鄭淵方 (福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院)
學(xué)科專業(yè)知識是教師知識的根基,師范院校都很重視師范生專業(yè)課程的設(shè)置,在教學(xué)中也在不斷探索提高師范生的專業(yè)知識水平的方法和策略。調(diào)查表明,師范生學(xué)科知識掌握和應(yīng)用情況并不樂觀。例如,趙冬臣,馬云鵬對教師專業(yè)知識的調(diào)查發(fā)現(xiàn),數(shù)學(xué)、語文、英語師范生學(xué)科知識的得分率分別是24.5%、57.0%、54.8%[1]。在物理學(xué)科方面,我們自編一份力學(xué)知識的測試卷,在某省三所高等師范院校中選取2014 級(畢業(yè)班)物理師范生194 名進(jìn)行測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),即將畢業(yè)的物理師范生力學(xué)知識平均得分率只有53.29%。大學(xué)專業(yè)課程深入系統(tǒng),可是為什么師范生的專業(yè)知識表現(xiàn)不夠理想呢?趙冬臣等人的分析有一定道理:“數(shù)學(xué)專業(yè)的師范生的學(xué)科知識欠佳的原因并非所學(xué)的數(shù)學(xué)專業(yè)課不夠系統(tǒng)深入,主要癥結(jié)是這些課程的內(nèi)容與中學(xué)數(shù)學(xué)之間缺乏關(guān)聯(lián)”[2]。按照奧蘇貝爾有意義學(xué)習(xí)理論,學(xué)習(xí)者必須有積極主動的有意義學(xué)習(xí)的心向,在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中找到有關(guān)的觀念,作為新知識的固定點,這樣才能把學(xué)習(xí)材料中的潛在意義轉(zhuǎn)化為自己現(xiàn)實的心理意義,形成自己的理解[3]。大學(xué)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)是在中學(xué)相關(guān)學(xué)科知識基礎(chǔ)上的深入和擴(kuò)展,大學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)應(yīng)采取一些教學(xué)策略,加強中學(xué)學(xué)科知識、學(xué)科教學(xué)知識與大學(xué)專業(yè)課程的有效聯(lián)系,從而促使師范生反思自己的學(xué)習(xí)過程,自主地、積極地建構(gòu)知識,以思維、智力高參與程度地投入學(xué)習(xí),達(dá)到對新知識和學(xué)科結(jié)構(gòu)的意義建構(gòu)。我們把這類的學(xué)習(xí)策略稱為投入學(xué)習(xí)策略(strategies for actively engaged in learning)。投入學(xué)習(xí)的教學(xué)策略就是使學(xué)生主動投入到學(xué)習(xí)活動中的教學(xué)策略,其特點是學(xué)生不只是被動傾聽,而是投入到閱讀、討論、寫作等活動中,學(xué)習(xí)動機大大增強,能夠得到及時的反饋,學(xué)習(xí)過程中涉及的是分析、綜合、評價等高層次的思維過程[4]。本研究認(rèn)為將基礎(chǔ)教育的研究與師范生大學(xué)專業(yè)課程學(xué)習(xí)相結(jié)合,可以促進(jìn)學(xué)生投入學(xué)習(xí),最終有助于學(xué)生深化理解學(xué)科專業(yè)知識(CK),提高課程考試成績,同時促進(jìn)師范生了解學(xué)生知識(knowledge of learners)。
