高中物理實驗教學中學生自我監控活動的探討①

王 震 丁永文 杜 木

(遼寧師范大學物理與電子技術學院,遼寧大連 116029)

1 問題的提出

物理實驗是高中物理教學中的重要內容.學生在與物理現象、物理事實的實際接觸、操作及思維的過程中,得出實驗的結論.實驗教學給學生創設的是一種主動探究問題的學習情境.在這種探究的情境中,學生要對自己的學習行為進行調節和控制,即需要具備自我監控的學習能力,它是影響學生實驗學習質量與效果好壞的重要因素.自我監控是學生對自身活動的自我體驗、自我觀察、自我控制和自我調節.高水平的自我監控,能使實踐活動更可能地達到最佳狀態,取得最佳效果,從而表現出高度的有效性.

物理實驗教學中學生的自我監控活動是怎樣的?主要表現在哪些方面?如何提高學生的自我監控能力?這些都是值得我們在具體學科(實驗)教學中探討、研究的問題.

2 物理實驗學習中學生應具備的自我監控能力

我們對高中物理實驗教學的過程進行了較深入的分析,總結出了學生在實驗活動中應具備的自我監控能力,主要體現在以下方面(見表1).

表1

總結性回想實驗過程,找出有益的經驗和應該吸取的教訓.實驗后對教材中的思考題,作出一一回答.總結實驗設計的思想、實驗的方法.補救性對引起結論誤差偏大的物理量,進行重新測量.對實驗操作中不熟練的地方,重新進行練習.結合實驗后的學習體驗,加深對原理知識的理解.

在上述自我監控的方面中,每一個方面都指導、調節著學習活動.例如計劃和準備,是學生為達到學習目標而積極使用的,它是影響實驗成功的重要因素.教師們十分強調預習的重要性,尤其是當實驗任務新穎而且復雜的時候,學生的活動更需要有計劃性.還有意識性,它主要指對思維的意識和監控.學生在操作中,要跟蹤自己的思維狀況,對自己已經做了什么,當前正在做什么,還需做什么,應有清晰的認識與評價.實驗中的方法性在實驗任務的完成中占有重要地位,包括學生預習的方法、調整思路的方法及解決問題的思維策略等.這些方法、策略有效地指導著實驗任務的完成.學生為了保證實驗活動的順利進行,還需要積極地對自己的情緒、意志進行有意識地自我激勵、自我調整,例如鼓勵自己要克服困難、克服急躁的情緒完成任務.執行性正體現了學生對自己學習興趣、學習觀念、動機等的自我意識和自我調節.實驗活動后的自我監控,使學生對認知活動的質量和效果進行檢查與評價,分析存在的問題,進而采取補救性措施.

3 學生自我監控活動在實驗中的表現

筆者選擇了大連市一所普通高中高一年級的學生,在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中來探討學生的自我監控情況.我們進行實地觀察,觀察學生在每個實驗環節中的表現,隨時記錄學生的操作情況和存在的問題,聽取學生的分析思路.實驗結束后,我們和一些學生、教師面談,更進一步地了解學生的自我監控能力情況.

3.1 在實驗的具體環節中,可觀察到的學生自我監控活動的表現

(1)把橡皮條的一端固定在白紙上A點.

學生對A點位置的選擇沒有考慮,有的學生選得居中,作圖后發現合力被畫出了紙外.

(2)用兩只彈簧秤互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長到某一位置O,記下O點的位置和拉力的方向.

這個環節需要學生先把兩個彈簧稱對拉,調節指針校準,以減小系統誤差.我們發現大多數學生把彈簧秤拿過來就用,沒有對拉校準.再有,O點應畫的盡量小,以減小實驗中的方向誤差.多數學生沒有考慮到這一點,反而認為描的點大一些能看得清楚,把 O點畫得大,這樣一來繩套的方向就會有偏差.在記錄力的方向時,一些學生的做法是把細線按在紙上作直線或用直尺直接在線下作直線.這些做法都容易產生很大的誤差.

