錯誤演示法在大學(xué)物理實驗教學(xué)中應(yīng)用初探——以物理天平使用為例

錯誤演示法在大學(xué)物理實驗教學(xué)中應(yīng)用初探
——以物理天平使用為例

李澤欽王笑君

(華南師范大學(xué)廣東 廣州510006)

摘 要：針對大學(xué)物理實驗中學(xué)生常見的錯誤操作問題,本文介紹了一種新的教學(xué)方法,即錯誤演示法.對比過去一貫使用的按步驟教學(xué)方法,學(xué)生對知識掌握的自我認(rèn)同與知識點掌握等方面有了不同程度的提高,優(yōu)越性較為明顯.從而為教學(xué)提供了新的方法和探索思路.

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗錯誤演示教學(xué)方法探索

收稿日期：(2014-06-23)

1引言

對于剛步入大學(xué)的大學(xué)生而言,實驗操作水平低,動手能力差,在實驗操作方面總會出現(xiàn)錯誤.以天平使用操作為例,很多學(xué)生一開始就去調(diào)節(jié)平衡螺母,再好一點的學(xué)生一開始會先將游碼調(diào)零,再調(diào)節(jié)平衡螺母,只有一部分學(xué)生才記得要最先調(diào)節(jié)天平水平.錯誤操作比比皆是,每一屆新入學(xué)的學(xué)生都是此類情況.

根據(jù)錯誤后反應(yīng)受前一錯誤反應(yīng)的刺激-反應(yīng)鏈接與當(dāng)前任務(wù)的刺激-反應(yīng)鏈接之間的沖突和執(zhí)行控制的共同影響[1],筆者經(jīng)過思考,改變傳統(tǒng)的按步驟演示的教學(xué)方法,嘗試采用錯誤演示法,希望能改善諸如此類錯誤操作的情況.通過兩種教學(xué)方法的對比,找到差異,如果能更有效地進行教學(xué),則應(yīng)該予以推廣,只需將授課方式改變一下即可,為廣大教師提供一些參考和建議,也便于大家進行更深入的探討與研究.

2理論基礎(chǔ)

2.1認(rèn)知沖突理論基礎(chǔ)

錯誤演示法以認(rèn)知沖突理論為基礎(chǔ),認(rèn)知沖突是指學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與所學(xué)新知識之間無法包容的矛盾，最早由美國心理學(xué)家費斯汀格提出.教學(xué)中利用學(xué)生的認(rèn)知沖突，既能激起學(xué)生激烈的思維振蕩，又會催生出樂于學(xué)習(xí)的積極情感[2].

錯誤演示法就是在教學(xué)過程中通過外界的人為因素,利用錯誤演示,來激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知矛盾,意在引起學(xué)生的有意注意,調(diào)動學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力,促進學(xué)生積極、高效地優(yōu)化物理實驗的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

2.2錯誤概念轉(zhuǎn)變的理論基礎(chǔ)

除上述之外,錯誤演示法還建立在概念轉(zhuǎn)變的理論基礎(chǔ)上,了解了學(xué)生的錯誤概念是實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的前提.教師首先應(yīng)該在態(tài)度上關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前存在的錯誤概念,從而了解學(xué)生頭腦中存在的錯誤概念[3].然后提出錯誤概念,對錯誤概念進行轉(zhuǎn)換,創(chuàng)設(shè)“沖突情境”是一種非常有效的教學(xué)方式,能有效地優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu).創(chuàng)設(shè)“沖突情境”主要針對一些學(xué)生容易產(chǎn)生錯誤概念的教學(xué)內(nèi)容展開.概念轉(zhuǎn)變教學(xué)就是一種立足于學(xué)生的已有認(rèn)識,使學(xué)生的錯誤概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué),概念轉(zhuǎn)變教學(xué)過程就是認(rèn)知沖突的引發(fā)及其解決的過程[4].

本文運用錯誤演示法,就是希望利用學(xué)生的錯誤概念,創(chuàng)設(shè)沖突情境,然后進行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的過程.有別于其他的教學(xué)方法，它往往是從反面作為知識點的切入口，對學(xué)生有較高的能力要求.所以錯誤的設(shè)計往往是只服務(wù)于課堂上重點、難點的突破，切勿任意的展開、無限制的延伸[5].因此,在用錯誤演示法進行教學(xué)時,筆者是在實驗教學(xué)中較為關(guān)鍵、重點的地方設(shè)計,而非從頭到尾都是糾正演示,希望能在關(guān)鍵知識點教學(xué)中提高效果.

