過65%的學(xué)生都是按部就班地上課，課后沒有進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，只有不到25%的學(xué)生能堅(jiān)持課外自學(xué)[5,6]?；诖耍瑸榱吮ＷC探究教學(xué)的有效進(jìn)行，我們將學(xué)生的部分自學(xué)任務(wù)調(diào)到了課堂上。這保證了學(xué)生在探究前有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，有利于后續(xù)高質(zhì)量的探究。

2) 以情境教學(xué)引出科研問題

以生活中的真實(shí)情境構(gòu)建物理圖像一直是物理教師常用的教學(xué)手段之一。情境教學(xué)將來源于生活的真實(shí)場景展現(xiàn)給學(xué)生，通過教師的引導(dǎo)，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從真實(shí)情境到物理圖像的遷移，有助于學(xué)生思維從形象到抽象的轉(zhuǎn)化。為此，在本案例中，教師首先通過一張“冰箱吸鐵石斷裂成兩段”的圖片幫助學(xué)生在頭腦中構(gòu)建真實(shí)的情境。以問題：“一塊磁鐵斷裂成兩塊后，當(dāng)這兩塊磁鐵以斷裂面相互靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”直接給出研究的問題。

3) 以測試題揭示錯(cuò)誤思維

學(xué)習(xí)的過程是學(xué)習(xí)者不斷拋棄或修正錯(cuò)誤的舊知識(shí)、建構(gòu)新知識(shí)的過程。而錯(cuò)誤的思維方式和固有經(jīng)驗(yàn)會(huì)妨礙學(xué)生構(gòu)建新知識(shí)。因此了解學(xué)生錯(cuò)誤的固有經(jīng)驗(yàn)和思維方式，并就此進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)是幫助教師突破教學(xué)難點(diǎn)的有效途徑?；诠P者多年的PI教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們將2)中的研究問題設(shè)計(jì)為以下測試題，以便了解學(xué)生頭腦中的前概念或錯(cuò)誤思維：

題目： 一塊磁鐵斷裂成兩塊后，當(dāng)這兩塊磁鐵以斷裂面相互靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ ( )

A. 吸引； B. 排斥；

C. 既不吸引也不排斥； D. 以上答案都不對(duì)。

學(xué)生通過回憶以往的生活經(jīng)驗(yàn)和所學(xué)知識(shí)并稍加思考后，可以就此給出自己的答案。由于他們往往只考慮磁鐵斷裂的一種情況，因此實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)選擇A和B的人數(shù)相當(dāng)，比例較高。答案的不統(tǒng)一將引發(fā)學(xué)生的思維沖突，激起他們的求知欲。此時(shí)，教師在不公布答案的前提下，組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)將有助于他們帶著問題進(jìn)行有目的的探究。

4) 以分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)證探究

合作學(xué)習(xí)近年來備受關(guān)注，來自不同研究小組的實(shí)踐研究證實(shí)：3～4人的合作小組是提高小組成員學(xué)習(xí)質(zhì)量最適合的人數(shù)配額。因此，我們將學(xué)生分為了多個(gè)3～4人的學(xué)習(xí)小組，并通過發(fā)放白板吸鐵石、小磁針、小刀、剪刀、磁性門簾吸條等常見物品組織學(xué)生在課堂上進(jìn)行分組探究。學(xué)生可以利用小刀、剪刀對(duì)白板吸鐵石和門簾吸條實(shí)施撬取、剪斷等操作；利用小磁針可以探測磁鐵的磁極方向。

5) 以實(shí)驗(yàn)報(bào)告呈現(xiàn)科學(xué)猜想

在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，我們要求學(xué)生以統(tǒng)一格式記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作以及相應(yīng)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并通過小組討論給出相關(guān)原理的猜想。在本次實(shí)踐教學(xué)中，不少學(xué)生是將白板吸鐵石摔斷的。這些學(xué)生發(fā)現(xiàn)：由于磁鐵斷裂的方向不可控制，因此會(huì)觀察到不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——測試題A、B、C選項(xiàng)的對(duì)應(yīng)現(xiàn)象都可能出現(xiàn)。此時(shí)學(xué)生結(jié)合之前自學(xué)的知識(shí)并經(jīng)過小組討論，給出了自己的科學(xué)猜想。

6) 以討論+視頻驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)后，教師就回收的實(shí)驗(yàn)報(bào)告邀請具有代表性的小組走上講堂分享看法。這可以使學(xué)生了解不同小組的探究過程以及科學(xué)猜想。此外，考慮到現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的有限性以及科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性要求，教師在學(xué)生講述后，展示了事先拍攝的實(shí)驗(yàn)視頻——利用切割機(jī)切割不同形狀強(qiáng)磁鐵的視頻。這些視頻既補(bǔ)充了部分不宜在課堂中操作的實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)也使前面的探究活動(dòng)自然上升到科學(xué)研究的水平。

7) 以分析總結(jié)修正科學(xué)推理

通過以上環(huán)節(jié)，學(xué)生自然得出了本次探究實(shí)驗(yàn)較完整的步驟：

① 利用小磁針測量磁鐵的磁極方向；

② 沿磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F，并觀察斷裂面靠近時(shí)的現(xiàn)象；

③ 沿垂直于磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F，并觀察斷裂面靠近時(shí)的現(xiàn)象；

④ 對(duì)不同形狀的磁鐵重復(fù)以上步驟；

⑤ 觀察磁鐵長時(shí)間被切割機(jī)切割后的現(xiàn)象；

⑥ 總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并提出猜想。

這時(shí)，教師和學(xué)生對(duì)所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析總結(jié)，可以歸納出以下結(jié)論：

