美國華盛頓大學物理輔導課課程模式

李艷麗 張文碩 張 萍

(北京師范大學物理系，北京 100875)

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教學經(jīng)驗交流

美國華盛頓大學物理輔導課課程模式

李艷麗 張文碩 張 萍

(北京師范大學物理系，北京 100875)

本文介紹了華盛頓大學開發(fā)的物理輔導課課程模式——Tutorial in introductory physics，主要包括3部分:課前的預測試，診斷學生的錯誤概念；課堂教學活動，使用任務單組織學生討論，有效轉變學生的錯誤概念；課后作業(yè)，鞏固加強學生對概念的理解.Tutorial是一種以學生為中心、小組討論合作學習形式的輔導課方式，在討論的過程中，學生各自表達觀點，產(chǎn)生認知沖突、相互爭論，最終達成一致結論.這種課程模式有利于提高學生的學習積極性.研究表明，該課程模式下，學生學習的短期效果(即時后測)及長期效果均比傳統(tǒng)輔導課中提高顯著.

輔導課；合作學習輔導課；合作學習

無論國內還是國外，大學物理教學均包括課堂講授課和輔導課.輔導課是教學中必不可少的環(huán)節(jié)，高效的輔導課對于學生加深概念的理解及轉變錯誤概念起著重要作用.傳統(tǒng)輔導課是以教師課堂講授為主，課程內容包括總結課程的知識要點，講解一些習題和例題.然而，由于學生存在錯誤概念，單一的講解，教學效果不是十分理想.例如:對于例題(見圖1):“導體棒AD在勻強磁場B中繞通過C點且沿磁場方向的軸OO′勻速轉動(角速度與磁場同方向)，比較導體棒A、D兩點的電勢高低.”傳統(tǒng)輔導課中，教師一般使用動生電動勢的公式進行積分計算，判斷兩端的電勢高低.但是，研究表明學生在思考這個問題情景時存在錯誤概念，他們會錯誤地認為勻速轉動的導體處于靜電平衡狀態(tài)，是等勢體，因此兩端電勢相等[1].大量研究表明:教師單純地按照學科的科學體系講解課程內容通常不能很好地解決學生的困惑，無法有效轉變學生的錯誤認識.

圖1 動生電動勢

為了解決傳統(tǒng)輔導課的弊端，華盛頓大學Lillian C.McDermott，Peter Shaffer 及教育研究小組University of Washington Physics Education Group(UWPEG)開發(fā)了一種新的輔導課課程模式——Tutorial in introductory physics(以下簡稱Tutorial)，用于替代傳統(tǒng)輔導課.該輔導課課程模式中，教師基于對學生的錯誤概念的研究而設計了任務單，引導學生在課堂上以小組討論的形式合作學習，共同完成任務單上的學習任務，變被動的接受學習為主動學習，是一種以學生為中心的教學模式.華盛頓大學Tutorial的課程模式在教學實踐中取得良好效果，目前已經(jīng)是美國大學中普遍使用的一種輔導課模式.下面詳細介紹華盛頓大學Tutorial課程模式及其教學效果.

1 Tutorial in introductory physics簡介[2]

Tutorial是每周一小時的小班輔導課，每班有20～25個學生.與傳統(tǒng)輔導課主要使用講授法不同，在Tutorial課上，3～4名學生組成討論小組，根據(jù)教師設計的任務單，學生小組合作討論完成任務單上的內容.圖2給出課程的設計和實施的流程.

圖2 輔導課流程圖

1.1 課前預測試

在每周的大學物理課的課堂教學結束前使用10分鐘左右時間，對學生進行預測試，題目形式為概念選擇題.概念選擇題要有診斷性，目的是檢測學生在課堂教學之后還存在哪些錯誤概念，預測試后不公布正確答案，課程教師和助教一起匯總并分析預測試中學生的答題情況，總結學生的問題和困惑，編制輔導課的任務單；為了讓學生真實地反饋自己對概念理解情況，預測試不計成績.

