普通物理實驗分層教學模式的探究與實踐

陳宇環 李成金

摘 要：文章根據學生認知發展規律，結合獨立院校理工科應用型人才培養的實踐能力要求和普通物理實驗教學的現狀，提出了普通物理實驗分層教學模式。以期通過實施分層教學有效地增強學生的實驗素質，培養學生的綜合能力，為優化普通物理實驗教學提供參考意見。

關鍵詞：普通物理實驗;分層教學;分層教學實踐

普通物理實驗是理工科學生進入大學后接觸到的一門基礎必修課，它是集動手、觀察、分析與判斷、演繹與歸納、推理、文字表達等一系列基礎能力訓練為一體的綜合性課程，是相關細分專業實驗的基礎，也是培養學生科學實驗素質的重要載體。

普通物理實驗教學應當著力培養學生的實驗能力和創新能力。為此，依據獨立學院理工科應用型人才培養目標中的實踐能力要求和獨立學院物理實驗中心的實際情況，在構建普通物理實驗分層教學模式方面做出以下探索。

一、普通物理實驗分層教學模式的構建

在普通物理實驗課程中，學生的知識基礎不同，如果按照同樣的教學計劃、教學內容和要求進行教學，基礎較好的學生能夠輕易完成，缺乏挑戰性和積極性;基礎薄弱的學生簡單模仿教師操作、機械記錄數據，實驗能力無法得到提升。若不考慮學生物理實驗能力的差異性，忽視學生對教學內容、教學方法的不同需求，只強調教學的統一性，勢必會阻礙基礎好的學生的發展，也會使得基礎薄弱的學生學習起來更加困難。因此，普通物理實驗的因材施教、分層教學勢在必行。

（一）教學對象的能力分層

為了更好地實施分層次、分階段的物理實驗教學，實施實驗課的分層教學，教師可以依據學生在“物理實驗能力測試卷”中表現出來的實驗思維和主觀能動性，將學生的實驗能力進行隱形分層，分為基礎層和提高層。

基礎層的學生所需完成實驗的最低要求為教學大綱中的規定，旨在提升學生基本實驗素質。提高層的學生在完成教學大綱要求的基礎上，教師會根據實驗題目增加綜合性較強的內容，提出更高的要求，進一步催化學生發展自身潛能。實施動態管理，不同能力層次的學生之間可以互通，利于學生之間的交流和良性競爭，實現共同進步。

（二）教學內容的分層

依據不同實驗教學目的和學生認知發展規律，可以將普通物理實驗內容劃分為基礎性實驗、綜合性實驗兩個層次?？紤]“最近發展區”理論，從低到高、分階段地培養學生的物理實驗能力，從基本能力訓練到綜合能力培養，全面發展學生的實驗能力。

在基礎性實驗中設置必做實驗和補充實驗，以滿足多層次學生的學習需求。必做實驗是教學大綱規定所有學生所需完成的教學內容;補充實驗是針對實驗題目進行補充和拓展，如在三線擺測量物體轉動慣量實驗中拓展利用扭擺測量金屬絲的扭轉系數、在電勢差計的使用實驗中補充用電勢差計校正電壓表等實驗內容。提高層學生不僅需要完成必做實驗內容，還需完成補充實驗內容。

基礎性實驗的教學內容為預備性實驗和基礎性實驗。這個階段學生主要進行基本實驗理論的學習，力、熱、光、電學基本實驗儀器的使用，基本物理量的測量，實驗數據的處理，實驗報告的書寫和誤差分析，如長度的測量、模擬法測繪靜電場、金屬線脹系數的測定等實驗。此階段主要是培養學生的科學實驗素質和學習興趣，提高基礎實驗技能，夯實實驗基礎，為下一個階段的實驗學習做充分準備。

綜合性實驗是實驗原理涉及多領域、實驗難度大為提高和實驗方法更加復雜的實驗，從力、熱、光、電學經典實驗逐步過渡到近代物理實驗，如牛頓環、邁克耳遜干涉儀、光電效應等實驗。此階段拓展了實驗的深度和廣度，體現了學科交叉性，需要學生具備良好的實驗分析能力，目的在于培養學生的獨立思考能力和綜合實驗素質。