首先提出研究假設(shè):將物理教育研究成果與大學(xué)專業(yè)課程相結(jié)合的教學(xué)策略,可促使師范生投入學(xué)習(xí),從而達(dá)到對物理知識和學(xué)生知識的深入理解,同時提高課程考試成績。本研究的目的是,在師范生力學(xué)課程教學(xué)過程中結(jié)合力學(xué)觀念的有關(guān)研究、中學(xué)力學(xué)疑難問題的研究等,讓學(xué)生在測試、閱讀、及時自我反饋中投入學(xué)習(xí),加深對力學(xué)知識和學(xué)生力學(xué)知識的理解,提高力學(xué)課程考試成績。
隨機抽取某師范大學(xué)2017 級(實驗時為大學(xué)一年級)3 個班共115 名物理學(xué)師范生為實驗被試,其中男生41 人,女生74 人。
本研究采用單組“準(zhǔn)實驗設(shè)計”。實驗的自變量是大學(xué)力學(xué)課程的教學(xué)策略,因變量是師范生力學(xué)知識的理解情況、力學(xué)課程考試成績以及對學(xué)生力學(xué)觀念的了解情況。
實驗材料為FCI 測試卷、物理教育研究中FCI 研究的文獻(xiàn)、自編力學(xué)觀念測試卷及答案。
(1)FCI 測試卷
FCI 測試卷是領(lǐng)域內(nèi)熟知的由美國的Hestenes 團(tuán)隊聯(lián)合編制的力學(xué)概念調(diào)查問卷,主要調(diào)查學(xué)生對力學(xué)基本概念的掌握情況和力學(xué)前概念。
(2)物理教育研究中FCI 研究的文獻(xiàn)
通過對眾多FCI 研究的文獻(xiàn)反復(fù)對比,選出適合師范生閱讀的文獻(xiàn),再選出其中對學(xué)生力學(xué)概念的調(diào)查結(jié)果及對結(jié)果的詳細(xì)分析的部分讓師范生閱讀。
(3)自編力學(xué)觀念測試卷及答案
自編力學(xué)觀念測試卷是在查閱中學(xué)物理疑難問題研究文獻(xiàn)基礎(chǔ)上編制的,測試題目是中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的疑難問題,且屬于大學(xué)力學(xué)課程中深入學(xué)習(xí)的內(nèi)容。
教學(xué)策略1 實施過程:
在被試力學(xué)課程學(xué)習(xí)期間,發(fā)放FCI 測試卷,告知學(xué)生這些問題有助于理解力學(xué)知識,要求學(xué)生認(rèn)真作答。在學(xué)生答題之后,讓學(xué)生閱讀FCI 研究文獻(xiàn)了解中學(xué)生是如何理解這些觀念的,以及形成的這些觀念的原因,并對照文獻(xiàn)對自己的力學(xué)觀念進(jìn)行自我反饋和自我評價。
教學(xué)策略2 實施過程:
在力學(xué)課程教學(xué)結(jié)束后的考試前一周發(fā)放自編的“力學(xué)觀念測試卷”,要求學(xué)生不查資料且獨立完成,學(xué)生答完并回收答題卷后,以詳細(xì)答案給學(xué)生及時反饋,要求他們結(jié)合自己的答題情況反思自己力學(xué)觀念,核對答案時若有疑問要與老師或同學(xué)交流。
FCI 力學(xué)觀念測試卷和自編的力學(xué)觀念測試卷對學(xué)生測試的目的是讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)自己存在的問題,并進(jìn)行自我反饋,自主學(xué)習(xí),因此,試卷各題目不評分,都由學(xué)生對照答案進(jìn)行自我評價和學(xué)習(xí)。
實驗數(shù)據(jù)的收集:
實驗結(jié)束后,采用訪談法收集因變量的信息資料。于2018年2月2日、3日,從115 名2017 級物理師范生中隨機抽取40 名學(xué)生(其中男生9 人,女生31 人)進(jìn)行訪談。訪談采用半結(jié)構(gòu)化訪談 (semi-structured interviewing)方式,訪談提綱包括了解這些策略在師范生中的落實情況和了解學(xué)習(xí)材料對被試的影響兩個方面。前者內(nèi)容包括:力學(xué)概念測試卷做過嗎?題目分析及學(xué)生解答情況的分析看過嗎?力學(xué)觀念測試題做得怎么樣?答案看過嗎?你以前有接觸過類似的題目或看過類似的研究嗎?后者內(nèi)容包括:你覺得這些題目對你有哪些影響?對你力學(xué)概念或規(guī)律的理解有幫助嗎?對你力學(xué)課程考試有幫助嗎?對你了解中學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律的認(rèn)知情況有幫助嗎?同時也請學(xué)生談?wù)剬@些教學(xué)策略的認(rèn)知、看法、態(tài)度,以便我們后期研究中進(jìn)一步改善教學(xué)。
