大學(xué)物理設(shè)計性實驗“項目-反思”式教學(xué)模式的構(gòu)建

吳 肖，吳福根，朱道云

(廣東工業(yè)大學(xué) 實驗教學(xué)部，廣東 廣州 510006)

設(shè)計性物理實驗是介于基本教學(xué)實驗和科學(xué)研究之間的、較高層次的、類科研的物理實驗訓(xùn)練,要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，針對某一實驗題目或?qū)嶒炓螅殚営嘘P(guān)資料，提出實驗原理，根據(jù)科學(xué)設(shè)計的原則確定最優(yōu)實驗方案，包括確定測量條件、制定實驗方法和步驟、觀察實驗現(xiàn)象和記錄數(shù)據(jù),研究實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，并著重對實驗結(jié)果進行分析和研究，直至完成實驗[1]. 對于學(xué)生而言，做了1～2個學(xué)期的基礎(chǔ)性實驗后，轉(zhuǎn)入設(shè)計性實驗會非常興奮和投入. 設(shè)計性實驗?zāi)軌虼_保學(xué)生旺盛的求知欲和強烈的好奇心，但對于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力要求較高，相對于基礎(chǔ)性實驗，設(shè)計性實驗中的問題解決更為復(fù)雜. 設(shè)計性實驗因給予了學(xué)生較大的學(xué)習(xí)空間，充分體現(xiàn)學(xué)生的自主設(shè)計、自主實施、自主分析和總結(jié)的能力，學(xué)生通過解決實驗過程中不斷出現(xiàn)的新情況和新問題，提升自身的動手能力和激發(fā)自身的創(chuàng)造力. 在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計性物理實驗難以掌控和管理，如果沒有做好設(shè)計性實驗的教學(xué)指導(dǎo)與管理工作，學(xué)生實驗中常常出現(xiàn)虎頭蛇尾的情況.

1 “項目-反思”式教學(xué)模式的構(gòu)建

“項目”一詞，本身來源于管理學(xué)科，指在一定的約束條件下(主要是限定時間、限定資源)，具有明確目標(biāo)的一次任務(wù)，項目側(cè)重于過程[2]. 設(shè)計性實驗項目，其過程應(yīng)由學(xué)生獨立自主完成，學(xué)生是項目里的成員;作為教師，其教學(xué)實際上是對項目的管理、指導(dǎo)、監(jiān)控與評價. “項目-反思”式教學(xué)模式主張將項目管理的思想運用于設(shè)計性實驗中. 設(shè)計性實驗一般從實驗的設(shè)計到完成歷時較長，具有較大的挑戰(zhàn)性，項目管理思想的運用可以確保實驗的順利開展，保證整個實驗歷程的完整性.

在設(shè)計性實驗中強調(diào)反思，主要是因為設(shè)計性實驗的學(xué)習(xí)是高元認知能力的學(xué)習(xí)[3]. 反思是指個體積極監(jiān)控、評價和修正自身思維的過程[4]. 設(shè)計性實驗的反思，是學(xué)生對自我和設(shè)計及實施過程以及結(jié)果進行監(jiān)控、判斷和改善的思維活動. 為了能夠達到實驗設(shè)計與實施的最優(yōu)化，學(xué)生需要考慮實驗儀器的選擇是否合適，判斷實驗方案的制定是否合理，監(jiān)控自己的實驗操作，調(diào)控自己的注意力，調(diào)整自己的心態(tài)，評價實驗策略，改變實驗方案，調(diào)節(jié)實驗進程，對實驗結(jié)果進行評價，這些都需要學(xué)生進行自我反思. 自我反思有效地促進了設(shè)計性實驗成功的進程，兩者相互聯(lián)系、密不可分.

將大學(xué)物理設(shè)計性實驗看成項目來實施，充分體現(xiàn)了實驗作為實踐型課程的課程設(shè)計思想. 實踐類課程一般以“計劃”(Plan)、“探究”(Explore)、“表達”(Express)的PEE活動構(gòu)成[5]. 結(jié)合這一課程設(shè)計思想，考慮到學(xué)生自主學(xué)習(xí)的特點，提出了大學(xué)物理設(shè)計性實驗“項目-反思”式教學(xué)模式.

圖1是大學(xué)物理設(shè)計性實驗“項目-反思”式教學(xué)模式的框架圖，學(xué)生依托開放式的實驗環(huán)境，進行實驗項目，完成實驗的探究、表達與交流；教師依托交流/管理平臺對實驗項目進行管理指導(dǎo)，在實驗前提出評價標(biāo)準，在實驗設(shè)計后進行可行性評估，在實驗實施時進行質(zhì)量把關(guān)，實驗后組織交流并對學(xué)生評價. 教師依據(jù)項目的流程以及學(xué)生需要思考之處編制出反思工具，使學(xué)生對實驗進程進行反思監(jiān)控，進而做出調(diào)整.

