基于建構主義的物理演示實驗教學探索與實踐

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基于建構主義的物理演示實驗教學探索與實踐

大學物理實驗課是對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，是本科生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端[1]。實驗課幫助學生將大學物理理論與實際聯系起來，主要目的是培養學生的動手能力、科學素養、創新能力等多項素質。空軍航空大學在實驗中心成立后，大學物理實驗作為一門核心必修課程單獨開設。由于改革過程中學時分配調整，大學物理實驗課學時縮減，這使得實驗課程留給學生自主發揮空間有限，尤其在創新能力培養上顯得力不從心。

近年來隨著對實踐教學的重視程度不斷加強，通過投入資金建立起大學物理演示實驗室，使演示實驗實現了從附屬于物理理論教學到獨立設課的飛躍發展。大學物理演示實驗作為大學物理實驗課程群建設的一部分，是對理論和實驗教學的雙重補充。針對演示實驗教學開展研究和實踐有利于全面提升學生的實踐能力。

一、演示實驗室建設

在以往的教學中，教育者對演示實驗不夠重視，演示儀器數量較少，也沒有專門的人員管理和維護。只有部分物理理論教師為提高教學效果，把便于攜帶的小型演示儀器當作輔助教具在課堂上展示。演示實驗只是起到對原理單純的驗證作用，是理論教學的附屬品。

二、應用建構主義教學的基礎

目前，大學物理演示實驗已列入了學生的選修課程。為實現大學物理實驗教學目標的拓展和深化作用，演示實驗教學中提倡教師鼓勵和引導學生自己動手、觀察實驗，培養獨立思考和分析問題能力。這樣的教學設計理念與建構主義理論相符。

建構主義教育理論提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習，也就是說，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用，教師是意義建構的幫助者、促進者[7，8]。因此，演示實驗選修課的教學組織可以借鑒建構主義教學理論實施設計，實現學生把外界所提供的信息整合到自己原有認知結構內，在同化和順應過程中完善知識體系，實現知識的自我建構。建構主義教學的實現需要由教師和學生的雙方的知識和能力基礎以及教學資源作為支撐[9]。

（一）人員知識和能力基礎

建構主義應用的教學需要學生具有原有的認知結構，對于實驗課而言就是有一定實驗基礎。選修大學物理演示實驗

的學生已完成了大學物理理論和大學物理實驗課程的學習，具有相關的理論知識儲備，并且已接受過基礎性、綜合性和設計性實驗的訓練，了解實驗規則，掌握了一定的實驗的技術和研究方法。

對教師而言，在實驗教學中能夠引領、指導和啟發學生。演示實驗的任課教師實驗教學經驗豐富，致力于實驗教法創新和教學改革研究，均承擔過大學物理實驗教學任務，和學生有了一學期的接觸，與學生建立了良好的師生關系，可以與學生進行無障礙的溝通，并且掌握學生實驗學習情況。因此，學生和教師的知識結構和融洽的關系為開展建構式教學奠定了基礎。

（二）教學資源基礎

除了校園網上的數字圖書館提供海量的電子文獻和圖書，實驗教師為學生自主完成學習準備了豐富的參考資料。實驗中心組織教師通過參考儀器說明書、查閱大量資料，編寫了針對演示實驗項目的電子教材。教材內容簡練，弱化了理論方面的講解和推導，強調實驗方法和注意事項，并提出關于實驗應用和拓展的相關問題。另外，教師們還搜集了大量的視頻、圖片和文獻資料。所有資料在校園網上共享，供學生下載學習。

三、演示實驗教學設計

（一）自主學習策略設計

他的身體如出膛的炮彈，猛地朝著遠處那團紅影射過去。身在空中，六只節足盤繞擰轉，合成了一柄巨大的尖錐。這柄尖錐將盤旋的黑風撕開一道豁口，破開前方密密麻麻擁上來的骷髏頭，直射天葬師！