通過訪談,了解到約有30%的學(xué)生未做過FCI 測試卷,訪談中了解到是由于當(dāng)時學(xué)委疏忽只發(fā)了一個班,但所有學(xué)生都閱讀了FCI 力學(xué)觀念調(diào)查的文獻(xiàn),都做了力學(xué)觀念測試卷并交回,所有學(xué)生都用力學(xué)觀念測試卷答案核對了自己的解答。
學(xué)習(xí)材料對物理師范生知識的理解、課程考試、學(xué)生知識的了解情況如下表1 所示。

表1 學(xué)習(xí)材料對物理師范生總的影響情況
表1 數(shù)據(jù)表明,大多數(shù)學(xué)生(占80%)認(rèn)為學(xué)習(xí)材料對力學(xué)概念或規(guī)律的理解有幫助。例如學(xué)生認(rèn)為:“學(xué)習(xí)材料把自己不是很了解的和自己以前錯誤的概念得到重新的學(xué)習(xí),對我理解這些概念很有幫助。”“學(xué)習(xí)材料造成了我思維上的沖突,對力學(xué)概念的理解很有幫助。”
表1 數(shù)據(jù)表明,超過一半的學(xué)生(占60%)認(rèn)為學(xué)習(xí)材料對他們了解中學(xué)生力學(xué)概念的認(rèn)知情況有幫助。有學(xué)生說:“通過自己去做學(xué)習(xí)材料,了解自己對物理概念和規(guī)律的認(rèn)知從而可以了解到學(xué)生。”也有學(xué)生說:“這種題目形式和自己做題所犯錯誤可以去了解中學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律的認(rèn)知情況”。“中學(xué)生力學(xué)概念調(diào)查結(jié)果的分析和總結(jié)讓我進(jìn)一步了解到學(xué)生”。
僅有個別學(xué)生(占10%)認(rèn)為學(xué)習(xí)材料對力學(xué)課程考試有一定幫助。例如有學(xué)生說:“學(xué)習(xí)材料可以幫我復(fù)習(xí)知識點,比如考查胡克定律和摩擦力的題目,幫助我回顧了這兩個知識點,這兩個知識點剛好也是物理專業(yè)課力學(xué)的考點”;還有學(xué)生說:“通過學(xué)習(xí)材料,讓我了解到我對慣性系和非慣性系知識掌握的不足,于是自己又著重看了這些題目。”大部分學(xué)生(占90%)認(rèn)為學(xué)習(xí)材料對力學(xué)課程考試沒有幫助。他們中的大多數(shù)覺得“學(xué)習(xí)材料對課程考試沒幫助,課程考試的內(nèi)容不會是這樣的。”
自從舒爾曼(L.Shulman)于1986、1987年間提出了教師專業(yè)的七類知識以來,對教師專業(yè)發(fā)展的理解大多基于此知識框架,其中探討最多的是學(xué)科知識(CK)、學(xué)科教學(xué)知識(PCK)、學(xué)生知識(knowledge of learners),以及他們之間的轉(zhuǎn)化。“教學(xué)知識”和“學(xué)生知識”的專門學(xué)習(xí)是教師教育專業(yè)與其他理工科專業(yè)的在專業(yè)知識方面的主要區(qū)別,這兩種知識的學(xué)習(xí)通常是通過高師院校在高年級設(shè)置的“教師教育類課程”而完成的,而“學(xué)科知識”的學(xué)習(xí)則是通過在低年級的各種“專業(yè)課程”來實現(xiàn)的。就這樣,師范生對這些知識的學(xué)習(xí)用不同的課程設(shè)置截然分開。