李成豐 黃致新 趙曉魚 何苗嫚

(1華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079; 2重慶南開中學(xué)，重慶 400030)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)校開始摒棄工廠式的集中教育，采用混合式學(xué)習(xí)進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)。尤其是在物理等學(xué)科領(lǐng)域，教育并非只是知識的單向傳遞，而是需要在學(xué)科新知識和學(xué)生原有知識之間搭建支架，給學(xué)生提供時(shí)間去思考討論，吸收內(nèi)化，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對新知識的建構(gòu)。2009年，美國哈佛大學(xué)教授Eric Mazur提出了一種基于Clicker的講授法——同伴教學(xué)法(Peer Instruction)[1]。這種基于概念問題的學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作探究學(xué)習(xí)方式，有效地改變了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)手段、教學(xué)模式和教學(xué)方法。研究表明，同伴討論的確增強(qiáng)了學(xué)生對概念問題的理解[2]。我們在國內(nèi)外課堂教學(xué)行為研究的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)的師生教學(xué)行為分析系統(tǒng)(Analysis System of Teachers and Students’ Interactive Behavior, 簡稱ASTSIB)對華中師范大學(xué)基于Clicker的大學(xué)物理研討課堂進(jìn)行了實(shí)錄分析。相應(yīng)地，本文也進(jìn)行了實(shí)時(shí)課堂觀察和個(gè)案研究。一方面，為了初步探索同伴教學(xué)法內(nèi)部的知識建構(gòu)過程；另一方面，力圖為教師客觀分析教學(xué)過程，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知轉(zhuǎn)變,從而進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量提供一些參考。

1 師生教學(xué)行為研究

課堂教學(xué)活動(dòng)是由一系列教學(xué)行為組成的，按照教與學(xué)的主體，教學(xué)行為可以分為教師行為和學(xué)生行為。本文主要研究的是教師的課堂教學(xué)行為和學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)行為。

1.1 研究工具

在國外，分析課堂教學(xué)過程和了解師生教學(xué)行為的量化分析方法主要有S-T分析法(Student-Teacher分析法)、20世紀(jì)60年代，美國密歇根大學(xué)教育學(xué)教授弗蘭德斯(Ned A.Flanders)提出的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)FIAS (Flanders Interaction Analysis System)[3]、1971 年，布羅菲和古德研制出基于課堂觀察的布羅菲-古德雙向互動(dòng)系統(tǒng)BGDIS(Brophy-Good Dyadic Interaction System)、1995年和1999年，國際上進(jìn)行的TIMSS(The Trends In International Mathematics and Science Study)錄像研究[4]以及20世紀(jì)90年代，皮安塔(Pianta)和哈默(Hamre)開發(fā)的課堂互動(dòng)評估系統(tǒng)CLASS(Classroom Assessment Scoring System)[5]。本研究經(jīng)過對我國大量網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻以及實(shí)時(shí)課堂教學(xué)的反復(fù)觀察記錄和編碼分析，在前人研究的基礎(chǔ)上，對FIAS進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了如表1所示的“師生教學(xué)行為分析系統(tǒng)”。

1.2 實(shí)證研究

根據(jù)ASTSIB提供的方法，本研究對華中師范大學(xué)基于Clicker的大學(xué)物理研討課堂進(jìn)行了實(shí)錄分析。我們一共選取了23節(jié)課堂教學(xué)實(shí)錄為試驗(yàn)對象，其中有14節(jié)講授課和9節(jié)研討課。

表1 師生教學(xué)行為分析系統(tǒng)

(1) 講授式課堂教學(xué)

課堂觀察中，每3秒鐘取樣一次。通過Excel軟件對記錄的編碼進(jìn)行分析，我們分別得到了講授式課堂教學(xué)師生行為比率動(dòng)態(tài)折線圖和講授式課堂教學(xué)師生行為分析矩陣。現(xiàn)以畢奧-薩伐爾定律為例，詳細(xì)地展現(xiàn)傳統(tǒng)的講授式教學(xué)中師生行為的規(guī)律和特征，如圖1和圖2所示。