（三）教學方法的分層

我國現行的普通物理實驗教學模式主要是以教師為主導。教師在實驗課堂開始時講授實驗目的、實驗原理、實驗步驟、儀器的使用方法以及注意事項;在講授的過程中為學生示范實驗操作，學生模仿教師操作，測量基本物理量、完成實驗。傳統的講授法注重知識的傳授，忽略了對學生設計實驗方案、分析問題的能力的培養，難以滿足培養目標中的實踐能力和探究能力要求。

在分層教學模式下，各層次教學中的能力培養側重點不同，教師在指導學生實驗時采用的教學方法也應有所調整。

基礎性實驗注重培養學生的基本實驗素質。教學方法以傳統的教師邊講授邊示范為基本方法，加上口頭提問的方式，完成對學生基本實驗技能的訓練，包括原始實驗數據的記錄、數據處理及誤差分析、實驗報告的書寫等，為學生進一步學習打下實驗理論基礎。為了配合實驗教學，利用微信公眾號平臺事先發布實驗課程的微課視頻，讓學生進行課前預習，縮短教師實驗課講授時間，增加學生實驗操作時間，讓學生帶著問題進行實驗，更好地理解和完成實驗內容。

綜合性實驗注重培養學生的綜合實驗能力。教學方法以啟發式為主，如學生的自主式學習和小組合作學習，讓學生主動獲取知識，用所學知識分析、解決問題。教師擔任引導者，從講授式教學變為討論式教學，鼓勵小組合作完成實驗，促進學生主動學習，引導學生掌握科學的實驗探究方法。

二、普通物理實驗分層教學模式的實踐

（一）實驗能力的測試與分層

1.實驗能力前測試卷的設計

對本次調查研究數據采用SPSS 23.0進行分析。物理實驗能力前測試卷分為兩個部分：實驗能力問卷調查和實驗能力測試卷。

實驗能力問卷調查從實驗興趣、實驗習慣、問題解決能力三個維度設置了10道封閉式單項選擇題。采用李克特5點量表計分，選項為“完全不同意”“比較不同意”“不一定”“比較同意”“完全同意”，分別賦值0、1、2、3、4、5分，得分越高表示學生對物理實驗越有興趣、實驗習慣越好、問題解決能力越強。筆者從實驗必備品格、實驗知識結構、操作技能、數據處理能力和設計能力五個維度著手，編制了實驗能力測試卷。物理實驗能力測試卷設計了14道單項選擇題、2道實驗設計題，試卷總分值為100分。

設計前測試卷的目的在于了解學生對物理實驗的興趣、實驗習慣和實驗能力水平，并將其作為學生物理實驗能力的分層依據。樣本情況如表1：

共發出學生問卷227份，回收有效問卷220份。

2.實驗能力的前測與分層

本次調查和實踐以蘇州大學文正學院四個理工科班級的學生為樣本，將其中兩個班級的學生設置為實驗組，另外兩個班級的學生設置為對照組。為了解兩組學生在進行動手實踐前的實驗能力水平是否存在差異，對兩組學生實驗能力前測試卷得分情況進行獨立樣本t檢驗，結果顯示實驗組和對照組班級學生的得分顯著性水平P=0.095>0.05，不存在顯著差異，即在入學時四個班級學生的認知能力和實驗能力水平處于同一層次，可以作為對照班級開展教學實驗。

綜合學生問卷、實驗能力測試卷的得分情況，將學生的實驗能力水平分為兩個層次：得分較高的一半為提高層，另一半為基礎層。

3.調查結果與分析

為了解學生物理實驗能力在性別上是否存在差異，先對男女生前測試卷的得分情況進行描述性統計。

由圖1可知，男女生在物理實驗能力前測試卷上得分相當，差距不大。為探究男女生各個維度實驗能力是否存在顯著差異，對男女生能力成分及測試卷成績進行獨立樣本t檢驗。

在本次測試樣本中，男生和女生調查問卷得分情況滿足獨立大樣本條件，對兩組數據平均值進行差異的顯著性檢驗需先進行方差齊性檢驗來考察兩個總體方差是否相等。選取性別為分組變量，得到表2、表3：

利用F分布對方差進行齊性檢驗，虛無假設為方差齊性，備擇假設為方差非齊性。令本次測試男生成績的平均值為，女生成績的平均值為。

提出假設：

采取雙側檢驗，在實踐意愿能力成分得分上|t|=3.280>1.96=t0.05，顯著性水平P=0.001<0.05，拒絕虛無假設H0接受備擇假設H1。故有結論：在0.05 顯著水平上，男女生在動手實踐得分平均值上存在顯著差異。在其他能力成分及測試卷得分上無明顯差異。