“教師教育類課程”通常是在“專業(yè)基礎(chǔ)課程”先修的基礎(chǔ)上開設(shè)的,即開設(shè)該類課程的前提是師范生已經(jīng)掌握了學(xué)科的基礎(chǔ)知識和基本思想、方法。但事實上,長期以來的“物理教師教育類課程”實踐中我們發(fā)現(xiàn),很大一部分學(xué)生盡管能熟練解決相關(guān)習(xí)題,但對學(xué)科的一些基本概念、基本方法等卻存在理解不到位和理解錯誤的現(xiàn)象。比如,自由落體運動是一個理想化運動模型,實際的物體由靜止下落的運動能否看作自由落體運動,其判斷依據(jù)是物體在運動過程中所受的其他作用力是否遠(yuǎn)小于重力。但學(xué)生往往并不注意這一點,他們很少關(guān)注概念的建立過程,于是,他們會編制或選用雨滴從1000 米高空下落的問題作為自由落體運動的練習(xí)題。
再如,科學(xué)探究作為一種科學(xué)的過程和方法,我們要求中小學(xué)教師通過科學(xué)教學(xué)能讓學(xué)生理解科學(xué)探究和科學(xué)本質(zhì),但大多數(shù)科學(xué)教師從未做過科學(xué)研究,他們往往對科學(xué)假設(shè)、分析與論證等的意義理解不夠,因此,不能很好地應(yīng)用探究式教學(xué)幫助中學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)。這種情況國外也一樣,太多的科學(xué)教師有一個障礙:他們從未做過科學(xué)研究。他們知道自己的學(xué)科,但他們從來沒有經(jīng)歷科學(xué)作為一個令人興奮的過程,或在實踐中使用科學(xué)方法,或與科學(xué)家一起工作。針對這種問題,有教師教育研究機構(gòu)開發(fā)了科學(xué)教師與研究者項目(the Science Teacher and Researcher program,簡稱 STAR),參與該項目的職前的本科生被安排在尖端的加利福尼亞研究機構(gòu)(包括勞倫斯國家實驗室、NASA 噴氣推進(jìn)實驗室和UC 戴維斯生物光子中心)進(jìn)行5~10 周有償?shù)捻椖垦芯浚芯繂T表示,這項計劃提高了他們對科學(xué)的理解能力和教學(xué)能力[5]。這種方式確實是一種好的訓(xùn)練方式,但需要額外的大量的教師培訓(xùn)經(jīng)費,該研究從2007年到2010年四年間共培訓(xùn)教師156 人。我們認(rèn)為如果能改變專業(yè)課程的教學(xué)方式可以在一定程度上達(dá)到以上三種知識的兼顧,而不必進(jìn)行額外的訓(xùn)練。這種想法可能很多從事教師教育的學(xué)者都會有,例如,刁心峰,劉高福等人認(rèn)為,在大一學(xué)生開始學(xué)習(xí)階段就把中學(xué)物理教材發(fā)給學(xué)生,指導(dǎo)學(xué)生深入鉆研中學(xué)物理教材。可以通過布置課外作業(yè)設(shè)置研究課題等形式,使他們參照新課標(biāo)全面了解中學(xué)物理課程,并且可以將這個研究過程貫穿整個大學(xué)階段,這樣更容易把中學(xué)物理知識和大學(xué)物理知識聯(lián)系起來[6]。他們的想法很好,但未看到相關(guān)的實踐研究。而實踐中有很多具體的問題需要解決,例如,布置什么樣的作業(yè)?怎樣在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中進(jìn)行課題研究?這些問題的解決需要高師院校專業(yè)課教師與課程與教學(xué)論專業(yè)課教師協(xié)同合作。