1.2 課堂教學活動

Tutorial在專門的教室進行，學生以小組合作的形式學習.3～4個學生面對面形成一個小組，每組一個白板和筆，有利于同學們間的交流.研究表明[3,4]，3到4人組成小組的合作學習效率最高.各小組在任務單的引導下進行討論，每個學生輪流發(fā)表各自的觀點后小組成員進行辯論，傾聽別人的批評，這一過程有助于深入理解物理概念，從而建立對概念的正確理解.在合作學習的過程中同伴互教，相互學習.

1.3 Tutorial任務單設計

Tutorial任務單是遵循“暴露問題—產(chǎn)生沖突—解決問題”的原則設計的，針對學生的錯誤概念，引發(fā)學生討論，產(chǎn)生沖突，然后共同解決問題，轉變錯誤概念，進而加深對物理科學概念的理解.概念轉變理論的先驅波斯納(Posner)[5]等人強調學習者對原有概念不滿，激發(fā)認知“不平衡”，亦即認知沖突，從而進一步引發(fā)順應類型的概念轉變.認知沖突被認為是引發(fā)學習者對現(xiàn)有概念不滿的最為有效的教學策略.任務單的基本形式有兩種，一種是針對概念的理解設計的任務單，題目之間是進階的，提供腳手架來引導學生有效組織、重建、擴展知識；另一種是與實驗相關的任務單，需要學生們先預測實驗現(xiàn)象，再進行實驗、觀察并分析現(xiàn)象及原因.這樣的任務單內容及形式能促進討論和深入理解物理概念.

圖3是華盛頓大學與實驗相關的任務單(部分)實例[6]:

(1)線圈中的電流應該是朝哪個方向？

(2)閉合開關，觀察電流計的偏轉方向，然后檢查自己上一問的答案；

(3)使磁鐵的一極靠近線圈，閉合開關.如果線圈不旋轉，調整磁鐵的位置或者輕輕地旋轉線圈使它開始旋轉；

(4)用學過的理論解釋線圈運動的原因.

學生通過小組討論對任務單上的問題達到共識后，才能將答案填寫在任務單上，上交的任務單中只記錄團隊工作成果，個人答案不被接受.助教要前期進行培訓，助教的角色是討論的輔導者而不是知識的傳播者，他(她)只是在各組之間觀察，傾聽學生們的想法，對學生的困惑點有深入的了解，不參與學生討論，也不直接回答學生或任務單上的問題.這樣的輔導課模式，要求同伴互助、合作學習，鍛煉了學生的合作解決問題的能力.

1.4 期末考試涉及Tutorial中的內容

在期末考試中涉及輔導課的學習內容，一方面促使學生認真對待輔導課；另一方面，鼓勵學生在輔導課后繼續(xù)思考討論內容和鞏固學習成果.

2 Tutorial課程的效果

華盛頓大學對Tutorial和傳統(tǒng)輔導課在轉變學生錯誤概念的有效性方面做了對比研究，結果表明[2]:課程結束后的測試(即時后測)中參加Tutorial的學生比傳統(tǒng)輔導課的學生對知識理解更深刻.下面給出一個研究的例子:

研究題目:4個相同的燈泡如圖4所示連接在電路中，根據(jù)燈泡的亮度進行排序.

圖4 電路測試題

參加 Tutorial的學生的正確率大于75%，而參加傳統(tǒng)輔導課的學生其正確率小于50%，其中40%的學生認為電流會被前面的用電器“消耗”，所以燈的亮度排序應該為A>B=C>D，而參加Tutorial的學生中只有5%的學生存在這樣的錯誤概念.

為了檢測學生學習效果是否可以長期保持，幾個月之后利用上述題目再次進行測試，發(fā)現(xiàn)參加傳統(tǒng)輔導課的學生，只有15%回答正確，而參加Tutorial的學生中有45%回答正確.因此，無論是短期效果還是長期效果保持，Tutorial的學生均比傳統(tǒng)輔導課的學生優(yōu)異[7].