圖1 “項目-反思”式教學(xué)模式框圖

2 “項目-反思”式教學(xué)模式的環(huán)節(jié)

2.1 學(xué)生項目進行的3個環(huán)節(jié)

將實踐類課程的“計劃”、“探究”和“表達”的PEE活動構(gòu)成作為“項目-反思”式教學(xué)模式的3個主要環(huán)節(jié).

環(huán)節(jié)1：計劃，包括明確研究問題、設(shè)計實驗和形成具體計劃. 明確研究問題主要是對實驗的目的進行分析；設(shè)計實驗即對實驗方法進行最優(yōu)化設(shè)計及可行性分析、選擇實驗儀器和設(shè)計實驗記錄表格. 具體的計劃即將項目分成幾個可執(zhí)行的任務(wù)，并設(shè)計出實驗的實施步驟，預(yù)測實驗中可能存在的問題，制定實驗進度計劃表，考慮人員的分配及相互之間的溝通方式.

環(huán)節(jié)2：探究，是指深入探討，反復(fù)研究. 從最原始的含義上講，探究就是尋找所需的信息，尋找目標(biāo)物體，尋找對某種現(xiàn)象或?qū)δ骋灰蓡柕慕忉專瑢ふ医鉀Q問題的答案，尋求符合要求的設(shè)計[6]. 探究的實施階段，是對計劃的具體執(zhí)行，即通過觀察與實驗，獲取事實與證據(jù)或形成具體的成果，包括對突發(fā)問題的解決、誤差(風(fēng)險、成本)的控制、實驗數(shù)據(jù)的記錄，分析論證、得出結(jié)論.

環(huán)節(jié)3：表達，通過表達，展示學(xué)生的實驗過程，并使學(xué)生的思維可視化，同時形成對實驗的自我評估與總結(jié). 設(shè)計性實驗教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)是實驗匯報和撰寫相應(yīng)的實驗論文，通過這一環(huán)節(jié)滿足了學(xué)生自我表現(xiàn)和自我實現(xiàn)的需要，也促進學(xué)生對實驗整體的評價、反思與改進.

2.2 教師教學(xué)指導(dǎo)的4個環(huán)節(jié)

設(shè)計性實驗應(yīng)該給予學(xué)生充分的自主權(quán)，以及較大的自由度，為了防止較大的自由度使學(xué)生變得盲目、松散和缺乏自我監(jiān)管，在項目管理的基礎(chǔ)之上，教師針對實驗的進程進行適度地介入是非常必要的.

環(huán)節(jié)1：實驗設(shè)計前的介入，組織探究，明確評價標(biāo)準. 教師在與學(xué)生確定設(shè)計性實驗項目后，需要給出明確的項目要求以及評價標(biāo)準. 全面科學(xué)的評價指標(biāo)可以使學(xué)生明確設(shè)計性實驗的具體要求，從而在實驗過程中進行有效地反思和改進. 如向?qū)W生提出“設(shè)計的創(chuàng)新性、研究的全面性、結(jié)果的精確性、裝置的性價比”等評價指標(biāo)及權(quán)重，學(xué)生實驗時不盲目. 由于評價指標(biāo)很重要，實驗中最好以紙質(zhì)形式發(fā)放，以免學(xué)生遺忘. 明確的要求和評價標(biāo)準也有助于學(xué)生在進行實驗項目需求分析時做到有的放矢.

環(huán)節(jié)2：實驗設(shè)計后的介入，探究計劃的可行性評估. 實驗的可行性受到多種因素的影響，實驗的可行性需對理論的可行性、實驗方法的可行性和實驗條件的可行性進行評估. 教師此時的把關(guān)是非常重要的，可以防止學(xué)生盲目地進行實驗.

環(huán)節(jié)3：實驗實施中的介入，研究質(zhì)量的把關(guān). 基于項目的實驗實施其中一個理念是將實驗計劃進行分解，小組制定好項目計劃，并且具體到某一時間段要完成某一項任務(wù). 在這段任務(wù)實施的前半段，教師先不過多地介入指導(dǎo)，也許實施之初最難，卻是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的最佳時期，小組成員間的思維碰撞也是最激烈的，當(dāng)學(xué)生遇到問題能夠嘗試自行成功解決時，他們獲得的成就感也就越強烈，在后面的學(xué)習(xí)中就更有動力去自己克服種種困難. 教師過早地介入幫學(xué)生解決了太多的問題，學(xué)生的依賴就會增加. 教師可以在任務(wù)實施的后半段開始介入，按任務(wù)要求了解學(xué)生完成情況，如果進度過慢，應(yīng)加以督促；了解學(xué)生在實驗中遇到的問題及解決情況，如果解決難度過大，可以和學(xué)生一起討論解決.