2.3問題的提出

在大學(xué)物理實驗課,關(guān)于實驗步驟與注意事項的講授中,如果按照實驗的操作步驟逐一講授,學(xué)生的錯誤概念轉(zhuǎn)化較少,認(rèn)知沖突不明顯,如果通過錯誤演示,然后糾正的方法講授,增加了學(xué)生的認(rèn)知沖突.然而這種錯誤演示的方法,相對過去的逐一按步驟講授,能否使學(xué)生對知識掌握得更明顯?能否使學(xué)生對知識掌握的情感更強烈?本文期望通過這兩種不同講授方式對比,得出初步的探索.

3研究對象的選定與處理

本文以華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院的大一新生作為研究對象，選取大一新生作為實驗研究對象,是因為大一新生都是第一次上大學(xué)物理實驗課,基本排除了因上大學(xué)實驗課后,導(dǎo)致的個體差異,從而提高實驗結(jié)果的可信度.本次實驗研究中，隨機選取了140人作為實驗對象，分為兩個組,每組70人.在進行教學(xué)實驗研究前，每組的男女比例、整體教學(xué)氛圍、任課教師等基本相同.盡最大的可能控制實驗前的無關(guān)變量,提高實驗的內(nèi)部效度.調(diào)查對象如表1所示.

表1　調(diào)查對象的男女生人數(shù)

總體人數(shù)140人，男生69人，女生71人,有效問卷122份.

實驗組在講授實驗步驟和注意問題時,采用錯誤演示的方法教學(xué)，對照組還是進行傳統(tǒng)實驗步驟的實驗教學(xué)方法.實驗組和對照組所接受的教學(xué)內(nèi)容都是初次接觸，均為完全不知道的情況，并且在實驗過程中沒有對任何一組的學(xué)生進行實驗的強化處理,均為相同的實驗操作情境.教授的內(nèi)容均為普通實驗的“物體密度的測量”,整體教案一致,只是在其中有關(guān)物理天平的使用方面,運用了兩種不同的教學(xué)方法.

4教學(xué)方法的實施與應(yīng)用

筆者選取的課題是大學(xué)普通物理實驗“物體密度的測量”.在學(xué)生自主實驗前,我們常常需要簡要地介紹實驗的操作規(guī)范和操作方法.本實驗所需要用到的主要儀器是天平,首先調(diào)節(jié)好天平,才能進行液體或固體密度的測量,天平調(diào)節(jié)的細(xì)節(jié)體現(xiàn)了學(xué)生對實驗操作的規(guī)范程度.對于剛?cè)雽W(xué)的大學(xué)生而言,中學(xué)階段大部分學(xué)生較少甚至沒有接觸過較為精密的物理天平,如何正確使用物理天平成為大學(xué)新生較為普遍的易錯點.筆者通過兩種教學(xué)方法來講解天平的使用,將學(xué)生分為對照組和實驗組,具體教學(xué)方法如下.

對照組:筆者將物理天平放置在講臺上,按正確步驟為該組學(xué)生演示天平使用.首先,調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲,讓水準(zhǔn)儀氣泡到中央;其次,調(diào)節(jié)游碼,使得游碼到零刻度;再次,調(diào)節(jié)物理天平的平衡螺母,讓天平的指針豎直向下;演示完畢之后,課堂繼續(xù)進行,對有關(guān)測量密度的原理進行講解.

實驗組:同樣,筆者將物理天平放置在講臺上,但演示步驟與對照組學(xué)生不同.首先,調(diào)節(jié)物理天平的平衡螺母,讓天平的指針豎直向下;其次,調(diào)節(jié)游碼,使得游碼到零刻度;再次,調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲,讓水準(zhǔn)儀氣泡到中央;最后,口頭告訴學(xué)生該操作步驟有誤,正確步驟應(yīng)該是反過來的;之后,課堂繼續(xù)進行,對有關(guān)測量密度的原理進行講解.

兩種教學(xué)方法簡要對比如表2所示.