調查結果表明，男生動手組裝、改造器械的實踐意愿明顯高于女生，男女生在實驗能力水平方面沒有明顯區別。實踐意愿產生差異的原因有男女生的性格特征和思維品質異質：男生偏向于抽象思維，動手能力較強;女生偏向于形象思維，數據記錄較為準確。

為了解理工科學生開展普通物理實驗課程之前的物理實驗能力現狀，對學生問卷各能力維度和物理實驗能力前測試卷的得分進行統計，得到表4：

其中，實驗興趣成分得分為3.91，實驗習慣成分得分為3.82，問題解決能力成分得分為3.34，前測試卷平均分為61.03。由此可見，理工科學生對物理實驗的興趣較高，實驗習慣較好，但解決實際問題的能力有所欠缺，這可能是由高考對“會做實驗題目”的要求高于“會做實驗”造成的，學生在中學自己做物理實驗的機會較少，習慣于在紙上做題，將物理實驗課當作了理論課的輔助內容，對物理實驗沒有深入理解。

（二）分層教學實踐

筆者依據構建的普通物理實驗分層教學模式，在獨立學院進行了教學實踐。在實驗組班級中實施普通物理實驗分層教學模式，學期開始前，根據該學期所需完成的實驗題目，設置必做內容和補充內容。根據前測結果將學生實驗能力水平分為提高層與基礎層，即每個班級中實驗能力水平位于提高層的學生為A組，基礎層的學生為B組，分組完成后制作實驗輪換表，每次實驗課開始前，教師根據該能力層次學生所需完成的實驗內容準備實驗器材。

學生課前預習發布于微信公眾平臺的實驗微課視頻，進入實驗室后向教師進行實驗預習的口頭匯報或遞交實驗預習報告，教師判定合格后方可進行實驗。在實驗內容完成后，學生需向教師進行口頭報告，教師將學生實驗過程中的操作和口頭報告情況計入實驗操作成績，實驗報告撰寫和課后題完成情況計入實驗報告成績。在對照組班級中，應用傳統教學模式進行對比。

三、分層教學的實踐結果與分析

（一）實施兩種教學模式的班級差異分析

經過一個學期的教學實驗，對學生的平時成績、實驗報告、操作考試成績和實驗考試成績加權平均得到實驗總評成績。兩組學生的總評成績得分情況如表5、表6：

對比實驗組與對照組學生的總評成績發現，實施分層教學的班級學生平均分為83.99，高于實施傳統教學的班級學生的77.50。對兩組學生總評成績進行獨立樣本t檢驗，發現顯著性水平P<0.05，兩組學生總評成績存在顯著差異。結果表明，考慮學生認知能力水平和實驗能力水平的差異性，實施普通物理實驗教學分層模式于教學實踐中，教學效果更突出，學生的實驗能力提升更快。

（二）實施兩種教學模式的不同能力層次學生差異分析

在普通物理實驗課程學習前，學生實驗能力水平存在差異;經過兩種不同的教學模式實踐后，兩個能力層次的學生的實驗總評成績平均得分如圖2：

實驗能力水平層次為提高層的學生，接受分層教學后實驗總評成績平均得分為87.63，明顯高于同層次接受傳統教學學生的79.13;基礎層的學生接受分層教學后實驗總評成績平均得分也高于同層次接受傳統教學的學生。實施分層教學模式后，拓展的教學內容使提高層學生的實驗能力得到較好的發揮和提高;分層教學激發了學生對普通物理實驗課的學習主動性，在實驗過程中以更高的標準進行自我要求，基礎層與提高層學生層間因動態管理形成良性競爭，促進了學生實驗能力的整體提升。

普通物理實驗教學對學生實驗能力的培養起著重要作用，實施分層教學既考慮了學生的個體差異，提高了基礎薄弱學生的整體實驗能力，讓實驗能力較強的學生最大限度地開發潛能;又考慮了學生的接受能力，實驗內容和難度的逐漸加深激發了學生的積極性，體現了因材施教和最近發展區原則。采用多元化的教學方法，融合多種輔助教學工具，進一步優化和整合現有的教學資源，讓學生在逐層學習中開發自身能力。

參考文獻：

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