為了解決“如何做”的問題,我們首先與擔(dān)任力學(xué)課程的專業(yè)教師溝通,專業(yè)課教師了解研究目的后同意按我們的想法進(jìn)行輔助教學(xué)。首先,為了讓師范生在力學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中更好地理解力學(xué)中的基本概念,并了解中學(xué)生理解和應(yīng)用這些概念的情況,我們借鑒華盛頓大學(xué)物理教育研究組的做法,想要能深入系統(tǒng)地將力學(xué)方面的教育研究成果應(yīng)用于師范生力學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中。于是,在2017年暑假我們開始搜索基礎(chǔ)教育領(lǐng)域力學(xué)方面的研究成果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個問題:一是力學(xué)教育方面的研究大多是基于著名的FCI 的研究,本土化的研究實際上還比較欠缺;二是基于FCI 的研究雖多,但適合大一物理師范生閱讀的卻很少,反復(fù)討論、對比分析后發(fā)現(xiàn),2017年東北師范大學(xué)樊麗的碩士論文《基于FCI 的力學(xué)概念相異構(gòu)想案例研究》中所用的FCI 測試卷、對測試結(jié)果的分析和學(xué)生出現(xiàn)問題的原因分析相對來說更加詳細(xì)、全面、準(zhǔn)確,因此,我們選用該論文中“FCI 測試卷”對師范生進(jìn)行測試,讓他們閱讀“調(diào)查結(jié)果及分析”從而進(jìn)行自我反饋。這兩個材料即為實驗中施加的教學(xué)策略1 中所用的學(xué)習(xí)材料。
FCI 測試、閱讀FCI 測試結(jié)果及分析目的是幫助師范生更進(jìn)一步理解力學(xué)基本概念,了解中學(xué)生對力學(xué)知識的理解情況。但FCI 與大學(xué)力學(xué)課程學(xué)習(xí)、力學(xué)問題的解決相差很遠(yuǎn)。為了讓師范生能更積極地學(xué)習(xí)專業(yè)課程,提高專業(yè)知識的學(xué)習(xí)效果,我們借鑒該領(lǐng)域研究者提出的將中學(xué)物理知識與大學(xué)物理知識聯(lián)系起來的觀點,查找中學(xué)力學(xué)教學(xué)中的一些疑難問題,以及這些疑難問題的解決,這些研究都是對中學(xué)問題與大學(xué)知識相結(jié)合的具體的研究。根據(jù)基礎(chǔ)教育的這些研究成果,自編“力學(xué)觀念測試卷”和該試卷的詳細(xì)解答。這些材料的自主閱讀、解答、反饋即為我們力學(xué)課程教學(xué)中施加的教學(xué)策略2 中的學(xué)習(xí)材料。
我們所實施的教學(xué)策略中所選用的學(xué)習(xí)材料有的與已有研究中提出的一樣,有的根據(jù)我們的實際情況做了調(diào)整。例如FCI 測試與華盛頓大學(xué)物理教育研究組曾經(jīng)實施的一項在職教師培訓(xùn)[7]時用到的是一樣的;不同之處是課后閱讀、討論的物理教育研究文獻(xiàn)內(nèi)容不太一樣,他們選的文獻(xiàn)是本國的已有研究,而我們選擇我國的已有研究。這些文獻(xiàn)材料雖然內(nèi)容有所不同,但目的是相同的,都是讓在職教師、師范生進(jìn)一步理解學(xué)科概念,并了解中學(xué)生的學(xué)習(xí)困難(學(xué)生知識)。還有的教師教育研究中,學(xué)習(xí)材料都是由受培訓(xùn)的教師自己開發(fā),這樣讓培訓(xùn)教師獲得了更多的專業(yè)發(fā)展。例如,Coenders,F(xiàn).,Terlouw,C.等人的研究描述了三位經(jīng)驗豐富的教師在化學(xué)教育開發(fā)創(chuàng)新學(xué)習(xí)材料和課堂設(shè)置,實現(xiàn)了五個教學(xué)內(nèi)容知識領(lǐng)域的專業(yè)化[8]。而我們只關(guān)注到三個領(lǐng)域。總之,我們所實施的教學(xué)策略與現(xiàn)有的研究基本是一致的,但還處于初步的探索階段,還不夠系統(tǒng)、全面,與國外的研究還存在一定差距。
