立體式知識輸出作業在大學物理教學中的應用探索*

黃喜強 張伶莉 王曉鷗 劉志國 曹永印 時紅艷 王 旸 王先杰 孟慶鑫 張 宇

(哈爾濱工業大學物理學院 黑龍江 哈爾濱 150001 )

1 引言

國際21世紀教育委員會向聯合國教科文組織提交的報告《教育——財富蘊藏其中》指出:為了適應不斷變革的世界,教育要使學習者“學會認知、學會做事、學會共存、學會生存”,這被稱為學習的四大支柱[1]．這也是我國全面推進素質教育要努力實現的培養目標．大學物理課程作為工科院校的必修基礎課,課程改革必須朝著這個方向進行．課程作業是教學活動的重要環節．學生通過完成作業可以強化知識和技能,教師通過批改作業可以了解學生情況,為教學計劃調整提供依據．因此,如何有效利用作業這個平臺,充分發揮其應有的作用,是大學物理課程改革的一個重要的方向．

知識輸出(knowledge output,簡稱KO)是知識的應用、傳播和再創作過程的總稱．對于學生來說,回答問題、做作業、給別人講解等過程都屬于知識輸出．知識輸出是非常重要的,它有助于知識資源的整合、反思、記憶和掌握,以及提高學習效率等[2-3]．實現知識輸出的方式可分為3種:文字書寫、語言表述和肢體動作．若同時實現兩種以上方式,則可稱為立體式知識輸出(stereoscopic knowledge output,簡稱SKO);而僅實現某一種輸出方式,則稱為平面式知識輸出(planar knowledge output,簡稱PKO)．采用SKO作業教學策略是使學生獲得學習四大支柱的可行方式,利于全面考查學生的能力,也有助于教師全方位了解學生知識盲點,進行教學調整．近年來手機等電子產品以及互聯網平臺滲透到我們的學習生活中,這也使得課后進行SKO活動得以實現[4-6]．前人在大學物理作業改革方面已經做了大量的工作,在作業形式、設計等方面取得了較好成效[7-8],但在諸多作業形式中還很少強調SKO過程．課后SKO作業具有傳統紙質作業無法實現的功能．傳統大學物理紙質作業雖然有著形式穩定,答案客觀統一,利于應試等優點[9],但是紙質作業僅實現了學生“文字書寫”的PKO過程,無法實現“語言表述”和“肢體動作”等方式的SKO過程．

本文在前人工作的基礎上,在大學物理作業中加入 SKO元素,實施一種關于大學物理課程SKO作業的教學策略,獲得在傳統紙質作業中難以獲得的信息,全面了解學生學習動態,及時進行教學反思,針對性進行輔導,使學生更加深入地理解物理概念和物理過程,促使學生建立清晰的物理圖像,同時提升其知識輸出表達能力和應用能力．此教學策略是以作業為導向,促使學生“學會認知、學會做事、學會共存、學會生存”,獲得學習的四大支柱．此教學策略也受到學生的喜愛,給與他們充分展示和相互協作、自行探索的平臺．

2 SKO作業的教學實施過程

2.1 SKO作業的設計

2.1.1 基于物理概念和理論的SKO作業設計

傳統紙質作業實現的是文字書寫的PKO過程,往往要求回答出問題的一些要點即可,會略去一些問題細節的分析．SKO作業并不是將紙質作業簡單地念出來或背出來,而是要將整個問題的思路講出來,這就需要不僅回答出問題要點,還要將問題給聽者講解清楚,類似給聽者講課．因此,SKO作業的考查要求更高,考查點也更細化、更全面．有的學生理解得不夠透徹,可能做紙質作業分數很高,但要把題目講解出來,就會暴露出很多知識盲點和欠缺的能力,這一點相信諸多教育工作者們深有同感．

基于物理概念和理論的SKO作業主要選擇包含豐富物理概念、物理過程和物理原理的題目,增加問題綜合性,這樣更容易考查學生的知識邏輯和思維能力,也可考查和鍛煉學生的講解和語言表達能力,容易使學生暴露知識盲點,方便教師調整教學．這類作業可分為兩類,即語音作業與視頻作業．例如讓學生語音講解:楊氏雙縫干涉實驗中,普通光源與雙縫之間存在一個單縫,那么這個單縫的作用是什么?或者視頻講解:兩個玻璃片構成一個空氣劈尖,用普通光源照射的話為什么一般只考慮劈尖區域的薄膜干涉,而不考慮玻璃片本身的薄膜干涉(即玻璃片本身上下表面反射光線間的干涉)?這樣的題目看似與往常的紙質作業區別不大,但在完成作業的過程中,對學生的知識邏輯、語言表達、總結能力等有更全面立體的考查．

2.1.2 基于理論聯系實驗的SKO作業設計

物理學是一門實驗科學,理論與實驗相互結合,才能達到好的教學和學習效果．此類SKO作業中涉及了實驗設計、操作和講解,親自動手設計激發學生的學習興趣,使學生對知識的理解更加深入．在小組分工合作中,學生也學會關心、學會分享、學會合作,進而學習社會交往的思維．對于這類作業,可以要求學生針對力學(光學、熱學、電學、磁學)等知識,自行設計實驗,錄制并上交一個視頻文件,視頻中要求在實驗操作的同時,講解實驗設計、原理、操作及現象．

需要注意的是,本作業不僅要求學生將實驗操作通過視頻展示出來,最關鍵的是需要學生將這個實驗的內容和物理原理講解清楚,實現“肢體動作+語言表述”的SKO過程．在這個作業的完成過程中,使學生不僅學會認知,學會做事,也讓他們通過合作學會共處、生存．

