支架式教學法在大學物理實驗教學中的應用

韓璐

摘要：大學物理實驗課程是理工科學生的必修課，對培養(yǎng)學生的觀察能力、操作能力以及理論聯(lián)系實際的應用能力都有著不可忽視的作用。本文在總結(jié)傳統(tǒng)教學模式下大學物理實驗教學存在問題的基礎上，介紹了支架式教學法其相關理論，闡述了以此為指導進行大學物理實驗課程教學的思路，并結(jié)合《普通物理實驗》中的實際教學內(nèi)容進行了具體說明，以期能夠以此為方法探索提升大學物理實驗教學效果的新路徑。

關鍵詞：支架式教學；最近發(fā)展區(qū)；大學物理實驗；教學

物理實驗是物理學科的基礎，也是物理研究的基本手段。物理實驗體現(xiàn)了大多數(shù)科學實驗的共性，在實驗思想、實驗方法上是很多學科的基礎。因此，物理實驗也是所有理工科專業(yè)學生的必修課。

支架式教學法是基于前蘇聯(lián)著名心理學家維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論提出的一種教學方法，如今已被廣泛應用于各個學科、各個階段的教學過程中，在現(xiàn)階段仍為一種行之有效的教學手段。本文主要探討如何將支架式教學應用在大學物理實驗教學中，提高大學物理實驗的課堂教學效果，促進理工科學生知識素養(yǎng)和綜合能力的全面發(fā)展。

一、傳統(tǒng)教學模式下大學物理實驗教學存在的問題

（一）課堂時間有限，學生思考時間不足

普通物理實驗課中的一節(jié)課通常是2課時，時間為一個半小時左右，教師的講解時間一般在20分鐘左右。在這20分鐘里，教師要一次性把實驗相關知識都講完，學生緊接著就要動手實驗，中間很少有消化和思考的時間，使學生來不及掌握。即使在實驗過程中遇到問題，學生們也是只急于解決實驗中的困難，僅以完成實驗內(nèi)容為目的，大多將精力集中在怎樣使自己做出的實驗現(xiàn)象與教科書中一致，或得到理想結(jié)果，而不會深入思考自己的錯誤究竟源于哪里。最后往往是數(shù)據(jù)合格，能得出與參考值相符的結(jié)果便大功告成，忽略了對理論和實際的內(nèi)在聯(lián)系的思考。

（二）實驗課與理論課的教學內(nèi)容不能相互協(xié)調(diào)

由于實驗室場地有限，大學物理實驗課程中通常會將學生分為若干小組，同一個實驗項目每周有不同的小組輪換上課，因此會導致不同的學生學習實驗項目的順序不同，使實驗內(nèi)容和理論課所學的知識不能完全互相結(jié)合，導致學生缺乏理論知識的準備。尤其是非物理專業(yè)學生，課前沒有理論基礎，容易導致他們在實驗時只能盲目模仿，遇到困難不能獨立解決。

（三）部分教師對實驗教學的理解偏差

在教學過程中，教師是主導，教師的教學理念會直接影響其教學行為，進而影響教學效果。在一些教師的認識中存在不同程度上的對實驗教學的輕視，只注重理論知識。即使是實驗教師也有個別認為自己教授的物理實驗相較學生的其他理論課、專業(yè)課等來說不是十分重要，把教學過程理解為僅僅是學生完成實驗，對實驗原理和現(xiàn)象的思考重視不夠，多單純地講解，少與學生的互動，缺乏對學生的觀察能力和獨立思考能力的培養(yǎng)。甚至有些老師為了讓學生在課堂時間內(nèi)按時完成實驗內(nèi)容，反復強調(diào)實驗步驟，導致學生忙于記憶操作步驟，忽略了實驗原理，機械地模仿老師之前的演示和講解，卻完全不理解為什么要這樣做，極大地削減了物理實驗教學的意義。

二、支架式教學的理論基礎

（一）最近發(fā)展區(qū)

“最近發(fā)展區(qū)”的概念是前蘇聯(lián)著名心理學家維果茨基在論述教學與發(fā)展的關系時提出的，他將其定義為“實際的發(fā)展水平與潛在的發(fā)展水平之間的差距。前者由獨立解決問題的能力而定；后者則是指在成人的指導下或是更有能力的同伴合作時，能夠解決問題的能力”。他強調(diào)教學不能僅依據(jù)于學生過去已完成的發(fā)展過程，而應依據(jù)于現(xiàn)在仍處于形成狀態(tài)、剛剛在發(fā)展的過程，主張教育要在發(fā)展之前引導發(fā)展。最近發(fā)展區(qū)在一定程度上決定著發(fā)展的方向和進程，只有適當難度的任務才能促進個體的學習和進步。

（二）支架式教學

支架的原意是建筑行業(yè)使用的腳手架。研究者在維果茨基的基礎上提出了支架式教學，這里的支架是指用來幫助學生解決問題的指導性語言或者工具。這種教學方式的關鍵是要保證教師所提供的支架處于學生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，只有這樣的支架才有意義，學生才能夠接受。運用支架法教學的要點在于：學生要在教師的指導下發(fā)現(xiàn)問題或解決問題，其次教師要逐步減少或撤離支架，使學生最后能達到獨立思考的水平。