(3)選定標度作出兩個力 F1和 F2的圖示,以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,再作出合力F.

這個環節中,作圖的比例和彈簧秤的讀數應該大一些,可以減少相對誤差.我們觀察到學生做的四邊形有的過大,甚至超出一張紙的范圍,只好重新作圖;有的過小,即增大了相對誤差,又沒有合理地利用白紙.對于 F1、F2兩個力夾角的選擇上,學生們沒有去考慮,有的夾角大,有的夾角小.夾角越大,用平行四邊作圖得出的合力F的誤差越大,根據實驗經驗,在兩個分力都不小于2 N及夾角不大于90°的情況下,誤差小.

(4)只用一個彈簧秤通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O.

這個步驟要記下彈簧秤的讀數和細繩的方向,作出彈簧秤的拉力F′的圖示.這個環節同樣出現了(2)中的情況.

(5)比較F′與平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同

學生們在實驗課上的這些表現,反映出了自我監控能力存在一定的問題.他們往往忽視了對學習的計劃和準備,進入實驗室后只知道實驗的大概,對實驗原理、步驟、儀器的使用方法不清楚,表現為一邊翻閱教材,一邊做實驗,出現一些小問題,就立即請教師幫助解決.學生在 A點的選擇上以及彈簧秤的使用上,缺少準備性和計劃性.學生還習慣于用反復嘗試錯誤的方法來解決問題,沒能及時地關注思維活動的質量.例如,學生只顧著作圖沒有意識到所取的F1、F2比例過大,作圖求合力時才發現 F超出了白紙的范圍.對于夾角θ,學生任意選取,沒能改變 F1、F2的大小和θ角,再做一組實驗進行比較,缺乏方法性.再有學生對自己當前的操作能否引起誤差,如何減少系統誤差,很少能有意識地進行監控和調節.比較 F′與F在大小和方向上是否相同,這個環節是實驗的重點,學生們往往認為相差不多即可,沒能進一步地分析理論值與實際值存在偏差的原因.這更反映出了學生滿足于實驗的結論,不善于主動地評價實驗結果.對于偏差大的情況,學生也沒能重新測量,及時進行補救.

課堂上,我們同樣發現學生在思維上缺乏對問題的深入探究,例如對θ角的選取上.學生主要解決的是教師或書本上預先給定的思考題,而很少能主動地提出一些值得思考的問題.

3.2 在與師生談話中,了解到的學生自我監控能力的情況

我們在實驗開始前,向一些學生提問,問實驗中要比較哪兩個物理量?一些學生不能準確地回答,還有一些學生不知道比較什么.再問學生這個實驗設計的思想是什么?學生很少能完整地回答出來.可見學生在預習時沒有抓住重點,實驗目的不清楚,沒能體會到實驗的思想.我們看到學生畫 F1、F2兩個力,彈簧秤的指針拉到什么位置,就以指針的位置為鄰邊作平行四邊形時,當問學生你清楚自己的操作嗎?你的操作正確嗎?這時學生才發現自己的錯誤.在這里學生表現出的是盲目的操作,缺少調節活動的目標意識.在問到F′與F偏差的原因時,學生也不能給出全面、正確的分析.

在和教師的面談中,教師們認為學生不能清晰地意識到哪個環節重要、應該如何去做,不能隨時地對自己的操作過程進行自我檢查、自我調節,總是遇到問題時才尋找原因.例如教師A:“有的學生一進實驗室就急于動手操作,沒有從整體上考慮實際的任務與預習的內容是否對應,沒有弄清楚需要測量的物理量,在思路上就沒能清晰地把握好實驗任務.”教師B:“學生不善于對自己的思維進行反思,很少向自我提問,如‘我清楚實驗的原理嗎?'、‘有關實驗的知識我準備的充分嗎?'、‘哪些是需要測量的物理量?'、‘我這個實驗的結論如何?'等,學生很少會想這些直接指向自我思維的問題.”教師 C:“學生應該做到,除了教師講的思路外,再去思考別的思路,同一個實驗我有沒有別的方法.”教師D:“學生做完實驗沒有回顧實驗,對實驗結果沒有作評價,認為得到的數據和理論值相差不多,實驗就做完了.學生應該有能力判斷自己的結論,對結論做一定程度的分析.”