圖1 講授式課堂教學(xué)師生行為比率動(dòng)態(tài)折線圖

圖2 講授式課堂教學(xué)師生行為分析矩陣

從圖1中，不難發(fā)現(xiàn)，除了上課的前5分鐘和下課前的1分鐘有師生行為的交替外，整個(gè)課堂一直處于教師講授的狀態(tài)。結(jié)合實(shí)錄視頻和編碼結(jié)果，可以觀察到具體細(xì)節(jié)。上課時(shí)，課堂出現(xiàn)了短時(shí)間的混亂，學(xué)生到座位上并沒有安靜下來。這時(shí)，教師通過點(diǎn)名提問的方式回顧舊知，同學(xué)們逐漸開始聚焦到教師所提出的問題。因此，這段時(shí)間出現(xiàn)了師生行為的交替，教師和學(xué)生開始有了頻繁的互動(dòng)。而后，教師開始新課講授。在此期間，教師除了有少許的口頭分析和開放性提問等教學(xué)行為外，大多都是對照PPT講授新知。因此，學(xué)生的參與度逐漸降低，直至為零。到了即將下課的小結(jié)部分，教師通過提問，學(xué)生開始有所思考和小范圍討論，不過學(xué)生的學(xué)習(xí)行為并不顯著?？傮w而言，講授式課堂教學(xué)師生行為編碼相對單一，反映出上課形式也相對單一，教師的教學(xué)行為占據(jù)絕對主體。

圖3 研討式課堂教學(xué)師生行為比率動(dòng)態(tài)折線圖

每個(gè)編碼與后一編碼可組成一個(gè)編碼對，編碼對出現(xiàn)的次數(shù)越多，則分析矩陣中相應(yīng)格子里的數(shù)字就越大。在講授式課堂中，數(shù)字最大的格子對應(yīng)的編碼對，也即是出現(xiàn)次數(shù)最多的編碼對是(5 5)。這說明教師的講授行為是課堂中出現(xiàn)最多的行為，反映出課堂最穩(wěn)定的狀態(tài)是教師講授。其次，較多的編碼對是(4 5)和(5 4)，這表明教師在講授過程中，提問也比較多，達(dá)到71次。但大多都是開放性問題，占教師提問比例84.51%，絕大部分學(xué)生并沒有積極地思考和反應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，教師行為比例為94.76%，學(xué)生行為比例為5.24%。其中，教師下行型互動(dòng)比例為90.51%，遠(yuǎn)超過教師上行型互動(dòng)比例。值得注意的是，在本次講授式課堂上，學(xué)生無意義狀態(tài)(編碼13)的比例達(dá)到了35.71%，這反映出傳統(tǒng)的講授式教學(xué)中出現(xiàn)了較多混亂或者沉寂的無效課堂時(shí)間。另外，學(xué)生主動(dòng)互動(dòng)的比例為零，學(xué)生討論和交流的比例為零。這表明學(xué)生在課堂上根本沒有發(fā)揮自身的主動(dòng)性，教師占用了大部分的課堂時(shí)間。

(2) 研討式課堂教學(xué)

同理，我們分別得到了研討式課堂教學(xué)師生行為比率動(dòng)態(tài)折線圖和研討式課堂教學(xué)師生行為分析矩陣?，F(xiàn)以磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理為例，詳細(xì)地展現(xiàn)基于Clicker的研討式教學(xué)中師生行為的規(guī)律和特征，如圖3和圖4所示。

