基于認知學徒制理論的大學物理實驗教學實踐探討

周曉紅+劉國營+張琴

摘要：文章將認知學徒制理論應用于實驗教學，分析了該理論應用的可行性，并以“液體表面張力系數的測定”實驗為例，開展了實證研究，通過意見與建議收集、跟蹤訪問等方式總結了認知學徒制應用于實驗教學的積極效果，同時剖析了在研究過程中的困難，并針對性地提出了解決辦法。由此得出結論，認知學徒制教學方式對大學物理實驗教學質量的提高和學生科學實驗能力的提升均具有積極推動作用。

關鍵詞：認知學徒制；大學物理實驗；實驗教學質量；實踐創新能力；科學實驗能力

0 引言

受應試教育以及現行評估體系的影響，人才培養方案過于強調理論體系的完整，削弱了實踐類課程的比例，重理論，輕實踐，導致培養的學生動手操作上技能不足，出現了“知行分離”的境遇。大學物理實驗是學生進入大學后接受的第一門實踐類課程，實驗操作中“依葫蘆畫瓢”、實驗技能不足、學生主動性不夠等現象頻出。大學物理實驗是各學科科學實驗的基礎，為了改善實驗教學中理論與實踐脫節的現狀，提高大學物理實驗教學質量，將認知學徒制理論用于大學物理實驗進行教學探索，旨在從中獲得啟示，為提高學生工程實踐能力提出一種新的有效的教學模式。

1 研究基礎

1.1 理論基礎

認知學徒制是將傳統學徒制方法中的核心技術與學校教育整合起來的新型教學模式，由美國認知心理學家柯林斯和布朗等于1989年提出。該理論鼓勵學生在完成任務的過程中，通過討論、小組問題求解等方法將復雜的認知過程外顯化，以促進自我修正和自我監控等元認知技能的發展。它克服了學校教育中知識與技能脫節的缺點，能促進學習者高級思維技能的獲得和知識的遷移，從而擁有解決復雜任務的能力。

認知學徒制模式包括四個基本構成元素：內容、方法、序列和社會性，這四個元素組合在一起，就可以為創設認知學徒制的學習環境提供有價值的思維框架[1]。

1.2 實踐基礎

任何教學理論的提出都有優點，也有缺點。認知學徒制理論提出多年并未得到大面積的推廣應用，主要原因是需要較小的師生比，這樣才能達到預期的效果。大學物理實驗教學采用開放式預約管理，學生通過“大學物理實驗預約系統”自行預約實驗項目和時段，每個實驗項目開放10臺套儀器，容納10名學生預約，實行一個學生一臺套儀器的運行模式，在教學環境上符合認知學徒制關于“需要較小的師生比”的要求，實驗教學本身屬于情景教學的范疇，學生在真實的實驗環境里下采用認知學徒制的的教學模式，將認知學徒制不能大面積推廣的的劣勢轉化成優勢。

認知學徒制在諸多領域進行過嘗試，并且獲得了豐碩的成果。在教師培訓領域，廣西省成立了特級教師工作坊；在教育教學、職業教育和醫學領域等方面也開展的如火如荼，為本研究的開展提供了實踐參考。

2 認知學徒制應用實踐探究

參與對象：湖北汽車工業學院2015級選修物理實驗的學生

實驗時間：2016年11-12月

參與人數：每個實驗容納學生為10人/次，每周實驗次數為6次，則每周參與實驗的學生人數為60人，共計4周，約240人

教學內容：液體表面張力系數的測定，知識點分解如圖1所示

圖1 實驗知識點分解

2.1 建設學習共同體

教師和學生組成了學習共同體，具有共同目標。學生在示范、案例講解的基礎上，通過觀察、清晰表達等活動產生知識理解與掌握，促進知識融合；教師從旁指導，產生更高的幫促性的教學技巧，教師與學生在這種教學模式下共同成長進步，形成“螺旋式”雙向互動。

參與此次教學改革的教師是有10年教齡的專職實驗教師，獲得過院教師講課比賽第一名、指導學生參加“湖北省創新實驗競賽”，并多次獲得獎項，具有扎實的理論功底和實踐指導能力，在此次試驗中擔當“專家”的角色，指導“新手”學生從事“有意義的研究”。

每次實驗參與學生為10人/次，每5人一個小組，分組方式可以根據所預約實驗的設備號進行分組（1-5號第一組，6-10號第二組），在分組前調取每個學生上學期的大學物理實驗成績，根據上學期的表現每組指定一名學生為小組長，便于成員間的協調。學生在活動中通過觀察、清晰表達以及與指導教師、團隊成員間的互動等活動，完成從“新手”到“專家”的轉變。

2.2 方案設計

“實驗時間”為一個學年的下半學期，學生修讀過半年的物理實驗課程，熟悉實驗教師的上課模式，故教師示范略有提及即可。

2.2.1準備階段

每次實驗前，教師將參與學生召集，各組長要能夠帶動本組成員積極備戰，通過看書、上網查閱資料、到實驗室進行操作演習等方式熟悉實驗內容。

2.2.2清晰表達階段

為了達到實驗效果，準備階段5名學生要熟悉整個實驗流程和所有內容，知識點不分配到個人；學生主講授課時，知識點隨機分配到個人，每人負責講解某一個知識點，其他人員可查漏補缺。

2.2.3反饋階段

在反饋階段，小組成員可以對其他成員進行內容或者方法補充；教師對10名（兩組）成員分別進行評價，查漏補缺。

意見反饋完畢，各學生回到自己實驗桌前，完成書中要求的實驗操作與數據測量。實驗數據采集完成后，學生離開實驗室，完成實驗報告的數據處理部分，另加一項寫出對“認知學徒制教學方法的感想與意見”，替代傳統的問卷調查方式。