建構主義指出學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程。為構建自主學習環境，演示實驗教學采用小班授課方式。學生5至7人為一個學習組，每組配備一名指導教師。教師在課堂上不講授內容，而是采用任務驅動法，將實驗項目的講解任務分配給學生。

在上課一周前學生接收到教師發來的學習任務單，任務單包括下次課要完成的實驗項目名稱，要求學生在課前通過閱讀電子教材和查閱相關資料了解實驗目的、原理、分析儀器構造、實現過程、實驗是否有改進方法、與實際應用的聯系及相關發展前景等問題。要求學生不一定局限于任務單，可依據個人體驗和經驗進行學習、總結。并且，每個學生要根據的學習成果制作用于講解實驗項目的課件。小組組長負責組織小組交流、討論，記錄小組活動情況并搜集課前疑難問題。這樣，學生作為一個小教師，要想在課堂上清晰講授和操作實驗，必須備課，在課前查閱資料、自主學習，做好充足的準備。

（二）課堂交流環節控制和情境創設

演示實驗教學區別于普通的課堂教學，是在演示實驗室進行的，是民主型課堂。實驗室內沒有講臺，教師和學生在儀器旁面對面交流，教師和學生的地位是平等的。在教學過程中，借鑒“翻轉課堂”的形式，教師將課堂交給學生[10，11]。學生一邊利用筆記本電腦播放自己制作的課件，一邊對照儀器講解實驗，并為小組成員們做實驗操作演示。在一個實驗講解完畢后，組內其他學生要做補充講解、或糾正、或質疑，這個環節每名學生都參與進來，并且對有爭議的問題展開討論。教師在課堂交流期間要控制好學生的講解和討論時間，同時也參與討論，在討論中教師的發言要起到引領、拓展和激發學生思維的作用。例如在學習“最速降線”這個實驗時，學生通過定性地分析小球在不同軌跡上的速度變化來說明耗時上的差異，而教師提出如何去定量地證明這個結論。學生們收到教師的啟發通過課后查找資料深入探究，找到了費馬原理、二階微分等多種證明方法。就是通過類似這樣的啟發和引領，學生思維得到深度挖掘，同時保證了教學進度和交流的高效性。

另外，在課堂上教師要善于利用多媒體元素創設情境，充分調動學生的積極性，提高學生學習興趣[12]。例如，在學習“科里奧力”實驗前，教師播放了一段電影《金蟬脫殼》的視頻，電影中美國影星史泰龍通過馬桶下水的旋轉方向判斷出身處的海上監獄是在南半球還是在北半球。這段視頻使學生非常興奮，引起熱烈的討論，學生們對于南北半球的科里奧力不同特征進行了分析。這樣的情境創設也使學生意識到，對于知識的學習并不一定是完全在課堂中完成的，還可以把知識的建構延伸到生活中、甚至是娛樂中。

（三）課程論文設計

課程論文設計是深入挖掘學生創新思維的有效手段。在完成所有演示實驗項目的學習后，教師要求學生利用三周時間完成一項實驗課題，并提交論文。論文課題是自擬的，主要圍繞三個方面選題：一是關于某個演示實驗在理論上的推導和研究，二是提出對某個演示實驗方法或儀器的改進措施和方案，三是利用實驗室現有材料和儀器設計或制作簡易的演示實驗儀。每個實驗課題可有1至2個完成者。實驗室提供給學生常規的測量儀器、元件，并對學生全天開放，為學生完成制作類課題提供方便。

經過近兩年的實踐教學發現，在選題方面多數學生傾向于儀器改進和制作類。學生在制作過程中樣機的搭建除了利用實驗室現有元器件，還在生活中尋找各種可利用的材料，如飲料瓶、紙殼、泡沫等。考慮到實驗成本和實現難易程度，學生們大多選擇制作與電磁學相關的作品，如制作多用表、風力發電機、特斯林發動機等。