圖4 研討式課堂教學(xué)師生行為分析矩陣

從圖3中，不難發(fā)現(xiàn)，本堂課的師生互動(dòng)頻率較傳統(tǒng)的講授式課堂有所提高。同時(shí)，學(xué)生之間的同伴討論頻次也增多了。結(jié)合實(shí)錄視頻和編碼結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)：上課時(shí)，教師首先給大家提出了本堂課的要求，介紹了研討課的流程。因?yàn)槭切率谡n，所以教師在前2/3的課堂時(shí)間內(nèi)主要是講授新知，期間伴隨著提問，學(xué)生也有回答和思考。由于后面有問題研討，因此，學(xué)生的熱情和專注度明顯高于講授式教學(xué)。在講完新課后，來到了研討環(huán)節(jié)，學(xué)生首先自主思考進(jìn)行判斷投票。而后，教師根據(jù)投票結(jié)果要求學(xué)生參與討論，最后再分析總結(jié)。在這一部分，學(xué)生行為明顯高于教師行為，也比較符合研討課的特征，即“以學(xué)生為主體，以問題為導(dǎo)向”。

從圖4來看，出現(xiàn)次數(shù)最多的編碼對是(5 5)。與講授式教學(xué)相同，教師的講授行為是課堂中出現(xiàn)最多的行為。除此之外，較多的編碼還有(4 5)、(11 11)和(5 4)，即教師的提問行為和學(xué)生之間的討論交流行為。據(jù)統(tǒng)計(jì)，教師行為比例為84.77%，學(xué)生行為比例為15.23%。其中教師下行型互動(dòng)比例為88.22%，相比于講授式教學(xué)有了明顯下降。很顯然，研討課上的學(xué)生有了更多的自主時(shí)間，參與學(xué)習(xí)的行為比例也有了大幅度的提高。同時(shí)，學(xué)生主動(dòng)互動(dòng)比例為31.97%，學(xué)生討論交流比例達(dá)到50.82%，學(xué)生在課上能發(fā)揮能動(dòng)性的機(jī)會增多。教師提出開放性問題占教師提問比例46.75%，與封閉性問題比例相近，這更能促進(jìn)學(xué)生的思考和回答。國外有關(guān)研究指出，當(dāng)課堂內(nèi)容強(qiáng)調(diào)的行為復(fù)雜性層次較低時(shí)，封閉性問題和開放性問題的最佳比例是7∶3；當(dāng)課堂內(nèi)容所強(qiáng)調(diào)的復(fù)雜性層次較高時(shí)，兩者最佳比例是 6∶4[6]。值得關(guān)注的是，學(xué)生無意義狀態(tài)(編碼13)的比例降低至2.46%，這表明基于Clicker的大學(xué)物理研討課對于提高學(xué)生的專注度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)有著重要的作用。

2 個(gè)案研究

以上討論了基于Clicker大學(xué)物理研討課的整體效果和師生行為表現(xiàn)。為了進(jìn)一步探索學(xué)生行為是如何促進(jìn)知識建構(gòu)的，我們深入到某個(gè)研討小組中，不僅對他們的語言表述和手勢動(dòng)作進(jìn)行了觀察分析，而且相當(dāng)程度地參與到他們的研討中。經(jīng)過對研究對象多次的參與式觀察和調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生經(jīng)常會采用如下幾種方法去陳述觀點(diǎn)，說服同伴(參見表2，按最多兩項(xiàng)選擇)。

表2 研討過程中學(xué)生陳述觀點(diǎn)的方式

例： 一個(gè)平行板電容器，充電后與電源斷開。當(dāng)用絕緣手柄將電容器兩極板間距離拉大，則兩極板間的電勢差U12、電場強(qiáng)度的大小E、電場能量W將發(fā)生的變化正確的是(C)。

A.U12減小，E減小，W減?。?/p>

B.U12增大，E增大，W增大；

C.U12增大，E不變，W增大；

D.U12減小，E不變，W不變；

E. 不確定。

就這一問題，全班83名學(xué)生在研討前后的投票結(jié)果如圖5所示。其中，某組4名同學(xué)圍坐在一起討論該題，S1和S2選C，S3選B，S4選擇A。他們之間的對話如下：(S代表同學(xué)，TAs代表助教)