師范生的專業(yè)特點要求他們對學(xué)科基本概念要有更深入、準(zhǔn)確的理解,以利于師范生學(xué)科專業(yè)知識(CK)向?qū)W科教學(xué)知識(PCK)的轉(zhuǎn)化,因此,很有必要讓師范生了解自己對學(xué)科基本概念的理解情況,以及中學(xué)生對這些概念的理解情況。本研究中,F(xiàn)CI 的測試、自編的力學(xué)觀念測試,及閱讀基于FCI 測試的研究文獻(xiàn)正是此目的。FCI 測試卷中題目不是一般的物理習(xí)題,其題目特點是應(yīng)用真實的問題情境考查學(xué)生的物理觀念,它能挖掘?qū)W生的一些錯誤概念(misconception)或相異構(gòu)想(alternative conception)。本研究中的師范生先獨立完成FCI 測試卷,再通過閱讀基于FCI 測試的高中學(xué)生力學(xué)觀念的調(diào)查研究文獻(xiàn)自主反思自己力學(xué)基本概念的理解情況,并理解中學(xué)生力學(xué)知識存在的問題及原因,可謂一舉兩得。另外,力學(xué)觀念的測試針對力學(xué)中的一些疑難問題,詳細(xì)答案給予學(xué)生及時的自我反饋,有利于提升師范生力學(xué)觀念的理解和應(yīng)用。這些學(xué)習(xí)材料針對性較強,取得了較好的實驗效果。參與實驗的大部分師范生認(rèn)為這些學(xué)習(xí)材料對于他們力學(xué)概念的理解有幫助;一半以上師范生認(rèn)為學(xué)習(xí)材料對于他們了解中學(xué)生力學(xué)概念和規(guī)律的認(rèn)知情況很有幫助。
從學(xué)生的反饋來看,只有個別學(xué)生認(rèn)為對于他們課程考試有一定幫助,大部分學(xué)生認(rèn)為課程考試與我們所提供的學(xué)習(xí)材料兩者在內(nèi)容上有很大不同。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因,分析起來有兩方面,一是學(xué)習(xí)材料主要針對的是概念的理解,所解決的問題雖然有助于與大學(xué)力學(xué)課程內(nèi)容銜接,但畢竟屬于中學(xué)物理范圍內(nèi)的問題,與大學(xué)專業(yè)課程考試試題相差很大。其次可能是我們編制的力學(xué)測試題未能充分體現(xiàn)大學(xué)知識和方法的應(yīng)用。因此,雖然本次實驗對師范生專業(yè)課程考試未取得理想的效果,但并不能說明我們提出的假設(shè)不成立,即不能說明聯(lián)系中學(xué)學(xué)科知識、學(xué)科教學(xué)知識(PCK)等對師范生專業(yè)知識學(xué)習(xí)無任何正面影響。這個問題還需要進(jìn)一步研究,例如,如果由實施課程的教師選擇與大學(xué)考試更緊密聯(lián)系的一些中學(xué)物理問題,或?qū)W生參與選擇與中學(xué)學(xué)科問題有關(guān)的學(xué)習(xí)材料,結(jié)果會如何?如果在提供學(xué)習(xí)材料的同時改革教學(xué)方法、評價方法是否能取得更理想的效果?這些問題如果能得到專業(yè)課教師的關(guān)注、重視,或者師范院校專業(yè)課教師能與中學(xué)教師、教學(xué)論專業(yè)教師合作進(jìn)行這樣的教學(xué)改革,將對提高師范生的專業(yè)知識的掌握程度、提升專業(yè)課教師的專業(yè)化水平都具有重要意義。
總之,本研究結(jié)果表明,在高等師范院校的物理力學(xué)課程學(xué)習(xí)過程與中學(xué)力學(xué)的問題、中學(xué)力學(xué)教學(xué)問題的研究相聯(lián)系的教學(xué)策略有助于師范生投入學(xué)習(xí),從而有助于師范生加深對物理力學(xué)觀念的理解,有助于師范生了解中學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律的認(rèn)知情況。但遺憾的是,本研究還未對師范生大學(xué)力學(xué)課程考試成績提高產(chǎn)生明顯的作用,這還有待于進(jìn)一步的實踐研究,特別需要大學(xué)專業(yè)課教師在了解相關(guān)教育研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的實踐研究。