（三）情境教學

維果茨基的思想體系是建構(gòu)主義學習理論的重要基礎之一，深深地影響著建構(gòu)主義者對發(fā)展和教育的研究，其中情境認知理論和情境教學模式的思想在一定程度上源于維果茨基的理論。情境認知理論主張任何學習都是處在一定的社會或?qū)嶋H背景下的，這些背景對學習有一定的影響，學習者不應該只是被動地接受知識，而應該是主動的“學徒式學習者”。情境教學模式的重點在于在教學過程中，教師要引導學生從觀察者轉(zhuǎn)化為參與者，在課堂的情境互動中學習知識或技能。

三、支架式教學在大學物理實驗教學中的實施

支架式教學的關健環(huán)節(jié)是教學內(nèi)容的設計。教學內(nèi)容設計也是教學設計的主體部分，用支架式教學法進行教學設計的關鍵是要在教學過程中保證課堂的教學內(nèi)容處于學生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)。如何進行教學內(nèi)容的選擇與順序安排，都要依據(jù)這一原則。首先要了解學生的現(xiàn)有水平，分析教學目標中學生應達到的水平，比較兩者差距，剖析其內(nèi)在聯(lián)系，尋找合適的契合點，這個契合點就是運用支架式教學法進行教學的支架，進而展開情境創(chuàng)設，引導學生逐步掌握，最后達到預期的教學效果。具體的實施過程可以分為兩個階段，一是準備過程，包括分析學情，分析教學目標并將其具體化，進而選擇出合適的腳手架；二是教學過程，包括創(chuàng)設情境，引導學生進行自主學習以及與他人協(xié)作學習，實驗完成后對學生的學習過程進行評價。下面以《普通物理實驗》中“透鏡組基點的測定”一節(jié)為例，探討支架式教學及其相關理論在大學物理實驗教學中的實施過程。

（一）分析學情

透鏡組基點的相關知識是普通物理光學部分的內(nèi)容，對于物理專業(yè)的學生來說，已經(jīng)在之前的光學課上學習過，對實驗的理論部分有基本的了解，只需要稍加復習便能回憶起來。非物理專業(yè)的學生沒有學過光學課程，而大學物理中的光學部分并未涉及透鏡組基點的相關內(nèi)容，因此本實驗的原理對他們來說是新知識。需要注意的是，大學物理課程中雖然沒有透鏡組基點的知識，但有薄透鏡的成像規(guī)律，對于學生學習透鏡組成像規(guī)律有一定的鋪墊作用。

（二）將學習內(nèi)容具體化

“透鏡組基點的測定”的實驗內(nèi)容主要是分別用焦距儀和節(jié)點調(diào)節(jié)器兩種工具來測定透鏡組的基點。其中需要學生掌握的是透鏡組基點的概念以及用焦距儀和節(jié)點調(diào)節(jié)器來測定透鏡組基點的基本原理和方法。

（三）選擇支架

透鏡組的基點是用來描述透鏡組的物象關系的，這與用來描述薄透鏡成像規(guī)律的焦點、光心等概念類似，可將兩者對比，向?qū)W生展示兩者的相似關系與不同之處，由前者向后者延伸，使學生的思維能夠由淺入深，理解基點的概念。

（四）創(chuàng)設情境

課堂開始時，先展示薄透鏡成像的幾何光路圖（圖1），帶領學生復習幾何光學中薄透鏡成像的基本概念，如焦點、焦距、光心等，以及成像的高斯公式：

對于兩個薄透鏡組成的透鏡組，要分析它的成像規(guī)律，需要用兩次薄透鏡成像來得出結(jié)果。如果把透鏡組當成一個整體來研究，用一種屬于透鏡組的點和面來表征系統(tǒng)在成像上的性質(zhì)，可以使問題得到簡化，這樣的點和面便是本次實驗要研究的透鏡組的基點和基平面。

（五）學生自主學習與協(xié)作學習

將學生帶入課堂情境后，通過一系列問題逐步引導學生思考。如對于透鏡組來說，怎樣定義它的“焦點”和“焦距”？通過透鏡組“焦點”的光線如何傳播？最終得到與薄透鏡成像規(guī)律類似的透鏡組成像規(guī)律（圖2）以及透鏡組成像的高斯公式：

這樣，隨著解答問題的過程，學生已基本掌握了透鏡組基點的概念及其成像規(guī)律。接著學生分小組做實驗，結(jié)合教材并以與其他同學的協(xié)作學習為輔助，加之教師針對個別問題的解答，完成實驗內(nèi)容。

（六）評價與反饋

在每一項實驗內(nèi)容完成后，教師要進行階段性總結(jié)，對學生在操作時表現(xiàn)出的問題進行及時糾正，同時要注意引導學生反思實驗過程，重視實踐過程與理論知識的聯(lián)系。課后，通過實驗報告的質(zhì)量和思考題的回答情況可以了解學生對知識的掌握情況，對于學生們普遍存在的問題，可以在下一次上課時進行專門講解，同時改進先前的教學思路和方法，使教學過程更加完善。

四、總結(jié)

大學物理實驗課程是理工科學生的必修課，對培養(yǎng)學生的觀察能力、操作能力以及理論聯(lián)系實際的應用能力都有著不可忽視的作用。通過教學實踐我們發(fā)現(xiàn)，合理地安排課程內(nèi)容，提供合適的支架和創(chuàng)設情境能夠有效地幫助學生理解實驗中的概念和原理，并使其參與到教學活動中來，增強學生的學習興趣，收到了良好的教學效果。在大學物理實驗課中應用支架式教學法進行教學，使以往學生輕視理論部分，急于完成實驗內(nèi)容和由于對原理理解的不充分導致實驗過程中盲目操作的現(xiàn)象得到了很大改善。

[責任編輯：黃可心]