圖5 投票結(jié)果

(1) S2：電源斷開，不是Q不變嘛？

(2) S1：對，Q不變。

(4) S1：d變大了。

(6) S3：能量，是能量。

(8) S1：W增大。

(9) S2：Q不變，所以W增大。

(10) S1：對。

(11) S1：然后E不變，是根據(jù)那個(gè)，那個(gè)……U=Ed。

(13) S1：對，有點(diǎn)強(qiáng)行解釋了。

(14) S2：其實(shí)我有點(diǎn)不確定，所以選了C。

(16) S2：就是那個(gè)能量，在高中沒有學(xué)過。

這一階段的研討，S2發(fā)現(xiàn)電勢差U和能量W都是依靠直接的公式(straightforward plug-and-chug)判斷而來，卻不清楚電場E該如何判斷。由此表明，物理并非只是一系列的事實(shí)和一系列的方程式，即使背誦下來，大多數(shù)學(xué)生也無法去解決復(fù)雜的問題。這些問題便要求學(xué)生對物理進(jìn)行深入思考，并對概念有著深入的理解，同時(shí)還要有條理的知識結(jié)構(gòu)[7]。因此，我們應(yīng)當(dāng)多關(guān)注物理推理問題，并開展有效的同伴討論和教師講解。如此一來，學(xué)生不僅可以獲得問題解決方法，而且在做完題后還能夠評估出我們想讓他學(xué)習(xí)到什么。

(17) TAs：能量，那其他物理量都是根據(jù)高中知識判斷的嗎？

(18) S1，S2，S3，S4：恩，對的。

(19) S2：那現(xiàn)在用大學(xué)知識該怎么判斷呢？想一想……

(20) ……(積極思考)。

(21) S1：電位移耶。

(22) S2：電位移通量是吧，就是那個(gè)積分嘛。

(23) TAs：哪個(gè)積分？

(24) S2：就是電介質(zhì)中的高斯定理。

(25) TAs：怎么判斷的呢？

(26) S2：積分方程右邊等于Q嘛，Q不變，那么等式左邊不變。左邊的話，面積不變，所以電位移不變，所以場強(qiáng)不變。所以選C啊。

(27) TAs：那U怎么判斷呢？

(28) S2：U不等于Q除以C嘛……哦，應(yīng)該要用大學(xué)知識來解釋哈。

(29) TAs：既然E都知道了，那U呢？它們之間什么關(guān)系?。?/p>

(30) S2：U等于E乘以d啊，d增大了呀，所以U增大啊。

(31) TAs：U表示電勢差，E是場強(qiáng)，它們之間的普遍關(guān)系式是什么?。?/p>

(32) S2：E等于U除以d，U等于E乘以d。

(33) S1：哦，應(yīng)該是要積分U=∮E·dl。

(34) S2：哦，積分。

(35) TAs：那大學(xué)物理和高中物理的主要區(qū)別是什么??？

(36) S2：大學(xué)就是積分。

(37) TAs：與高中相比，大學(xué)物理更加注重分析過程。

(38) S2：因?yàn)楦咧形锢碇R都是基于常量，都是不變的，對吧？

(39) TAs：可以這么說。那U判斷出來了，W呢？

(41) TAs：那W還有很多公式啊。

(43) S1，S3：不能。

(45) S2：對，Q不變，C減小，所以W增大。

(46) TAs：很好。請問平行板電容器的電容等于多少??？

(48) S2：哦，這個(gè)也可以判斷C的大小。d增大，S不變，C便減小。

在S2快速轉(zhuǎn)變后，助教提出問題(第35條)。S2快速回答，“大學(xué)就是積分”(第36條)。由此看來，在S1的提示和助教的引導(dǎo)下，S2發(fā)生了最終轉(zhuǎn)變，逐漸意識到了積分的重要性。隨后，同學(xué)們對于有關(guān)能量W的公式也能很好的區(qū)分，判斷W的變化也變得游刃有余。