表2　兩種教學(xué)方法概況

實驗全部結(jié)束后，當(dāng)堂對這兩個組的學(xué)生進行測試及問卷調(diào)查.

5應(yīng)用SPSS軟件進行實證研究

5.1實驗組與對照組學(xué)生知識掌握的自我認(rèn)同的對比

本文通過命制問題,當(dāng)堂測試,“關(guān)于天平使用的注意方面,您覺得自己得到了收獲嗎?”設(shè)置4個不同的選項,獲得如圖1和圖2所示結(jié)果.

圖1　按步驟演示法

圖2　錯誤演示法

利用SPSS軟件,將選項中的“非常同意”、“比較同意”、“不同意”、“非常不同意”4種不同程度依次設(shè)置為“4”、“3”、“2”、“1”,其中,組別1為對照組,組別2為實驗組，錄入數(shù)據(jù)如表3.此類情況多采用秩和檢驗，即利用非參數(shù)檢驗,這里采用的是兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗,繼續(xù)對兩個樣本進行Mann-Whitney U檢驗,即判別兩個獨立樣本所屬的總體均值是否相同[6],分析如表4和表5所示.

表3錄入數(shù)據(jù)

表4　 秩

類別N秩均值秩和程度16551.653357.0025772.744146.00總數(shù)122

表5　檢驗統(tǒng)計量 a

a.分組變量：類別

其中,在表4中,組1為對照組,組2為實驗組,對照組的平均秩次為51.65,實驗組的平均秩次為72.74,從表5中可以看出,Z值為-3.789,相伴概率為0.0,明顯小于顯著水平0.05,可以認(rèn)為應(yīng)該拒絕零假設(shè),認(rèn)為兩組之間的均值存在顯著差異.這說明錯誤演示法對學(xué)生的知識情感的認(rèn)可程度產(chǎn)生了影響,兩種教學(xué)方法之間是有顯著性差異的.

綜上數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，在錯誤演示法講授天平使用時，對比傳統(tǒng)教學(xué)，更能提高學(xué)生對知識掌握的自我認(rèn)同感,一定程度上提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)的情感.

5.2實驗組與對照組學(xué)生知識點掌握的對比

關(guān)于學(xué)生知識點掌握的情況,為了避免設(shè)置無關(guān)題目降低對該研究的可靠性,針對性地就天平使用的操作步驟這個最相關(guān)的知識點,命制了有關(guān)操作步驟的測試題目,探索兩組學(xué)生通過兩種不同的方法教學(xué)后，對這個知識點的重視情況及掌握的程度,進行了當(dāng)堂問卷測試，“在天平調(diào)節(jié)時,應(yīng)最先調(diào)節(jié)哪個呢?”設(shè)置4個不同的選項,獲得圖3和圖4所示結(jié)果.

圖3　按步驟演示法

圖4　錯誤演示法

同樣,利用SPSS軟件,將本題選項中的正確答案設(shè)置為“1”,其他3個錯誤答案均設(shè)置為“0”,其中,組別1為對照組,組別2為實驗組,錄入數(shù)據(jù)如表6.利用非參數(shù)檢驗,這里繼續(xù)采用的是兩獨立樣本的非參數(shù)檢驗,對兩個樣本進行Mann-WhitneyU檢驗,即判別兩個獨立樣本所屬的總體均值是否相同[6],分析如表7和表8所示.

表6錄入數(shù)據(jù)

表7　秩

組別N秩均值秩和選擇16555.663618.0025667.203763.00總數(shù)121

表8　檢驗統(tǒng)計量 a

a.分組變量：類別

同樣的,在表7中,組1為對照組,組2為實驗組,對照組的平均秩次為55.66,實驗組的平均秩次為67.20,從表8中可以看出,Z值為-2.317,相伴概率為0.021,小于顯著水平0.05,可以認(rèn)為應(yīng)該拒絕零假設(shè),認(rèn)為兩組之間的均值存在顯著差異.

綜上數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，在錯誤演示法講授天平使用時，對比傳統(tǒng)教學(xué)，更能提高學(xué)生對實驗操作步驟的記憶及對知識點的掌握,能較為有效地突出實驗的重點,并引起學(xué)生的注意.

