陳宇環(huán) 李成金

摘 要：文章根據(jù)學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，結(jié)合獨立院校理工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實踐能力要求和普通物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了普通物理實驗分層教學(xué)模式。以期通過實施分層教學(xué)有效地增強學(xué)生的實驗素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，為優(yōu)化普通物理實驗教學(xué)提供參考意見。

關(guān)鍵詞：普通物理實驗;分層教學(xué);分層教學(xué)實踐

普通物理實驗是理工科學(xué)生進入大學(xué)后接觸到的一門基礎(chǔ)必修課，它是集動手、觀察、分析與判斷、演繹與歸納、推理、文字表達等一系列基礎(chǔ)能力訓(xùn)練為一體的綜合性課程，是相關(guān)細分專業(yè)實驗的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)的重要載體。

普通物理實驗教學(xué)應(yīng)當(dāng)著力培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。為此，依據(jù)獨立學(xué)院理工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標中的實踐能力要求和獨立學(xué)院物理實驗中心的實際情況，在構(gòu)建普通物理實驗分層教學(xué)模式方面做出以下探索。

一、普通物理實驗分層教學(xué)模式的構(gòu)建

在普通物理實驗課程中，學(xué)生的知識基礎(chǔ)不同，如果按照同樣的教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容和要求進行教學(xué)，基礎(chǔ)較好的學(xué)生能夠輕易完成，缺乏挑戰(zhàn)性和積極性;基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生簡單模仿教師操作、機械記錄數(shù)據(jù)，實驗?zāi)芰o法得到提升。若不考慮學(xué)生物理實驗?zāi)芰Φ牟町愋?，忽視學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的不同需求，只強調(diào)教學(xué)的統(tǒng)一性，勢必會阻礙基礎(chǔ)好的學(xué)生的發(fā)展，也會使得基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加困難。因此，普通物理實驗的因材施教、分層教學(xué)勢在必行。

（一）教學(xué)對象的能力分層

為了更好地實施分層次、分階段的物理實驗教學(xué)，實施實驗課的分層教學(xué)，教師可以依據(jù)學(xué)生在“物理實驗?zāi)芰y試卷”中表現(xiàn)出來的實驗思維和主觀能動性，將學(xué)生的實驗?zāi)芰M行隱形分層，分為基礎(chǔ)層和提高層。

基礎(chǔ)層的學(xué)生所需完成實驗的最低要求為教學(xué)大綱中的規(guī)定，旨在提升學(xué)生基本實驗素質(zhì)。提高層的學(xué)生在完成教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)上，教師會根據(jù)實驗題目增加綜合性較強的內(nèi)容，提出更高的要求，進一步催化學(xué)生發(fā)展自身潛能。實施動態(tài)管理，不同能力層次的學(xué)生之間可以互通，利于學(xué)生之間的交流和良性競爭，實現(xiàn)共同進步。

（二）教學(xué)內(nèi)容的分層

依據(jù)不同實驗教學(xué)目的和學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，可以將普通物理實驗內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗兩個層次?？紤]“最近發(fā)展區(qū)”理論，從低到高、分階段地培養(yǎng)學(xué)生的物理實驗?zāi)芰?，從基本能力?xùn)練到綜合能力培養(yǎng)，全面發(fā)展學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?/p>

在基礎(chǔ)性實驗中設(shè)置必做實驗和補充實驗，以滿足多層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。必做實驗是教學(xué)大綱規(guī)定所有學(xué)生所需完成的教學(xué)內(nèi)容;補充實驗是針對實驗題目進行補充和拓展，如在三線擺測量物體轉(zhuǎn)動慣量實驗中拓展利用扭擺測量金屬絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)、在電勢差計的使用實驗中補充用電勢差計校正電壓表等實驗內(nèi)容。提高層學(xué)生不僅需要完成必做實驗內(nèi)容，還需完成補充實驗內(nèi)容。

基礎(chǔ)性實驗的教學(xué)內(nèi)容為預(yù)備性實驗和基礎(chǔ)性實驗。這個階段學(xué)生主要進行基本實驗理論的學(xué)習(xí)，力、熱、光、電學(xué)基本實驗儀器的使用，基本物理量的測量，實驗數(shù)據(jù)的處理，實驗報告的書寫和誤差分析，如長度的測量、模擬法測繪靜電場、金屬線脹系數(shù)的測定等實驗。此階段主要是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和學(xué)習(xí)興趣，提高基礎(chǔ)實驗技能，夯實實驗基礎(chǔ)，為下一個階段的實驗學(xué)習(xí)做充分準備。