圖6 研討課學(xué)生思維過程

通過對大量研討課案例的研究，我們發(fā)現(xiàn)了學(xué)生認(rèn)知的豐富性和復(fù)雜性。他們的認(rèn)知轉(zhuǎn)變是一個(gè)相對靈活的動(dòng)態(tài)過程，其思維過程如圖6所示。因此，學(xué)生的推理應(yīng)該由更加豐富和復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)去判斷，教師應(yīng)重視對學(xué)生思維過程的評價(jià)，而不只是看他們答案正確與否這樣一個(gè)簡單標(biāo)簽[8]。同時(shí)，轉(zhuǎn)換學(xué)生在一個(gè)問題上的認(rèn)識以及整合不同種類知識，是幫助學(xué)生有效解決物理問題的重要方法。這就要求教師要學(xué)會從學(xué)生那里獲得反饋，盡量多了解學(xué)生的想法，積極引導(dǎo)，提供建構(gòu)，給學(xué)生做出反饋，促進(jìn)學(xué)生在概念框架的情境中理解事實(shí)和觀念，用易于提取和應(yīng)用的方式組織知識[9]。

3 研究結(jié)論

從本質(zhì)上講，物理研討式教學(xué)是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用，是研究性學(xué)習(xí)理念在物理課堂教學(xué)中的體現(xiàn)。而信息技術(shù)的持續(xù)導(dǎo)入又影響著教育生態(tài)的重構(gòu)，為創(chuàng)建學(xué)習(xí)環(huán)境和發(fā)展學(xué)生能力提供了機(jī)遇。本文研究表明基于Clicker的研討式教學(xué)將傳統(tǒng)的講授式教學(xué)和信息技術(shù)手段進(jìn)行了有效結(jié)合，在大學(xué)物理課堂上取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。具體來講，研究結(jié)論如下：

1) 從量表統(tǒng)計(jì)分析中可以看出，大學(xué)物理講授式課堂教學(xué)中的師生行為相對單一，上課形式也相對單一，教師的教學(xué)行為占據(jù)絕對主體。相比之下，基于Clicker的大學(xué)物理研討課則以學(xué)生為主體，以問題為導(dǎo)向，能充分給予學(xué)生自主討論的時(shí)間。這對于提高學(xué)生的專注度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)有著重要的作用。

2) 從成績對比以及個(gè)案研究中，我們總結(jié)得到了學(xué)生在研討課中的思維過程。結(jié)果表明，基于Clicker的大學(xué)物理研討式教學(xué)通過加強(qiáng)學(xué)生對知識的判斷練習(xí)，有效地促進(jìn)了學(xué)生元認(rèn)知技能的發(fā)展。這樣不僅可以增強(qiáng)學(xué)生思考時(shí)的自我意識，而且還可以促使學(xué)生產(chǎn)生更多的新思想、新方法、更高層次的推理以及更好的知識遷移。

3) 從訪談?wù){(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)在研討課前，學(xué)會了合理分配時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)；研討課中，知道對自己的認(rèn)知過程進(jìn)行自我意識、監(jiān)控和調(diào)節(jié)；研討課后，懂得進(jìn)行錯(cuò)題訂正，自我反省和總結(jié)復(fù)習(xí)。這表明基于Clicker的大學(xué)物理研討課給學(xué)生帶來了許多學(xué)習(xí)行為上的積極變化。

總之，基于Clicker的大學(xué)物理研討課可以支持以獨(dú)立性和自我調(diào)控為目標(biāo)的元認(rèn)知技能發(fā)展。這種元認(rèn)知教學(xué)模式與物理學(xué)科相整合，不僅可以促進(jìn)學(xué)生的思維活動(dòng)，提高學(xué)生對傳統(tǒng)問題的解決能力，而且還能在一定程度上發(fā)展學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和語言表達(dá)的能力。

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