5.3實驗組與對照組學(xué)生對實驗整體印象的對比

為了能夠進一步分析學(xué)生對實驗整體印象的情況,筆者還設(shè)置了一道開放題，“本實驗,您覺得天平調(diào)節(jié)應(yīng)該注意哪些方面？” 通過統(tǒng)計得到如表9所示結(jié)果.

從表中可以明顯看出,雖然錯誤演示法的被測人數(shù)略小于傳統(tǒng)演示法,但涉及天平水平的答案卻超出傳統(tǒng)演示法,在錯誤演示法中回答天平水平的人數(shù)占59.6%，大于傳統(tǒng)演示法的36.9%,也進一步補充驗證了上述研究結(jié)果.將難點采用錯誤演示法教學(xué)時,學(xué)生的印象會深刻,能更好地把重點內(nèi)容作為重點來記憶.

表9　兩種教學(xué)方法下實驗印象的對比

6結(jié)論

本文通過錯誤演示法在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索,以普通物理實驗課中“密度的測量”里的物理天平使用為例,對比傳統(tǒng)的按照操作步驟的講授方法,差異較為明顯,教學(xué)效果有一定的優(yōu)越性,主要體現(xiàn)在:

(1)在錯誤演示法講授天平使用時，對比按步驟教學(xué)，更能提高學(xué)生對知識掌握的自我認(rèn)同感,在一定程度上有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)情感.

(2)在錯誤演示法講授天平使用時，更能提高學(xué)生對實驗操作步驟的記憶,能更好地增強學(xué)生的印象,也能有效地突出實驗的重點,并引起學(xué)生的注意,幫助學(xué)生對該知識點的吸收.

(3)為大學(xué)物理實驗的教授提供新的思路,也豐富了物理實驗的講授形式,為物理實驗的教學(xué)方法提供了探索空間.

當(dāng)然,要運用好錯誤演示法,筆者發(fā)現(xiàn),也應(yīng)注意以下幾個方面:

(1)首先要求教師對實驗的正確步驟和用法要熟記于心,錯誤演示后,要對錯誤的演示及時進行糾正,這樣才能使得學(xué)生的錯誤概念發(fā)生轉(zhuǎn)變.

(2)運用錯誤演示法設(shè)計教學(xué)時,應(yīng)恰如其分地重視大多數(shù)學(xué)生錯誤,了解大多數(shù)學(xué)生普遍出現(xiàn)的問題.

(3)目的要明確，應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容的難點和容易出現(xiàn)錯誤的地方進行錯誤演示教學(xué),而不是整堂課的講授都進行錯誤演示,否則整個實驗的講授會有邏輯混亂的感覺[7].

參 考 文 獻

1劉玉麗.錯誤后沖突和執(zhí)行控制對錯誤后反應(yīng)的影響：[學(xué)位論文].杭州：浙江大學(xué),2009.11

2齊萍.利用學(xué)生“認(rèn)知沖突”激活數(shù)學(xué)課堂教學(xué).當(dāng)代教育科學(xué),2009(08)

3馬春燕.科學(xué)教育中學(xué)生錯誤概念的成因探析.現(xiàn)代企業(yè)教育,2008(04)

4趙國敏.“離子反應(yīng)”學(xué)習(xí)中錯誤概念的轉(zhuǎn)變策略.教學(xué)月刊(中學(xué)版),2011(07)

5華利平,金新英.嘗試錯誤法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探討.教學(xué)月刊(中學(xué)版),2008(11)

6宋志剛,謝蕾蕾,何旭洪.SPSS 16實用教程.北京:人民郵電出版社,2008.10

7石曉東.錯誤演示法在大學(xué)體育教學(xué)中的應(yīng)用.湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報,2008(02)

A Preliminary Study on the Application of the Mistake-

Demonstration Method in University Physics Experimental Teaching

——the Use of Physical Balance as an Example

Li ZeqinWang Xiaojun

(Shouth China Normal University,Guangzhou,Guangdong510006)

Abstract:Based on students′ common problems in college physics experimental, this paper try to use the new teaching method, namely the mistake-demonstration method.In contrast with the traditional teaching method, students has been improved in the knowledge of the self identity and the mastery of knowledge.The new method has the palpable superiority.So it provides new methods and ideas in teaching.

Key words: college physics experiments;mistake-demonstration; teaching method; exploration