① 沿平行磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F并使斷裂面靠近時(shí)，磁鐵因斷裂面的磁性相同而相互排斥；

② 沿垂直于磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F并使斷裂面靠近時(shí)，磁鐵因斷裂面的磁性相反而相互吸引；

③ 切割機(jī)長時(shí)間切割磁鐵可能導(dǎo)致磁鐵溫度超過居里點(diǎn)，此時(shí)磁鐵因磁疇被破壞而失去磁性；

④ 嚴(yán)重的摔打可能導(dǎo)致磁鐵因磁疇被破壞而失去磁性；

⑤ 磁鐵斷裂后，以斷裂面靠近時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象與磁鐵原來的形狀無關(guān)。

8) 以始問終答實(shí)現(xiàn)完整教學(xué)

本案例的實(shí)踐探究以一個(gè)問題開始，此后的多個(gè)環(huán)節(jié)基本呈現(xiàn)了科學(xué)研究的必經(jīng)流程。學(xué)生在課堂中體驗(yàn)了“建立圖像、獨(dú)立思考、動(dòng)手探究、提出猜想、討論推理、分析總結(jié)”的過程，并最終發(fā)現(xiàn)前文題目的正確答案是D。也就是說，本次教學(xué)實(shí)踐始于問，終于答，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的首尾呼應(yīng)。

3 通過課后反思促進(jìn)教學(xué)相長

教學(xué)的基本要素中除了教學(xué)目的、教學(xué)方法和教學(xué)過程外，教學(xué)反思也極其重要。本案例的實(shí)踐教學(xué)時(shí)間約為80分鐘，其中學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)間約占一半。在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，我們注意到一些在教師主講的傳統(tǒng)課堂中往往不會(huì)被發(fā)現(xiàn)的問題：不少學(xué)生，尤其是女生，雖然知道小磁針可以測量磁極，但卻不敢確定在沒有其他磁鐵存在的情況下，磁針?biāo)傅哪膫€(gè)是地球磁場的北極或南極；又如，當(dāng)教師提到小磁針可能由于課前保存不當(dāng)被磁化時(shí)，一些學(xué)生對(duì)“如何校正可能被磁化的小磁針？”的問題束手無策，而另一些學(xué)生則想到可以利用手機(jī)的指南針，或者用已知的地理南北方向進(jìn)行校正。這些發(fā)現(xiàn)令筆者感嘆：雖然學(xué)生都知道“同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引”的簡單原理，但他們實(shí)際運(yùn)用原理的能力卻差異甚大。

本次教學(xué)實(shí)踐達(dá)到了讓學(xué)生經(jīng)歷科研過程的目的，實(shí)現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)”的“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念。在學(xué)生方面，很多學(xué)生認(rèn)為這樣的課堂氣氛活躍，動(dòng)手探究和分組討論能夠讓他們知道自己是否真正掌握了知識(shí)，希望以后能多上這樣的課。但是，也有部分學(xué)生認(rèn)為知識(shí)點(diǎn)不多，用80分鐘來學(xué)習(xí)太浪費(fèi)，應(yīng)該多講習(xí)題提高解題能力。在教師方面，教學(xué)過程仍有不少值得改進(jìn)的地方——因?yàn)榘装逦F石不容易撬取、分割，未來可以選用更容易在課堂上切割的磁鐵；教師應(yīng)提前規(guī)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式，否則很可能無法在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中獲取有用的信息；不少實(shí)驗(yàn)報(bào)告體現(xiàn)出學(xué)生的文字表達(dá)水平不高，未來可以鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合圖形圖表提高書面表達(dá)能力。對(duì)于部分學(xué)生因應(yīng)試教育導(dǎo)致的過度重視做題的習(xí)慣，筆者以為利用當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，將例題講解以微課的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生在課后學(xué)習(xí)不失為一個(gè)很好的補(bǔ)償方案。

雖然本次實(shí)踐教學(xué)有助于糾正學(xué)生的不良習(xí)慣，有利于培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神，但“極少學(xué)生能提出有價(jià)值的問題。”的現(xiàn)實(shí)仍讓筆者深感遺憾。創(chuàng)新首先源于問題的發(fā)現(xiàn)，要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才就要提供更多機(jī)會(huì)讓學(xué)生提出有價(jià)值的問題。因此，如何提升大學(xué)生提出高質(zhì)量問題的能力，值得我們思考。

[1] 許云鳳.探究式教學(xué)與傳授式教學(xué)辨析[J]. 教育探索，2006(7)：22-24.

Xu Yunfeng. Analysis on inquiry teaching and traditional teaching[J]. Education Exploration, 2006(7)： 22-24. (in Chinese)

[2] 陳琦,劉儒道.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2007:163-165.

[3] 理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求(2010年版)[M].教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).北京：高等教育出版社，2011:1-15.

[4] Mazur E.同伴教學(xué)法——大學(xué)物理教學(xué)指南[M]. 張萍，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011:1-213.

[5] 張妙靜，賴仿，楊醒.同伴教學(xué)遭遇的困難與應(yīng)對(duì)方案——以廣西師范大學(xué)為例[J]. 高教論壇，2015,(8):50-53.

Zhang Miaojing, Lai Fang, Yang Xing.The difficulties and solutions in carrying out peer instruction——taking Guangxi Normal University as an example[J]. Higher Education Forum, 2015(8): 50-53. (in Chinese)

[6] 張妙靜，程蕾.同伴教學(xué)法應(yīng)用效果分析//2014年全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[J].物理與工程, 2014(S1):154-156.

Zhang Miaojing, Cheng Lei. Analysis on application effect of peer instruction//The memoir about national education seminar on university physics course in 2014[J], Physics and Engineering, 2014(S1): 154-156. (in Chinese)