與上面的情況不同,我們看到實驗能力強的學生體現出了較高水平的自我監控,他們具有較多的有關學習情境和學習策略的知識,善于計劃、評價、調控自己的學習過程,靈活地應用各種策略,完成實驗任務.

4 實驗教學中提高學生自我監控能力的建議

4.1 激發學生主體內在動機,使他們學會自我激勵

學習動機是有效保證學習效果的重要因素,不同的學生在學習動機的表現上不同.能力強的學生認識到實驗的重要性,在實驗中積極地調控自己的學習行為,相信通過自己的努力能夠很好地完成實驗,內在動機穩定、持久.實驗能力差的學生缺少自我激勵的內在動機,學習動機強度不足、持續時間短,影響學習效果.因此教師應善于激勵學生的學習動機,讓學生清楚地認識到他們將要進行的認知活動的重要意義.學生對實驗價值有了深刻認識,就會產生對活動本身感興趣的內在動機,形成自我激勵機制,推動認知活動進行深水平的加工,進而持久地在認知活動中表現出較高的學習自覺性與主動精神.

4.2 鼓勵學生進行思維學習,使他們學會自主思維

學生的自我監控能力主要表現在對思維活動的監控.實驗不只是一種知識學習,而更是學會思維方法的一種學習活動.教師要積極地鼓勵學生對思維活動進行自我覺察、自我評價、自我調節,要讓學生意識到自己正在干什么、怎么干的,形成思考的習慣.教師可以采用提示語,例如“你為什么這樣做”、“你這個方法可行嗎”、“下一步你要做什么”等之類的問題,讓學生把認知活動自覺地指向思維本身.教師在向學生提出問題的同時,還要鼓勵學生多思考、多提問,培養學生的問題意識.

4.3 注重過程教學,學會表達

學生實驗中面臨困難的時候,教師往往會直接給出正確的思維過程來解決問題,教師的這種做法不利于對學生思維的指導與訓練,因為教師給學生的往往是專家的分析思路.如果教師注重過程教學,將自己如何調節不適當的思路、如何去探究新思路,以及思路最終確定的過程展示給學生,學生就能真正地學會調節思路.教師還要聽取學生的分析,讓學生充分地表達出思考的過程、質疑的過程和解決問題的過程,再恰當地給予點撥,學生最終會找到解決問題的途徑,真正地實現對學習活動的主動監控.

4.4 教給學生自我監控知識,使他們學會自我監控

教師在實驗教學前要向學生指出自我監控的含義、內容和價值,即什么是自我監控、實驗中的自我監控包括哪些內容、它的價值是什么,這樣學生就會知道自己在實驗前、實驗中和實驗后該如何去做.除了這些有關自我監控方面的一般性知識外,教師還要傳授給學生具體性的學習策略,讓學生知道何時、何地、為什么使用這些策略.例如,教師讓學生掌握了誤差分析的策略,學生就會全面地分析引起誤差的原因,從實驗原理、實驗裝置、計量器具、環境、實驗者方面來考慮,而不至于忽略某些因素.還有不同的實驗方法在什么情況下使用,如何評價自己的實驗結果等這些具體的策略性知識,從而提高學生認知活動效率.

我們結合了具體的物理實驗活動,利用課堂觀察和面談對學生的自我監控能力進行了以上的探討.課堂觀察可以使我們客觀、準確地記錄下學生的行為;面談可以使我們更加了解到教師們對問題的真實看法.同時我們也感到,只對一個學校一個年級的學生進行研究,不免具有一定的局限性,但是我們還是希望以上的探討能給中學物理實驗教學的研究帶來有益的啟示.

1 董奇,周勇,陳紅兵著.自我監控與智力.杭州:浙江人民出版社,1996.