綜合性實驗是實驗原理涉及多領(lǐng)域、實驗難度大為提高和實驗方法更加復(fù)雜的實驗，從力、熱、光、電學(xué)經(jīng)典實驗逐步過渡到近代物理實驗，如牛頓環(huán)、邁克耳遜干涉儀、光電效應(yīng)等實驗。此階段拓展了實驗的深度和廣度，體現(xiàn)了學(xué)科交叉性，需要學(xué)生具備良好的實驗分析能力，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和綜合實驗素質(zhì)。

（三）教學(xué)方法的分層

我國現(xiàn)行的普通物理實驗教學(xué)模式主要是以教師為主導(dǎo)。教師在實驗課堂開始時講授實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、儀器的使用方法以及注意事項;在講授的過程中為學(xué)生示范實驗操作，學(xué)生模仿教師操作，測量基本物理量、完成實驗。傳統(tǒng)的講授法注重知識的傳授，忽略了對學(xué)生設(shè)計實驗方案、分析問題的能力的培養(yǎng)，難以滿足培養(yǎng)目標中的實踐能力和探究能力要求。

在分層教學(xué)模式下，各層次教學(xué)中的能力培養(yǎng)側(cè)重點不同，教師在指導(dǎo)學(xué)生實驗時采用的教學(xué)方法也應(yīng)有所調(diào)整。

基礎(chǔ)性實驗注重培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗素質(zhì)。教學(xué)方法以傳統(tǒng)的教師邊講授邊示范為基本方法，加上口頭提問的方式，完成對學(xué)生基本實驗技能的訓(xùn)練，包括原始實驗數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)處理及誤差分析、實驗報告的書寫等，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)打下實驗理論基礎(chǔ)。為了配合實驗教學(xué)，利用微信公眾號平臺事先發(fā)布實驗課程的微課視頻，讓學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)，縮短教師實驗課講授時間，增加學(xué)生實驗操作時間，讓學(xué)生帶著問題進行實驗，更好地理解和完成實驗內(nèi)容。

綜合性實驗注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Α＝虒W(xué)方法以啟發(fā)式為主，如學(xué)生的自主式學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生主動獲取知識，用所學(xué)知識分析、解決問題。教師擔(dān)任引導(dǎo)者，從講授式教學(xué)變?yōu)橛懻撌浇虒W(xué)，鼓勵小組合作完成實驗，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的實驗探究方法。

二、普通物理實驗分層教學(xué)模式的實踐

（一）實驗?zāi)芰Φ臏y試與分層

1.實驗?zāi)芰η皽y試卷的設(shè)計

對本次調(diào)查研究數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0進行分析。物理實驗?zāi)芰η皽y試卷分為兩個部分：實驗?zāi)芰柧碚{(diào)查和實驗?zāi)芰y試卷。

實驗?zāi)芰柧碚{(diào)查從實驗興趣、實驗習(xí)慣、問題解決能力三個維度設(shè)置了10道封閉式單項選擇題。采用李克特5點量表計分，選項為“完全不同意”“比較不同意”“不一定”“比較同意”“完全同意”，分別賦值0、1、2、3、4、5分，得分越高表示學(xué)生對物理實驗越有興趣、實驗習(xí)慣越好、問題解決能力越強。筆者從實驗必備品格、實驗知識結(jié)構(gòu)、操作技能、數(shù)據(jù)處理能力和設(shè)計能力五個維度著手，編制了實驗?zāi)芰y試卷。物理實驗?zāi)芰y試卷設(shè)計了14道單項選擇題、2道實驗設(shè)計題，試卷總分值為100分。

設(shè)計前測試卷的目的在于了解學(xué)生對物理實驗的興趣、實驗習(xí)慣和實驗?zāi)芰λ?，并將其作為學(xué)生物理實驗?zāi)芰Φ姆謱右罁?jù)。樣本情況如表1：

