基于3C3R模型的大學物理實驗教學設計

孫艷　高源　于丹

摘 要 滿足教學要求，針對目前實驗課教學現狀提出將PBL模式應用于實驗課堂教學，進一步分析實驗教學采用此模式的可行性，并應用3C3R模型解決實驗課教學設計的有效性問題，從而促進教學方式變革。

關鍵詞 實驗課程 教學模式 3C3R

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.058

Teaching Design of College Physics Experiment Based on 3C3R Model

SUN Yan， GAO Yuan， YU Dan

（Basic Aviation College， Air Force Aviation University， Changchun， Jilin 130022）

Abstract In order to meet the requirements， this paper proposes to apply PBL model to experiment teaching according to the current teaching situation， analyzes the feasibility of adopting this model in experiment teaching， and applies 3C3R model to solve the effectiveness of experiment teaching design， so as to promote the reform of teaching methods.

Keywords experiment course; teaching model; 3C3R

大學物理實驗課程是高等院校開設的一門自然科學類必修基礎課，是學生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，在培養學生嚴謹的科學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際、適應科學發展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。

1 轉變實驗課堂教學模式的必要性

大學物理實驗課程地位、作用重要，但實際教學中在課程目標的實現、對學生綜合實踐能力培養上沒有達到預期效果。教師要重新思考教學，樹立以學為中心的目標導向，要轉變以往的“講授+操作”的做法，引入新的教學模式。實驗課堂要實現兩個轉變，一要教學中加入豐富的、具有挑戰性的內容，使課堂時間得以充分利用;二要改變課堂教學設計和組織，教學目標由短期向遠景目標轉變，學習任務由知識學習向基于問題或項目的學習轉變，培養自主學習和探究習慣，幫助學生進行自我知識構建，從而實現能力培養。[1]

2 基于PBL的實驗教學的可行性

2.1 模式的提出

PBL（Problem-Based Learning）稱為基于問題的學習，提倡以教師為主導，學習內容與問題情境有機融合，提高學生自主學習能力以及分析與解決問題能力，讓學生學會學習，建立高層次思維。[2]PBL是一種與建構主義學習理論及教學原則非常吻合的教學模式，在培養學生的綜合素質方面有很大優勢。[3]這種模式提出后被廣泛應用于醫學教學、物理、化學、計算機等課程教學。[4-8]為適應實際教學需求，開展具有實驗教學特色的教學改革，本文提出將PBL教學法應用于物理實驗教學。

2.2 實驗教學應用PBL的可行性

在實驗課程中，可以認為每次教學的任務是要集中解決一個核心“問題”，例如牛頓環實驗為解決透鏡曲率半徑測量問題、光電效應實驗為解決普朗克常數測量問題等等。為了解決這個核心“問題”，就以這個“問題”為出發點按照流程可在不同環節上設置若干子問題，設計學生參與討論或自主探究解決。

3 3C3R模型設計課堂的問題

教師在問題設置上要考慮以下幾點：第一，待解決的問題要結合學生的興趣和生活實際，考慮到與學生學科專業和未來職業發展的緊密聯系。第二，設置的問題必須是驅動性問題，對學生有激發作用，要求每個問題要有實現的目標、給定的信息和一定程度的障礙。第三，設置問題障礙的程度時，要分析學生理論知識和實驗能力，考慮學生的最近發展區。第四，要對問題層次有明確的規劃。問題的屬性可按布魯姆目標分類法根據要實現的目標設計不同層次的問題，將問題分成記憶、理解、應用、分析、評價、創造等類別。第五，教師在設計串問題或群問題時要考慮問題之間的結構，可依據不同內容和目標需求進行設計。具體操作方法，可根據參考文獻中3C3R模型設計課堂的問題。[9]“3C”是這個模型的核心部分，是教學內容（Content）、問題情境（Context）和各變量關系（Connection）三個單詞的首字母。“3R”是指模型的進程部分，是研究進程（Researching）、推理進程（Reasoning）和反思進程（Reflecting）三個單詞的首字母。問題設計模型包括9步，前三步主要是對PBL教學法的前端分析，第4、5步分析選定問題，第6、7步分析問題的可行性，第8步是反思，第9步是檢驗。通過9步設計優化3C和3R六個成分，創造一個良好的學習情境。下面以《密立根油滴實驗》為例，說明套用3C3R問題設計模型進行教學設計的方法：

步驟1.設置教學目標。設置教學目標是問題設計的基礎，是教學的起點也是終點，貫穿教學過程。在這一步驟中，教師需要根據課程標準規劃教學內容，依據總體培養目標提出本次課對學生能力培養要求。從三個層面設置教學目標。（1）實驗目標：①說明密立根油滴實驗的設計思想。②通過靜態法和動態法測量，驗證電荷的不連續性，測定基本電荷值。③通過對實驗儀器的調整、油滴的測控以及實驗數據處理等，培養嚴謹的科學實驗態度。（2）問題解決技能目標：①依據理論分析，規劃實驗步驟。②經過多次嘗試，歸納總結篩選油滴實驗技巧。③通過分析數據評價實驗結果。（3）自主學習技能目標：①合理使用儀器說明書，了解儀器結構及功能。②在教師引導下完成新測量方法研究。③自覺進行實驗反思。

步驟2.分析教學任務。分析教學內容時，區分內容屬于概念、原則、程序和實事中哪一類，規劃知識過渡到教學目標的實現流程。如圖1所示密立根油滴實驗教學自下而上的流程。

圖1 教學流程

步驟3.框定問題情景的范圍。教學內容情景設定在學生熟知的知識、常接觸的日常實踐，重在引發興趣。密立根油滴實驗問題情景設計是從學生熟知的物理運動學問題構建情境。

步驟4.形成問題情境。在確定了教學目標和問題情景前提下，從學生的發展等角度考慮并選擇足夠引起學生持續的學習興趣的問題情景。油滴實驗問題情境設置是回顧一百年前湯姆遜通過對陰極射線一系列研究，發現了帶負電的電子。如何測得電子電量，選擇的什么樣的待測物，采用什么方法測量。通過提出一系列物理學問題，建立情境，引導學生逐步建立實驗測量模型。

步驟5.進行可行性分析。在該步驟中需進行細致設計，規劃情景與學習目標之間的對應關系。表1列出了油滴實驗中對應目標的問題。

步驟6.進行相關性分析。教師要考察教學設計中認知過程對問題解決和自主學習兩類技能目標的支撐性。即對問題進行歸類，看其是否與技能目標有對應關系。表2說明了油滴實驗中設計的問題與兩類目標的對應。

步驟7.進行校準分析。問題的設計不是一次成型的，要隨著教學實踐不斷深入、教師融入更多思考后不斷迭代更新。考慮設計的問題是否能激發學生持續學習的興趣，難度是否適宜，經過多次或多輪實踐后及時對問題進行校正，以適應教學實際。

步驟8.進行反思進程的設計。在實驗教學中，學生對實驗的反思和總結至關重要。一是對數據的分析。在學生測量完畢后，教師要引導學生結合實驗理論分析數據，與測量結果是否相符。二是對實驗方法、過程的反思總結。教師要考慮“問題”的設計對學生引導是否到位，學生是否通過反思找到解決方案，形成自主學習的能力和習慣。

步驟9.檢測3C3R模型各部分的內在聯系。最后，教師需要對問題中的3C和3R的內在聯系進行檢測，使問題的內容對進程具有推動性。分析教學中的“問題”是否能夠促進學生的反思，最終使 “問題”得以成型。

通過3C3R問題設計模型，可以使教師對“問題”與內容、目標聯系程度更加緊密，幫助教師重新認識并設計教學“問題”。但是這個模型步驟過多，根據實驗課程特點，做適當的調整和優化，使之更均有操作性和高效性。

4 基于3C3R模型的實驗教學設計要實現教學幾點變革

基于3C3R模型的實驗教學設計改變原實驗課“講授+操作”的模式，改教師“教”實驗變為學生“做”實驗。對教學的影響具體表現為以下三點：[10]

一是教學目標的變革：從知識技能目標到素質能力目標。教師由傳授者轉換成輔助者，學生由接受者轉換成思考者、運用者。通過基于目標的問題設置推動激發學生，給予學生較大空間可獨立思考，培養學生學會建立起理論與實際的聯系，能夠解決實際問題。

二是教學內容編排的變革：從學科知識體系到問題引導體系。在內容設計上，首先提出要解決的核心問題，并將問題進行分解、分類，最后對觀察的現象及所得的數據結合理論原理進行分析歸納總結。

三是實驗教學方式的變革：從單純教師講授到學生探究學習。在實驗課的教學中，教師預留出疑問和待解決的問題，給學生一定的自己自主研究和操作時間。在這個過程中，讓學生認識到自己是實現自身發展的第一責任人，要對自己的學習負責，形成獨立自主地解決問題的能力，這是一個循序漸進的過程。

5 結束語

3C3R問題設計模型為PBL應用于實驗教學提供了問題設計的流程和檢測方法，使教師關注教學目標的設定、教學內容安排和組織形式對教學目標的達成度，即使教學形成了閉環。3C3R問題設計模型也說明了問題的設計不是一蹴而就的，要通過教師不斷在實際教學中檢驗、不斷校正。理論支撐和教學實踐缺一不可，雙向作用才能不斷完善、更新教學設計，以達到更好的教學效果。

參考文獻

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[10] 李金環，王笑軍，王慶勇.PPBL教學模式在光學教學中的實踐探索[J].物理實驗，2015.35（8）：10-14.