在物理實驗教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展

安文玉

摘要：針對物理實驗教學(xué)中存在的問題，在課程設(shè)置、實驗內(nèi)容、教學(xué)方法及成績評定等方面進(jìn)行了一系列的改革，以促進(jìn)學(xué)生的高階思維能力發(fā)展，提高實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：物理實驗教學(xué)；高階思維；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002-4107（2012）06-0003-02

為了確保學(xué)生能在未來有效適應(yīng)知識化、全球化社會，學(xué)生的思維獨立性、創(chuàng)造性、協(xié)作能力等方面顯得越來越重要。因此，培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的高階思維能力已成為現(xiàn)代教育關(guān)注的重心。

高階思維是與低階思維相對的概念。低階思維是指較低層次的認(rèn)知水平，主要用于學(xué)習(xí)事實性知識或完成簡單任務(wù)的能力；而高階思維是一種以高層次認(rèn)知水平為主的綜合能力，主要由創(chuàng)新思維、批判性思維、決策及問題求解等四大能力構(gòu)成[1-2]。

目前在大學(xué)課堂上，尤其是在基礎(chǔ)課教學(xué)中，多數(shù)仍是“滿堂灌”的教學(xué)模式，學(xué)生是被動接受知識，而不是主動探究、積極建構(gòu)地學(xué)習(xí)。以至于多數(shù)教學(xué)依舊局限在低階能力、低階學(xué)習(xí)、低階思維的層次上[3]。從教育環(huán)節(jié)上剖析清華大學(xué)與美國頂尖研究型大學(xué)的教育差異，調(diào)查結(jié)果表明，“二者在記憶層次差異相對最小，在判斷、運用等高級思維技能上的差異最大”[4]?？梢姡覀兊拇髮W(xué)教育在學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)方面是應(yīng)該引起高度重視的。

大學(xué)物理實驗課是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰?、提高科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)，它在提高學(xué)生高階思維能力方面具有不可替代的作用[5]。但目前大學(xué)物理實驗教學(xué)中不論在基礎(chǔ)性實驗階段還是在綜合設(shè)計性實驗階段都存在諸多問題：在基礎(chǔ)性實驗階段，普遍存在學(xué)生對實驗講義或教師的指導(dǎo)簡單模仿，獨立完成實驗的能力較差，不重視實驗的物理思想；在綜合設(shè)計性實驗階段，學(xué)生獨立思維、創(chuàng)新意識不強(qiáng)，綜合運用所學(xué)的知識和技能分析、判斷、解決實際問題的能力較差。

我們針對實驗教學(xué)中存在的問題，在課程設(shè)置、教學(xué)過程、教學(xué)方法及成績評定等方面進(jìn)行了一系列的改革，為促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展進(jìn)行了有益的嘗試和探索。

一、課程設(shè)置、實驗內(nèi)容改革

大學(xué)物理實驗課程分為兩個階段：基礎(chǔ)性實驗階段和綜合設(shè)計性實驗階段?；A(chǔ)性實驗階段包括兩部分：必做實驗部分和選做實驗部分；必做實驗部分主要安排基本物理量的測量、基本儀器的調(diào)整與使用、數(shù)據(jù)處理方法訓(xùn)練等實驗題目。必做實驗結(jié)束后學(xué)生進(jìn)行選做實驗部分，選做實驗一般安排15—20個實驗題目，學(xué)生自由選擇。

（一）基礎(chǔ)性實驗階段

在基礎(chǔ)性實驗階段，主張為學(xué)生提供更多的思考空間，使學(xué)生能夠親身參與、體驗實驗的過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性。

首先，對實驗內(nèi)容的安排和講義內(nèi)容編寫方面進(jìn)行改革。原有的實驗講義，從實驗原理到操作步驟敘述得非常詳盡，甚至有的題目還提供數(shù)據(jù)記錄表格。講義之所以寫得這么詳盡，一方面是考慮到基礎(chǔ)性實驗階段是學(xué)生大學(xué)物理實驗的開始，需要對實驗過程有全面的了解，希望能夠幫助學(xué)生順利完成實驗；另一方面這種敘述詳盡的講義卻沒有為學(xué)生的獨立思考留有空間，在某種程度上抑制了學(xué)生獨立思維與創(chuàng)新意識。實驗講義是學(xué)生做實驗的主要依據(jù)和參考資料，在基礎(chǔ)性實驗階段開設(shè)的實驗基本上都是一些比較基礎(chǔ)性的實驗，實驗內(nèi)容、方法、儀器等都很完善，這些實驗內(nèi)容應(yīng)如何安排、如何編寫講義內(nèi)容，既能有效地指導(dǎo)學(xué)生實驗，又能留給學(xué)生積極思考的空間，是值得探討的。