共發(fā)出學(xué)生問卷227份，回收有效問卷220份。

2.實驗?zāi)芰Φ那皽y與分層

本次調(diào)查和實踐以蘇州大學(xué)文正學(xué)院四個理工科班級的學(xué)生為樣本，將其中兩個班級的學(xué)生設(shè)置為實驗組，另外兩個班級的學(xué)生設(shè)置為對照組。為了解兩組學(xué)生在進行動手實踐前的實驗?zāi)芰λ绞欠翊嬖诓町?，對兩組學(xué)生實驗?zāi)芰η皽y試卷得分情況進行獨立樣本t檢驗，結(jié)果顯示實驗組和對照組班級學(xué)生的得分顯著性水平P=0.095>0.05，不存在顯著差異，即在入學(xué)時四個班級學(xué)生的認知能力和實驗?zāi)芰λ教幱谕粚哟危梢宰鳛閷φ瞻嗉夐_展教學(xué)實驗。

綜合學(xué)生問卷、實驗?zāi)芰y試卷的得分情況，將學(xué)生的實驗?zāi)芰λ椒譃閮蓚€層次：得分較高的一半為提高層，另一半為基礎(chǔ)層。

3.調(diào)查結(jié)果與分析

為了解學(xué)生物理實驗?zāi)芰υ谛詣e上是否存在差異，先對男女生前測試卷的得分情況進行描述性統(tǒng)計。

由圖1可知，男女生在物理實驗?zāi)芰η皽y試卷上得分相當(dāng)，差距不大。為探究男女生各個維度實驗?zāi)芰κ欠翊嬖陲@著差異，對男女生能力成分及測試卷成績進行獨立樣本t檢驗。

在本次測試樣本中，男生和女生調(diào)查問卷得分情況滿足獨立大樣本條件，對兩組數(shù)據(jù)平均值進行差異的顯著性檢驗需先進行方差齊性檢驗來考察兩個總體方差是否相等。選取性別為分組變量，得到表2、表3：

利用F分布對方差進行齊性檢驗，虛無假設(shè)為方差齊性，備擇假設(shè)為方差非齊性。令本次測試男生成績的平均值為，女生成績的平均值為。

提出假設(shè)：

采取雙側(cè)檢驗，在實踐意愿能力成分得分上|t|=3.280>1.96=t0.05，顯著性水平P=0.001<0.05，拒絕虛無假設(shè)H0接受備擇假設(shè)H1。故有結(jié)論：在0.05 顯著水平上，男女生在動手實踐得分平均值上存在顯著差異。在其他能力成分及測試卷得分上無明顯差異。

調(diào)查結(jié)果表明，男生動手組裝、改造器械的實踐意愿明顯高于女生，男女生在實驗?zāi)芰λ椒矫鏇]有明顯區(qū)別。實踐意愿產(chǎn)生差異的原因有男女生的性格特征和思維品質(zhì)異質(zhì)：男生偏向于抽象思維，動手能力較強;女生偏向于形象思維，數(shù)據(jù)記錄較為準確。

為了解理工科學(xué)生開展普通物理實驗課程之前的物理實驗?zāi)芰ΜF(xiàn)狀，對學(xué)生問卷各能力維度和物理實驗?zāi)芰η皽y試卷的得分進行統(tǒng)計，得到表4：

其中，實驗興趣成分得分為3.91，實驗習(xí)慣成分得分為3.82，問題解決能力成分得分為3.34，前測試卷平均分為61.03。由此可見，理工科學(xué)生對物理實驗的興趣較高，實驗習(xí)慣較好，但解決實際問題的能力有所欠缺，這可能是由高考對“會做實驗題目”的要求高于“會做實驗”造成的，學(xué)生在中學(xué)自己做物理實驗的機會較少，習(xí)慣于在紙上做題，將物理實驗課當(dāng)作了理論課的輔助內(nèi)容，對物理實驗沒有深入理解。