華盛頓大學開發(fā)的Tutorial的課程模式在教學實踐中取得良好效果，得到廣泛應用，大量實證研究結果表明:無論是教師還是學生對Tutorial的評價都很高，對于學生，在概念理解、學習態(tài)度及表達能力都有很大幫助；對于教師，從Tutorial中得到的反饋，更全面了解學生的學習困惑，教學更加有針對性[8,9].Tutorial課程模式在美國以外的國家也有很好的適用性，并且在中學也有應用，例如:拉美國家阿根廷在高中研究了這種輔導課在本土的適用性問題，考慮到公立和私立學校的學生社會背景不同，研究選取公立學校3個班級，私立學校兩個班級進行研究，發(fā)現(xiàn)無論是私立學校還是公立學校Tutorial中學生的表現(xiàn)均比傳統(tǒng)輔導課更加優(yōu)異，對概念的理解更加深刻[7].在北京師范大學，我們研究小組正在借鑒這個課程模式對大學物理輔導課進行教學方法的改革，我們還將對改革效果進行科學定量研究，明確其中利弊，在引用和借鑒國際上教育研究成果過程中加以改進和發(fā)展，使之適合我國教學實際情況.

[1] 張萍,齊薇,王媛平,等.基于Peer Instruction教學方法研究大學生物理錯誤概念——以動生電動勢為例[J].物理與工程,2014,24(3):56-59.

[2] Shaffer,Peter S,McDermott,Lillian C.Research as a guide for curriculum development:An example from introductory electricity.Part II:Design of instructional strategies[J].American Journal of Physics,1992,60(11):1003-1013.

[3] Marzano R J,Pickering D J,Pollock J e.Classroom Instruction that Works:Research Based Strategies for Increasing Student Achievement[M].Alexandria,VA:Association for Supervision &Curriculum Deve,2001.

[4] Chasteen S V,Perkins K K,Beale P D,et al.A thoughtful approach to instruction:Course transformation for the rest of Us[J].Journal of College Science Teaching,2011,40(3):589-590.

[5] Posner G J,Strike K A,Hewson P W,et al.Accommodation of a Scientific Conception:Toward a Theory of Conceptual Change[J].Science Education,1982,66(2):211-227.

[6] Redish E F.Teaching Physics with the Physics Suite [M].Hoboken New Jersey:John Wiley &Sons Incorporated,2003.

[7] Benegas J,Flores J S.Effectiveness of tutorials for introductory physics in Argentinean high schools[J].Phys.rev.st Phys.educ.res,2014,10(10):010110-1-010110-10.

[8] Chasteen S V.Teasing out the effect of tutorials via multiple regression[C]// 2011 Physics Education Research Conference.2012:143-146.

[9] Mauk H V,Dan H.Student understanding of induced current:Using tutorials in introductory physics to teach electricity and magnetism [J].American Journal of Physics,2005,73(12):1164-1171.

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TUTORIAL IN INTRODUCTORY PHYSICS AT THE UNIVERSITY OF WASHINGTON

Li Yanli Zhang Wenshuo Zhang Ping

(Department of Physics,Beijing Normal University,Beijing 100875)

This paper introduces a form of recitation—Tutorial in introductory physics,which was developed by the University of Washington.Three parts are included in tutorial:pre-test,classroom activities and homework.Pre-test is aimed at discovering students’ misconceptions.Classroom activities use worksheet to change students’ misconceptions effectively.Homework is to enhance students’ understanding of physics conceptions.Tutorial is a student-centered curriculum which leads students to cooperate and discuss in groups.In the process of discussion,students express their views,cognitive conflict and debating,finally coming into the same conclusion.Research has shown that no matter in short-term or long-term assessment students’ learning effect is significantly higher in tutorial compare with traditional class.

recitation;tutorial in introductory physics;cooperative learning

2015-06-11

李艷麗，北京師范大學物理學系研究生.

張萍，北京師范大學物理學系教授.zhangping@bnu.edu.cn