2.1.3 基于實際應用的SKO作業設計

對非物理專業的學生來說,學習大學物理課程時,與實際應用聯系起來至關重要,能讓學生體會到學以致用,提高學習興趣和應用能力．例如可以要求學生以小組為單位,準備一個關于大學物理電磁學知識實際應用的報告,內容包括此應用所涉及的物理概念、物理理論、應用原理、應用前景等,并要求小組選出代表在課堂上給全班同學進行講解和分享．

以往此種報告式作業,通常上交一個紙質報告即可,即僅實現了文字書寫的PKO過程．然而,這里的SKO作業加入了學生現場講解報告的環節,是對學生各方面能力的全面鍛煉與考查,對學生提出了更高的要求．

2.2 SKO作業的評價與反饋

作業的評價與反饋是教學的重要環節．學生在完成SKO作業的過程中,會暴露出一些在紙質作業中難以暴露的細節問題,教師在評價批改時,應予以重點關注．具體如下:

(1)暴露物理概念理解方面的細節問題

上面語音作業實例中,通常的紙質答案中把單縫的作用歸結為減小光源寬度,也就是把單縫看作光源．然而單縫不發光,怎么能看作是光源呢?看作是光源的哪一部分呢?事實上,實驗用的普通光源上的所有點發出的光,初相位隨機分布,根據惠更斯原理,它們在單縫中的某一點處相遇并發生非相干疊加,造成此相遇點處的初相位是隨機的,這樣單縫就可看作是一個寬度為縫寬的普通光源．關于這個細節問題,有的學生并沒有給與講解,這說明對光源這一物理概念的理解還比較模糊,不夠深入,我們必須加以強調．

(2)暴露物理原理理解方面的細節問題

仍以上面語音作業為例,光源上不同點發出的光,在屏上產生的干涉條紋不重合,相互錯開最終導致屏上條紋可見度為零,紙質作業中通常回答到此種程度即可．然而學生在語音作業中要想進行深入的講解,必須將很多細節上的原理講解清楚．比如:需強調光源上不同點發出的光為非相干光,所以它們各自在屏上的干涉條紋間的疊加不會另外產生干涉現象,屬于非相干疊加,即光強的疊加．有的學生在講解過程中遺漏了這樣細節上的原理講解,而這種遺漏在紙質作業中很難被發現．

(3)暴露物理過程理解方面的細節問題

以上面視頻作業為例,有的學生在畫光線時,逆著光的傳播方向畫;還有的學生在講解兩條光線間的光程差時,所指的光線不是光程差所對應的那兩條光線;還有的學生在指出干涉條紋時,指的地方卻不是干涉條紋定域的地方(劈尖表面),而是遠離定域的位置,這些都表明了學生對物理過程的理解存在著問題和偏差,然而學生寫出的公式及結論往往是正確的,這使得問題在紙質作業中很難暴露．

(4)暴露表達能力方面的問題

在大學物理教學過程中,學生表達能力的培養也是重要的一環,這里的表達能力主要體現在知識輸出方面．好的表達能力,不但有助于知識的融會貫通,還有利于日后的復試、面試、學術交流等工作．教師在批改SKO作業的過程中,通過學生表達的節奏、重音、抑揚頓挫,能夠判斷出學生的表達能力強弱,甚至能大概判斷學生對知識理解的深入程度．這一方面的信息也是在紙質作業中難以獲得的．加強這方面的培養,有助于提高學生的表達能力.

(5)暴露學習態度方面的問題

有的學生在完成SKO作業時,僅僅把紙質作業答案或寫好的報告念出來或背出來,沒有去試圖講解,實質僅僅完成了文字輸出的PKO過程,不是一個SKO過程．還有的學生在演示實驗設計的SKO作業中,僅僅有實驗操作,卻沒有講解,也不是一個SKO過程．這樣,SKO作業就失去了意義．這些行為也在某種程度上暴露了學習態度問題,而如果交紙質作業的話,他的答案往往卻是正確的,學習態度問題很難暴露．

學生完成SKO作業后,通過教師評語和觀看優秀作業展播得到反饋,尋找差距和知識盲點,全面提升自己．教師利用SKO作業的反饋,能夠得到較全面的教學信息,把握學生的學習動態,為后期的教學反思提供重要素材和依據．教師還可根據SKO作業中發現的問題,課后進行有針對性的教學輔導,進而實現教學的有的放矢．

3 關于SKO作業策略實施的調查問卷統計結果及分析

為了進一步了解學生對SKO作業策略的反應,我們對學生進行了問卷調查．問卷中列出了6個問題,調查學生對SKO作業的態度、SKO作業對學生的影響、學生完成一個錄制視頻的SKO作業的時間以及學生認為布置的SKO作業的合適次數．表1給出了學生的問卷反饋．從學生的反饋中,可以看出學生對SKO作業很感興趣,以及SKO作業對其學習的幫助也比較認可．雖然完成SKO作業相對來說需要耗費的時間較長,但學生還是希望每學期多布置幾次,普遍認為是2～3次．教師可以根據教學的需要布置不同形式的SKO作業,進行相關教學活動．讓學生在完成作業的過程中,充分得到鍛煉,獲得學習的能力.

表1 關于SKO作業策略的問卷調查

4 結束語

在大學物理教學中引入SKO作業,實施立體式知識輸出作業策略．通過這樣的作業設計與布置,引導學生不僅學習知識本身,更重要的是在共同知識內化的過程中,相互促進,學會做事、學會共存、生存,獲得學習的四大支柱．實踐表明這樣的作業有利于學生對知識點的深入掌握,提高學生的知識輸出表達能力,有助于教師了解學生的學習動態,及時發現教學中存在的問題,受到學生的喜歡．