3 認知學徒制應用實踐效果分析

3.1 取得的成果

認知學徒制教學方式進行了一個月的改革試驗，共有240名學生參與其中。結合學生當堂表現、提交的實驗報告反思和跟蹤其后續實驗的表現等，教學效果分別如下所述。

3.1.1課堂表現

結合學生授課講解與實驗操作的表現，總結出以下幾個方面，如表2所示。

3.1.2 實驗報告反思

在實驗報告處理時，添加了對“認知學徒制教學方式改革的感想與意見”這一項，學生根據課前準備、課堂授課以及數據測量等環節的體驗，寫出自己對該教學模式的意見和建議。通過一個月的試驗，認知學徒制教學方式獲得了學生的一致好評，綜合240位同學的報告，得出以下結論：（1）克服了以往“知行分離”的學習窘境。大部分學生寫到，在新的教學模式下，為了能夠清晰表達出游標卡尺的使用方法，并讀出正確的數據；（2）傳統的實驗教學模式是，學生觀看指導教師演示，然后自己進行操作，是“依葫蘆畫瓢”的模式，實驗過程中不主動思考，更像是完成任務；通過新的教學方式，在討論中學、在講解中領悟、在操作中實踐，培養了獨立探究、自我解決問題的能力；（3）認知學徒制培養了學生團隊合作意識，在課前準備階段，小組討論，共同研究解決，團隊每個成員都能對別人起到幫扶作用。在學生授課階段，清晰表達出實驗原理、實驗目的等內容，對學生綜合素質的提高也起到一定的作用。

3.1.3 跟蹤調查

這里所說的跟蹤調查，是指實驗結束1個月后，對學生進行的訪談。在大學物理實驗教學中經常遇到的問題是學生一周前做的實驗，一周后再來做，可能就全忘記了，究其原因就是學生在實驗過程中對整個實驗過程和現象沒有全局把控，遇到問題，做一步問一步，沒有主動思考所遇到的問題，沒有形成“關聯思維”，造成做完就忘。課題組選擇50名學生來進行同一個實驗項目的操作，大部分同學能夠熟練做出相關內容，效果較好。在跟蹤調查中，學生也反映，一個實驗項目認真完成，對其它實驗項目也會有很大幫助，由此可見，認知學徒制教學模式能夠使學生的知識系統化，對所學知識進行精加工，實現知識點的遠遷移。

3.2 出現的問題及對策

（1）教師層面。大學物理實驗教學實行開放式預約管理，同一時段的學生可能來自不同的學院和班級，在召集學生集中分配任務開會時，需要找到各學生的聯系方式，提前一周約定時間集合商討上課細節，分配教學任務，這無疑給老師增加了較多的工作量。經過一段時間的摸索，發現QQ或者微信的方式可以有效解決這一問題，而且學生在后續的專業學習如果有任何問題，也可以通過這個方式與實驗指導教師聯系，儼然成為學生的“學業導師”。

（2）學生層面。每個學生在報告中都提到同一個問題，就是在花費在大學物理實驗上的時間較之前多，這樣留給其余課程的時間無形中就減少了。為此，課題組在討論之后決定，縮短學生準備時間，可以通過互助小組的方式來減少實驗準備的時間，上一個小組與下一個小組之間打通，即建立一個共同的QQ群或者微信群，如果是查詢同一個資料，已經做過該實驗的同學可以提供相關資料或者視頻供其他同學參閱，學生把精力放在實驗的理解和講解上，這樣就能大大提高效率，同時也不耽誤其它課程的學習。

（3）成績評定。傳統的實驗教學模式已形成一套完善的成績評價體系，結合學生的實驗操作與數據記錄給分。在認知學徒制的教學模式下，學生比以往花費了更多的時間和精力，在操作與數據測量方面較之以前有很大的進步，在成績評定上就不能依據以往的標準進行評價，需要形成一套新的與之相符合的評價體系，這也是實施認知學徒制教學方式急需解決的課題之一。雖然還沒有形成體系，不過課題組教師根據以往的評價體系，增加了“實驗準備”與“實驗講解”的部分，分別并入到“預習成績”與“操作成績”中，學生對此無異議，期望以后能有更好的考核方式。

4 總結

通過本次對240名學生在大學物理實驗中的實證研究表明，認知學徒制為促進教學方式改革，實現學習過程中“知行合一”，為學生發展專業技能和提高工程實踐能力提供了一個全新的視角，適用于所有實踐類課程的教學。該理論使學生能夠在任務中發現問題、分析問題、解決問題并逐步提高綜合應用所學知識和技能解決實際問題的能力，能夠培養學生積極主動的探索和團結協作的精神[1]。

參考文獻：

[1]陳家剛.認知學徒制研究[D].上海：華東師范大學教育科學學院， 2009

[2]李永濤，毛巍威，劉猛洪，等.提高大學物理實驗教學質量的思考[J].大學物理實驗，2013，26（1）：117-119.

[3]張思，劉清堂，熊久明.認知學徒制視域下教師工作坊研修模式研究[J].中國電化教育，2015（2）：84-89.

[4]陳暄.基于認知學徒制的虛擬學習情境的設計與實踐[J].職教論壇，2016（26）：72-75.

[5]蔡青，胡永金，李星星，吳云沛，等.基于MOOCs的大學物理實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2016，35（9）：177-180.

作者簡介：周曉紅（1982.06-），女，湖北棗陽，湖北汽車工業學院實驗師，碩士，研究方向為物理實驗教學.