針對這種情況，我們對實驗講義中關(guān)于測量方案、操作步驟等方面的內(nèi)容，不再作具體細(xì)致的規(guī)定，而改為指導(dǎo)性建議或提示性大綱，以便給學(xué)生留下獨立思考、探究問題的空間。比如，霍爾效應(yīng)實驗中測量霍爾系數(shù)，只提示學(xué)生依據(jù)霍爾電壓與微電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系測量霍爾系數(shù)，具體測量方案及數(shù)據(jù)處理方法要求學(xué)生自己確定，實驗過程中學(xué)生會提出多種測量方案：單次測量直接得到霍爾系數(shù)，多次測量通過作圖得到，多次測量利用最小二乘法處理數(shù)據(jù)得到結(jié)果等。對學(xué)生提出的各種測量方案，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析、比較每種測量方案的可行性、科學(xué)性，從中選擇最佳方案。這種教學(xué)組織方式一方面可以使每個學(xué)生都能積極參與、親身體驗實驗的過程，另一方面使學(xué)生逐漸學(xué)會分析、比較、判斷及解決實驗過程中出現(xiàn)的問題。

在選做實驗部分，有些實驗題目中增加了簡單的設(shè)計性實驗內(nèi)容，要求依據(jù)實驗原理提示，學(xué)生自己設(shè)計測量方法，安排測量步驟，獨立完成實驗。例如：牛頓環(huán)實驗中增設(shè)了用劈尖測量學(xué)生自己頭發(fā)絲直徑的實驗，在偏振光旋光實驗中安排了測量起偏鏡與半萌片偏振化方向之間夾角的實驗，電位差計測量電動勢實驗中要求用電位差計測量干電池的內(nèi)阻等。這些實驗內(nèi)容一般都是在原實驗基礎(chǔ)上的一些拓展內(nèi)容，目的是讓學(xué)生更進(jìn)一步領(lǐng)會每個實驗的物理思想，學(xué)會靈活運用所學(xué)的知識和技能解決問題。盡管基礎(chǔ)性實驗階段涉及的都是基礎(chǔ)性物理實驗內(nèi)容，但對學(xué)生來說都是新的內(nèi)容，學(xué)生要親身經(jīng)歷探索過程，才能真正領(lǐng)會、掌握和運用它們。

（二）綜合設(shè)計性實驗階段

綜合設(shè)計性實驗有三種類型：第一類是實驗內(nèi)容涉及多個知識領(lǐng)域，在實驗中會運用多種測量方法和技術(shù)，實驗過程比較復(fù)雜。這一類實驗側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、技能解決問題的能力。第二類是根據(jù)實驗?zāi)康募皩嶒炇姨峁┑膬x器、條件，由學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，選擇測量儀器，組裝實驗裝置，充分發(fā)揮自己的想象力獨立完成實驗的全過程。這一類實驗主要鍛煉學(xué)生獨立思維能力、分析判斷能力。第三類是設(shè)計制作或改進(jìn)實驗儀器、測量裝置等，并運用到實驗教學(xué)中。這一類實驗是與實際結(jié)合比較密切的實驗，如設(shè)計制作簡易信號源、穩(wěn)壓源、恒流源、數(shù)字溫度計、各種傳感器在測量中的應(yīng)用等。這類實驗要向?qū)W生展示往屆學(xué)生的作品，要求他們與自己設(shè)計內(nèi)容比較，分析優(yōu)缺點，鼓勵學(xué)生提出更好的設(shè)計思想，探索更好的設(shè)計方案。這類實驗對培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新性思維起到了積極的作用。

二、教學(xué)方法改革

教師指導(dǎo)實驗的過程中始終貫徹啟發(fā)性原則，注重向?qū)W生展示教師解決問題的策略、過程及方法，使學(xué)生獲得解決問題的方法，并為學(xué)生營造寬松、活躍的學(xué)習(xí)氛圍。