（二）分層教學(xué)實踐

筆者依據(jù)構(gòu)建的普通物理實驗分層教學(xué)模式，在獨立學(xué)院進行了教學(xué)實踐。在實驗組班級中實施普通物理實驗分層教學(xué)模式，學(xué)期開始前，根據(jù)該學(xué)期所需完成的實驗題目，設(shè)置必做內(nèi)容和補充內(nèi)容。根據(jù)前測結(jié)果將學(xué)生實驗?zāi)芰λ椒譃樘岣邔优c基礎(chǔ)層，即每個班級中實驗?zāi)芰λ轿挥谔岣邔拥膶W(xué)生為A組，基礎(chǔ)層的學(xué)生為B組，分組完成后制作實驗輪換表，每次實驗課開始前，教師根據(jù)該能力層次學(xué)生所需完成的實驗內(nèi)容準備實驗器材。

學(xué)生課前預(yù)習(xí)發(fā)布于微信公眾平臺的實驗微課視頻，進入實驗室后向教師進行實驗預(yù)習(xí)的口頭匯報或遞交實驗預(yù)習(xí)報告，教師判定合格后方可進行實驗。在實驗內(nèi)容完成后，學(xué)生需向教師進行口頭報告，教師將學(xué)生實驗過程中的操作和口頭報告情況計入實驗操作成績，實驗報告撰寫和課后題完成情況計入實驗報告成績。在對照組班級中，應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)模式進行對比。

三、分層教學(xué)的實踐結(jié)果與分析

（一）實施兩種教學(xué)模式的班級差異分析

經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實驗，對學(xué)生的平時成績、實驗報告、操作考試成績和實驗考試成績加權(quán)平均得到實驗總評成績。兩組學(xué)生的總評成績得分情況如表5、表6：

對比實驗組與對照組學(xué)生的總評成績發(fā)現(xiàn)，實施分層教學(xué)的班級學(xué)生平均分為83.99，高于實施傳統(tǒng)教學(xué)的班級學(xué)生的77.50。對兩組學(xué)生總評成績進行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)顯著性水平P<0.05，兩組學(xué)生總評成績存在顯著差異。結(jié)果表明，考慮學(xué)生認知能力水平和實驗?zāi)芰λ降牟町愋?，實施普通物理實驗教學(xué)分層模式于教學(xué)實踐中，教學(xué)效果更突出，學(xué)生的實驗?zāi)芰μ嵘臁?/p>

（二）實施兩種教學(xué)模式的不同能力層次學(xué)生差異分析

在普通物理實驗課程學(xué)習(xí)前，學(xué)生實驗?zāi)芰λ酱嬖诓町?經(jīng)過兩種不同的教學(xué)模式實踐后，兩個能力層次的學(xué)生的實驗總評成績平均得分如圖2：

實驗?zāi)芰λ綄哟螢樘岣邔拥膶W(xué)生，接受分層教學(xué)后實驗總評成績平均得分為87.63，明顯高于同層次接受傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)生的79.13;基礎(chǔ)層的學(xué)生接受分層教學(xué)后實驗總評成績平均得分也高于同層次接受傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生。實施分層教學(xué)模式后，拓展的教學(xué)內(nèi)容使提高層學(xué)生的實驗?zāi)芰Φ玫捷^好的發(fā)揮和提高;分層教學(xué)激發(fā)了學(xué)生對普通物理實驗課的學(xué)習(xí)主動性，在實驗過程中以更高的標準進行自我要求，基礎(chǔ)層與提高層學(xué)生層間因動態(tài)管理形成良性競爭，促進了學(xué)生實驗?zāi)芰Φ恼w提升。

普通物理實驗教學(xué)對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)起著重要作用，實施分層教學(xué)既考慮了學(xué)生的個體差異，提高了基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的整體實驗?zāi)芰?，讓實驗?zāi)芰^強的學(xué)生最大限度地開發(fā)潛能;又考慮了學(xué)生的接受能力，實驗內(nèi)容和難度的逐漸加深激發(fā)了學(xué)生的積極性，體現(xiàn)了因材施教和最近發(fā)展區(qū)原則。采用多元化的教學(xué)方法，融合多種輔助教學(xué)工具，進一步優(yōu)化和整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，讓學(xué)生在逐層學(xué)習(xí)中開發(fā)自身能力。

參考文獻：

[1]何光宏，韓 忠，楊駿駿，等.大學(xué)物理實驗分類分層實驗體系建設(shè)[J].物理與工程，2017，27（S1）：168-171.

[2]魏要麗，楊 亮.大學(xué)物理實驗分層教學(xué)模式的探究[J].大學(xué)物理實驗，2015，28（5）：126-128.