學生表現出極大的積極性。在完成課題的三周時間里學生一有空閑就到實驗室改進和驗證方案，與教師和同學探討問題。在這個過程中，學生們真正體驗到科學研究的過程和快樂。在最后一次課上，安排學生對所完成的課題論文進行答辯。每個課題小組推薦一名代表學生介紹課題的設計、展示制作成果，在講解完畢后設置有師生提問和討論環節，并最終歸納修改意見反饋給課題小組。

（四）評價方式

課程評價方式不僅要體現課程目標，還要體現公平性、民主性。選修演示實驗的學生成績由三部分組成：一是課堂表現占50%。在每次課教師對學生出勤、課堂發言和參與討論情況做記錄，依據學生表現給出平時分。二是課程論文完成情況占30%。教師依據學生完成論文的工作量、付出的努力和論文質量給出評分。三是小組內互評占20%。小組成員根據平時組內討論、學習情況給組內其他成員打分。

四、教學效果

演示實驗選修課上教師將課堂交給學生，每名學生每堂課都有講解實驗的任務，并要求對其他學生的講解提出質疑和見解，學生在教學的中心地位得到充分的體現。在學習任務的驅動下，學生感受到自身職責所在，自學變得積極主動，參與交流和討論的意識強烈。教學過程中，學生鍛煉了表達能

力，也增強了科學嚴謹性。通過這樣的小組教學模式，教師可以完全掌握每個學生的學習情況，有依據對學生進行評價。教學取得了良好的效果。通過完成課程論文，學生掌握了維修儀器和制作技能，創新思維被激發，對改進儀器提出了自己的想法。有幾個課題小組在課程結束后自發組成團隊繼續完善論文設計和制作，并將自己的創新作品申請參加了校內和軍隊的創新競賽。其中學生的創新作品在首屆和第一屆“八一杯”軍隊院校大學生物理科技創新競賽中獲得一個“一等獎”，三個“二等獎”和五個“三等獎”。

五、結束語

經過基于建構主義理論的教學模式實踐，在演示實驗選修課堂上教師和學生角色的改變，自由的交流、討論使學生自主性得到了發揮。學生都認為通過演示實驗課程自主學習能力、協作能力、實驗相關能力得到提升，激發了興趣。本項改革實踐是建構主義理論與實際教學的結合的產物，取得了良好的效果，同時也存在一些有待完善的地方。本項實踐給予我們的啟示是作為教師要不斷加強自身的教育教學理論學習，在今后的教學中以教育理論為指導，共同努力開拓實驗教學方法和模式創新，實現人才能力培養目標。

參考文獻

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孫艷劉旺盛張立中
（空軍航空大學實驗中心，吉林長春130022）

摘要：建構主義是繼認知主義后更強調學生主體作用的學習理論。為了讓演示實驗在學生能力提升方面發揮更大的作用，探究了在建構主義理論指導下的演示實驗教學模式的相關問題。建構主義為演示實驗教學提供了理論基礎和參考策略。教師的角色由知識灌輸者轉變為教學的組織者和學習促進者。實踐證明通過任務驅動法和學習情境創設，學生學習的主動性得到提升。通過積極參與課堂協作、討論和設計課程論文等一系列活動實現了學生知識的深化和自我建構，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：演示實驗；建構主義；教學實踐

Abstract:Constructivism is a learning theory developed after cognitivism emphasizing the main role of students. In order to make demonstration experiment play a bigger role in students' ability cultivation, this paper explores demonstration experiment teaching mode guided by constructivism theory. Constructivism offers theoretical basis and reference tactics to demonstration experiment teaching. Teachers are the helpers and promoters instead of the impart-ing of knowledge. The practical research finds that students' proactivity is improved by the task-driven approach and the creation of learning environment. Students are deepening their knowledge and self-constructing themselves through a series of activities such as cooperation, class discussion and course paper design. The practice achieves good teaching effects.

Keywords:demonstration experiment; constructivism; teaching practice

作者簡介：孫艷（1982-），女，吉林長春人，碩士，實驗師，從事實驗教學工作。

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）02-0181-03