教師幫助學(xué)生解決問題時，不是直接給出答案，而是與學(xué)生共同討論，引導(dǎo)學(xué)生自己找到解決問題的辦法。例如，邁克爾遜干涉實驗，學(xué)生會遇到這樣的問題：調(diào)出干涉條紋后，卻看不到環(huán)心。這種情況教師不是直接告訴學(xué)生調(diào)整方法，而是要引導(dǎo)學(xué)生首先了解環(huán)心是由什么決定的，然后思考如何通過儀器進(jìn)行調(diào)整，最后根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行實際操作。這種過程向?qū)W生展示了教師解決問題的策略、方法，通過這樣的引導(dǎo)學(xué)生不僅學(xué)會了環(huán)心的調(diào)整方法，更重要的是體驗了問題解決的過程，學(xué)會了如何思考問題、解決問題。

在實驗過程中教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，避免出現(xiàn)盲目、機(jī)械模仿等現(xiàn)象。例如分光儀調(diào)整與使用實驗，這個實驗的調(diào)整內(nèi)容比較復(fù)雜，常出現(xiàn)盲目操作現(xiàn)象。針對這種情況，教師根據(jù)學(xué)生儀器調(diào)節(jié)情況，設(shè)置一些問題：如何判斷望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器中心軸垂直？怎樣判斷平行光管是否產(chǎn)生平行光？等等。設(shè)置這樣的問題，能促使學(xué)生思考問題，讓學(xué)生帶著問題做實驗，這樣既能引導(dǎo)學(xué)生正確操作，又能培養(yǎng)學(xué)生思考問題的能力。

三、實驗成績評定

實驗成績主要由預(yù)習(xí)情況、操作技術(shù)及實驗報告三方面評定。預(yù)習(xí)情況主要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報告是否寫得全面、完整，操作技術(shù)方面考查學(xué)生儀器的正確使用情況，實驗報告方面主要檢查實驗的測量結(jié)果。這種評價方式雖然涉及學(xué)生整個實驗過程，但在實際評價時容易從學(xué)生實驗過程的表面現(xiàn)象中進(jìn)行評價，而學(xué)生在實驗原理、測量方法等方面的理解、掌握程度，積極主動探究實驗，靈活運用知識解決問題的能力，思考問題的深度等更深層次反映學(xué)生的能力方面卻得不到全面、準(zhǔn)確的評價。

針對這種情況我們制定了新的評價標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定了五項評定指標(biāo)：（1）明確實驗原理、測量方法；（2）實驗儀器裝置使用操作準(zhǔn)確、規(guī)范，如果儀器出現(xiàn)問題，能夠及時發(fā)現(xiàn)，獨立解決；（3）積極主動、獨立自主地完成實驗內(nèi)容；（4）善于觀察、分析實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題；（5）能正確地分析、判斷實驗數(shù)據(jù)，評估實驗結(jié)果。同時對每個實驗題目都制定了具體的考核內(nèi)容，把所有題目的評價標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布到實驗室網(wǎng)站上，并且及時發(fā)布學(xué)生的實驗成績。這樣可使學(xué)生明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)，使學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到教師所期待的重點上[6]。

以上是我們?yōu)榇龠M(jìn)學(xué)生高階思維能力發(fā)展、提高實驗教學(xué)質(zhì)量所作的初步探索。在今后的實驗教學(xué)中，還需在課程設(shè)置、實驗內(nèi)容、教學(xué)方法、成績評定等方面不斷總結(jié)經(jīng)驗，逐步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1][3]鐘志賢.大學(xué)教學(xué)模式革新：教學(xué)設(shè)計視域[M].北

京：教育科學(xué)出版社，2008：156-159，1-9.

[2]乜勇，王蘭蘭.認(rèn)知學(xué)徒制在高階思維能力培養(yǎng)中的應(yīng)

用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010，（4）.

[4]羅燕等.清華大學(xué)本科教育學(xué)情調(diào)查報告[EB/OL].教育

部高等學(xué)校教學(xué)指導(dǎo)委員會通訊，http：//www.edu.cn/

jxyj_9538/20100204/t20100204_448056.sh-tm1.

[5]霍劍青.大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求的指導(dǎo)思想和

內(nèi)容解讀[J].物理與工程，2007，（1）.

[6]溫利平.ISLE實驗簡介及其對物理實驗教學(xué)的啟示

[J].物理實驗，2009，（10）.