環(huán)節(jié)4：實驗實施后的介入，組織匯報交流和評價. 在開展設(shè)計性實驗時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對實驗的過程非常重視，但是一旦完成實驗，獲得結(jié)果后很少對實驗進行自我評價，通過匯報交流進行自我評價和互相評價，將好處、不好之處呈現(xiàn)在教師和學(xué)生的分析之下，并且可以學(xué)習(xí)同伴的經(jīng)驗和長處，通過評價促進更深入地思考與學(xué)習(xí).

3 “項目-反思”式教學(xué)模式的實踐

利用反思工具促進學(xué)生積極的反思是“項目-反思”式教學(xué)模式的最大特點. 通過促進學(xué)生積極的反思，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力中的元認知監(jiān)控能力，以及積極的自主學(xué)習(xí)態(tài)度. 所謂反思工具，是指支持學(xué)生實施反思過程的思維輔助手段、方式或方法[7]. 反思工具可以起到2方面的作用：一是作為幫助學(xué)生實現(xiàn)自己與自己的交流，將學(xué)生的內(nèi)隱知識和思維顯性化；二是可以作為引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計與實施的思維操作的輔助手段，通過恰當(dāng)?shù)奶崾净蛞龑?dǎo)，可以幫助學(xué)生實現(xiàn)設(shè)計與實施過程中思維的集中性、連續(xù)性和完整性. 因此，反思工具對于學(xué)生設(shè)計實驗來說，是一種有益的支架. 除此之外，反思工具也可以成為教師對學(xué)生表現(xiàn)性評價的依據(jù)[8].

為了促進學(xué)生反思，采用了多種反思記錄工具，例如：

1)基于問題的工作單式的結(jié)構(gòu)化反思記錄工具[8]. 在實驗進行的不同階段，通過一些問題讓學(xué)生進行思考，可以有效地促進學(xué)生對元認知策略的掌握，幫助學(xué)生內(nèi)化到關(guān)于設(shè)計性實驗項目中的4個主要問題：實驗?zāi)繕?biāo)是什么？現(xiàn)在進展如何？接下來該如何進行？完成得怎么樣？著名教育評估專家Earl這樣寫道:學(xué)生，當(dāng)其成為積極的、主動參與的、具有批判性思維的評價者時，他就可以理解信息，將其與先前所學(xué)聯(lián)系起來，并掌握其中的技巧，這是元認知的調(diào)節(jié)過程. 其實很多時候?qū)W生只要意識到問題的關(guān)鍵所在，就會去想辦法轉(zhuǎn)變和解決.

2)基于微信企業(yè)號的網(wǎng)絡(luò)日志式的反思記錄工具[9]，學(xué)生通過自我記錄的形式，如文本、錄音、錄像等形式記錄實驗的進程和完成項目的經(jīng)歷，記錄對實驗的所思所想和一些感受. 反思記錄工具(圖2)為學(xué)生提供展示自己、解剖自己的機會. 教師即時通過手機進行評價并與之交流，即時幫助學(xué)生改進學(xué)習(xí)方法和態(tài)度，提高自主學(xué)習(xí)能力.

圖2 基于微信企業(yè)號的反思記錄工具

通過以上反思工具的使用發(fā)現(xiàn)，反思工具可以有效地促進學(xué)生對自我的正確評價，促進學(xué)生與學(xué)生以及教師之間經(jīng)常性的協(xié)作學(xué)習(xí)，反思促進交流，學(xué)生的進步與成長是巨大的.

4 結(jié)束語

依據(jù)實踐課程的設(shè)計思想，在大學(xué)物理設(shè)計性實驗中提出了“項目-反思”式學(xué)習(xí)模式，形成了設(shè)計性實驗的“計劃、探究、表達”的PEE活動環(huán)節(jié)，教師在實驗項目教學(xué)上分階段適度地介入，賦予學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)責(zé)任感而又不至于盲目行動. 針對設(shè)計性實驗對元認知能力要求較高，提出利用反思記錄工具促進學(xué)生對自我的正確評價的方式，通過開放式、協(xié)作式的學(xué)習(xí)促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí).