大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)策略探析
——基于ARCS模型

周璐婷,朱麗麗,牟佳佳,管 越

(北華大學(xué) 理學(xué)院,吉林 吉林 132013)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為理工科專業(yè)學(xué)生的公共必修課程之一,包含力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等多板塊的基礎(chǔ)物理知識(shí),供不同專業(yè)學(xué)生縱向研學(xué)其專業(yè)課程理論知識(shí)、打好其專業(yè)實(shí)驗(yàn)課基礎(chǔ)起到承先啟后的作用[1]。同時(shí),大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中的基礎(chǔ)性、綜合性以及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋著豐富的實(shí)驗(yàn)思想及方法,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、思維能力、創(chuàng)新意識(shí)及科學(xué)態(tài)度等具有促進(jìn)作用,對(duì)培養(yǎng)符合新時(shí)代需求的人才具有重要意義,因而成為各高校課程體系建設(shè)中不可或缺的角色[2-4]。但傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的弊端也在“新工科”“工程教育專業(yè)認(rèn)證”等時(shí)代背景的迭新下不斷顯露,在面向理工科各專業(yè)學(xué)生的課程內(nèi)容選取、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及教學(xué)效果考評(píng)方面面臨新的挑戰(zhàn)。ARCS模型是美國教授Keller以期望價(jià)值理論為基礎(chǔ)研究所得的一種提高教學(xué)材料動(dòng)機(jī)吸引力的方法模型,包括注意(Attention)、關(guān)聯(lián)(Relevance)、信心(Confidence)、滿意(Satisfaction)四維度動(dòng)機(jī)要素及其相應(yīng)的教學(xué)策略[5-6]。該模型能夠幫助教師在各教學(xué)環(huán)節(jié)激發(fā)與維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),從而達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo),即首先喚醒學(xué)生的注意,其次使學(xué)生明確所學(xué)內(nèi)容與自身的相關(guān)性,而后在完成學(xué)習(xí)活動(dòng)或任務(wù)挑戰(zhàn)的過程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)成功的期待、建立適度的自信,并使學(xué)生產(chǎn)生滿足感。因而,本文從教學(xué)過程角度出發(fā),結(jié)合ARCS模型的四維度動(dòng)機(jī)要素探析大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)策略,以期驅(qū)動(dòng)學(xué)生潛在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力,提升教師專業(yè)素養(yǎng)及研課能力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

(一) 基于差異化的課程安排關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為面向各理工科高校開設(shè)的一門公共基礎(chǔ)課程,其課程體系設(shè)定與教學(xué)內(nèi)容安排具有一定普適性,但同時(shí)也因高校辦學(xué)定位、專業(yè)類別劃分與學(xué)生學(xué)習(xí)需求等的不同具有一定差異性[7-8]。而傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在基于以上差異因素進(jìn)行教學(xué)時(shí),存在以下課程安排關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的問題:如①基于辦學(xué)定位的整體關(guān)聯(lián)性低:部分應(yīng)用型高校仍以教材內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)設(shè)備為基礎(chǔ)安排整體課程,而未考慮其與培養(yǎng)方案中要求的教學(xué)任務(wù)與課程目標(biāo)間的整體關(guān)聯(lián)性,因而影響課程教學(xué)質(zhì)量;②基于專業(yè)類別的縱向關(guān)聯(lián)性低:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)包含力、熱、光、電等多板塊的物理知識(shí),而許多高校開展課程教學(xué)時(shí)并未從專業(yè)特征出發(fā)設(shè)置課程內(nèi)容與學(xué)時(shí),課程任務(wù)和教學(xué)深度沒有體現(xiàn)專業(yè)側(cè)重性,使得大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與各專業(yè)課程教學(xué)間的縱向關(guān)聯(lián)性低,不利于學(xué)生借助大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行專業(yè)理論與實(shí)驗(yàn)知識(shí)的縱向研學(xué);③基于學(xué)習(xí)需求的橫向關(guān)聯(lián)性低:在實(shí)際教學(xué)中,仍然存在應(yīng)付實(shí)驗(yàn)或僅強(qiáng)調(diào)“做實(shí)驗(yàn)”的問題,沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容進(jìn)行橫向展開,實(shí)驗(yàn)的探究過程及其蘊(yùn)含的科學(xué)思想、方法及拓展知識(shí)等沒有進(jìn)行深度融合,進(jìn)而不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維與應(yīng)用創(chuàng)新等能力。這樣的課程安排對(duì)于學(xué)生認(rèn)知該課程學(xué)習(xí)與自身的相關(guān)性不具促進(jìn)作用,因而不利于學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)與維持。

(二) 教學(xué)模式固化使得學(xué)習(xí)積極性不高

由于我國的基礎(chǔ)教育實(shí)施具有一定地域差異性,對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)情況也各有不同,因而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)理工科專業(yè)的本科生來說,是其接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法與技能訓(xùn)練的真正開端,為學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)與科學(xué)探究、自主創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)奠定夯實(shí)基礎(chǔ)。但部分高校在開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程時(shí),多有違背“以學(xué)生為主”的教學(xué)理念,實(shí)施“重模仿輕研究”教學(xué)模式的現(xiàn)象存在。對(duì)于課程內(nèi)容的選取除了必做的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)外,多以驗(yàn)證性而非設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主,枯燥且重復(fù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法吸引與維持學(xué)生注意,使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探求欲降低,不利于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性的驅(qū)動(dòng)[9-10]。同時(shí)教師多采取“保姆式”講授法,在課程教學(xué)中花費(fèi)大量的時(shí)間講解包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)操作步驟等在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)程序,而學(xué)生則多扮演“聽眾”與“模仿者”的角色,機(jī)械被動(dòng)地完成課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究參與感較低,主觀能動(dòng)性得不到發(fā)展,學(xué)習(xí)積極性不斷下降。此外,基于近年來各高校的大規(guī)模擴(kuò)招形勢,不僅存在實(shí)驗(yàn)器材數(shù)量短缺的問題,且輔助實(shí)驗(yàn)課程的多元化教學(xué)資源也存在開發(fā)不足的短板。這種基于傳統(tǒng)授課模式與老舊實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué),使得學(xué)生的多元學(xué)習(xí)需求得不到滿足,不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展以及具有自主創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

(三) 結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)效果考評(píng)參考性不強(qiáng)

課程考評(píng)是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié),對(duì)于任何一個(gè)科目而言都是必不可少的,它不僅能在檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的同時(shí),一定程度上反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與學(xué)習(xí)態(tài)度,也能為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)起到導(dǎo)向作用,而當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的考評(píng)體系單一,多以結(jié)果為導(dǎo)向,忽視過程性評(píng)價(jià)[11-12]。從考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)來看,教師更關(guān)注實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性及理論筆試成績等靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo),而對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究過程中,學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、思維能力及應(yīng)用創(chuàng)新能力等動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)注較低。從考評(píng)形式來看,一般采取“平時(shí)成績(固定實(shí)驗(yàn)操作)+期末成績(理論筆試)”的模式,而忽略了在固定實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生進(jìn)行的多半是驗(yàn)證式的機(jī)械操作而非以研究視角進(jìn)行的探究活動(dòng),無法考評(píng)學(xué)生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)探究相關(guān)能力,同時(shí)缺乏實(shí)時(shí)的互動(dòng)反饋。從考評(píng)結(jié)果來看,教師一般要求學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)探究后的3～7天內(nèi)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,忽略了學(xué)生在完成報(bào)告過程中可能存在的敷衍了事、數(shù)據(jù)作假、內(nèi)容抄襲等行為,無法保證考評(píng)結(jié)果反映教學(xué)效果的真實(shí)性。同時(shí),部分高校對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告有固定的內(nèi)容與排版規(guī)范,因而學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究過程的一些創(chuàng)新思考、分析亮點(diǎn)等不能在報(bào)告中得以體現(xiàn),使得作為考評(píng)內(nèi)容之一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在千篇一律的情形。綜上,考評(píng)結(jié)果的真實(shí)性、全面性、參考性等有待考證。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)策略探析

(一) 課前準(zhǔn)備“A+R”:完成預(yù)習(xí)任務(wù),吸引學(xué)生興趣

為了避免學(xué)生課前未預(yù)習(xí)而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)探究流于形式、理論講解時(shí)間過長等情況的出現(xiàn),可實(shí)施ARCS模型中的“注意”與“關(guān)聯(lián)”維度策略,如設(shè)置探究任務(wù)、變化教學(xué)形式或提供目標(biāo)導(dǎo)向等策略,幫助學(xué)生建立對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的初步認(rèn)識(shí)。即教師在深度備課的基礎(chǔ)上,通過線上平臺(tái)發(fā)布對(duì)應(yīng)課程的探究任務(wù)與學(xué)習(xí)目標(biāo)要求,包括但不限于問題思考、理論學(xué)習(xí)、操作掌握等內(nèi)容,從而創(chuàng)設(shè)探究情境,將實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)內(nèi)容具體化、問題化。“注意”與“關(guān)聯(lián)”維度策略的應(yīng)用不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增加課堂參與度,還能給學(xué)生提供明確的課程學(xué)習(xí)目標(biāo),以保證學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有效預(yù)習(xí)。

以“邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。即借助雨課堂插件向?qū)W生線上推送探究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及相應(yīng)的課程目標(biāo)要求,制作并發(fā)布學(xué)生需學(xué)習(xí)的“光的干涉理論學(xué)習(xí)”“實(shí)驗(yàn)儀器介紹”“實(shí)驗(yàn)操作流程”“干涉圖樣辨析”等內(nèi)容的教學(xué)課件,設(shè)計(jì)并發(fā)布與課件內(nèi)容相關(guān)的思考問題[13]。其中,課件內(nèi)容應(yīng)多引入直觀圖示、實(shí)驗(yàn)視頻等多媒體資源,借助教學(xué)形式的變化增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)感,從而吸引學(xué)生注意,激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);同時(shí)開放雨課堂線上提問功能,意圖打破教學(xué)的時(shí)空限制,促進(jìn)師生間交流,以期增強(qiáng)學(xué)生課堂參與度,提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)積極性。

(二) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)“R+C”:經(jīng)歷探究過程,樹立學(xué)生信心

實(shí)驗(yàn)探究過程是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的核心環(huán)節(jié),對(duì)學(xué)生理論知識(shí)的掌握與應(yīng)用,實(shí)踐操作、觀察分析、推理論證、設(shè)計(jì)創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)起到關(guān)鍵作用。遵循“學(xué)生為本,教師為輔”的教學(xué)理念,應(yīng)用ARCS模型中的“關(guān)聯(lián)”與“信心”維度策略,如需求匹配、經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系、提供成功機(jī)會(huì)等策略進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)探究的主體,自主自助地經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的整體過程是必要且有效的教學(xué)方式。

實(shí)際教學(xué)中,教師可提前將實(shí)驗(yàn)探究過程分解為一個(gè)個(gè)明確具體、維度適中、可獨(dú)立操作的實(shí)驗(yàn)任務(wù),即應(yīng)用“提供成功機(jī)會(huì)”的信心維度策略,當(dāng)學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)、產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,但未形成持續(xù)學(xué)習(xí)行為時(shí),讓學(xué)生完成這些實(shí)驗(yàn)任務(wù),使其在探究過程中體驗(yàn)成功,逐步建立自信,增加自我認(rèn)同,從而使學(xué)生獲得內(nèi)部滿足,以此引發(fā)學(xué)生的持續(xù)性學(xué)習(xí)行為。同時(shí),教師可根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)拓展,幫助學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容與既有知識(shí)基礎(chǔ)、個(gè)人需求和生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián),即應(yīng)用“經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系”的關(guān)聯(lián)維度策略,使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)期待,維持學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。此外,基于學(xué)生的知識(shí)與能力水平及個(gè)人學(xué)習(xí)需求的差異,教師可基于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目額外設(shè)計(jì)分層挑戰(zhàn)任務(wù),如“重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、改裝或更換實(shí)驗(yàn)儀器以達(dá)成原有實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)”等任務(wù),以此充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力發(fā)展。

(三) 考評(píng)反饋“C+S”:評(píng)價(jià)形式多元,提升滿意反饋

課程考評(píng)不僅能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,幫助教師改進(jìn)其教學(xué)設(shè)計(jì),同時(shí)考評(píng)結(jié)果對(duì)學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)狀態(tài)也有直接影響。動(dòng)機(jī)相關(guān)理論研究表明,學(xué)生學(xué)習(xí)效果一定程度上受學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的影響,且學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)對(duì)學(xué)習(xí)行為具有調(diào)控作用,即高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的學(xué)生,一般學(xué)習(xí)效果較好,同時(shí)會(huì)表現(xiàn)出積極的學(xué)習(xí)行為,因而想要提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果,不可忽視對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)與維持。基于這一理論,投射到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程而言,其效果考評(píng)內(nèi)容不應(yīng)局限于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的好壞,還應(yīng)重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)過程的評(píng)價(jià)。因此,在檢驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果時(shí),可應(yīng)用ARCS模型中的“信心”與“滿意”維度策略進(jìn)行考評(píng)體系的設(shè)計(jì)。比如,在教學(xué)前期依據(jù)學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”設(shè)置考核內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)并告知學(xué)生,即運(yùn)用“提供學(xué)習(xí)要求”這一信心維度的教學(xué)策略,來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力;同時(shí)在教學(xué)過程中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行及時(shí)反饋,即運(yùn)用“給予外部強(qiáng)化”這一滿意維度教學(xué)策略,使學(xué)生從外部反饋這種過程導(dǎo)向的評(píng)價(jià)方式中體驗(yàn)滿足感,進(jìn)而提升課堂教學(xué)效果,形成良性學(xué)習(xí)循環(huán)。

實(shí)際教學(xué)中的效果考評(píng)設(shè)計(jì)可參照以下方式。首先,應(yīng)設(shè)定考核標(biāo)準(zhǔn),仍參考“平時(shí)成績+期末考核”模式,但以課前預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作情況、理論筆試情況三部分的考核為準(zhǔn)。其次,確定考核形式與內(nèi)容,即課前預(yù)習(xí)部分,以雨課堂課前任務(wù)完成情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果為準(zhǔn);實(shí)驗(yàn)操作部分,學(xué)生需將實(shí)驗(yàn)過程獲得的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)拍照上傳至雨課堂,并撰寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;理論筆試情況,以部分實(shí)驗(yàn)的誤差分析、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作步驟為內(nèi)容設(shè)計(jì)考卷進(jìn)行筆試。需要注意的是,在實(shí)驗(yàn)操作考評(píng)時(shí),對(duì)于實(shí)驗(yàn)課題的類別選擇應(yīng)包括平時(shí)實(shí)驗(yàn)探究與期末實(shí)驗(yàn)操作兩種,且期末實(shí)操考核內(nèi)容應(yīng)選取未做過的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課題。

三、結(jié)束語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)不能千篇一律、流于形式,而應(yīng)根據(jù)各高校辦學(xué)特色、各專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)生差異化需求等制定課程安排與教學(xué)方案,讓學(xué)生在經(jīng)歷探究過程的同時(shí)掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究能力,進(jìn)而培養(yǎng)符合新時(shí)代需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。本文基于ARCS動(dòng)機(jī)模型,借助雨課堂線上平臺(tái),探析大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)適配策略,以期提升教育教學(xué)效果,為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革提供新思路。