淺析還原科學(xué)研究的過(guò)程論文
摘要：我國(guó)基礎(chǔ)教育長(zhǎng)期的應(yīng)試訓(xùn)練對(duì)高等教育的影響正逐步顯現(xiàn)。許多學(xué)生平時(shí)不學(xué)、考前才學(xué)的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣給當(dāng)前的高等教育帶來(lái)了問(wèn)題:如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力?如何培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神?本文通過(guò)一次大學(xué)物理探究課的實(shí)踐經(jīng)歷, 嘗試為解決這些問(wèn)題提供可行的方案。該探究課以磁鐵作為研究對(duì)象, 從生活情境——磁鐵斷裂現(xiàn)象引出問(wèn)題, 組織學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、小組實(shí)驗(yàn)、報(bào)告猜想、討論分析、推理總結(jié)等環(huán)節(jié), 使學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程, 在課堂探究過(guò)程中自然構(gòu)建物質(zhì)的磁性、磁疇、居里點(diǎn)、磁化等重要物理概念, 最終用物理理論解釋了“磁鐵斷裂后, 它們以斷裂面靠近時(shí)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象”及其產(chǎn)生原因。
關(guān)鍵詞：探究; 大學(xué)物理; 創(chuàng)新能力; 教學(xué)實(shí)踐; 科學(xué)精神; 科學(xué)態(tài)度;
恢復(fù)高考40年來(lái), 從不足5%到超過(guò)70%的錄取率顯示了我國(guó)高等教育“從精英教育到大眾教育”的轉(zhuǎn)變。我國(guó)高等教育實(shí)現(xiàn)了“高等教育覆蓋更多人群”的目標(biāo), 但也出現(xiàn)了諸多引發(fā)關(guān)注的問(wèn)題。如, 在當(dāng)前社會(huì)環(huán)境下, 由于家長(zhǎng)、學(xué)校多以高校錄取率來(lái)衡量中學(xué)教師的執(zhí)教水平, 因此使最容易顯效的應(yīng)試教育模式成為眾多中學(xué)教師的無(wú)奈選擇。這最終導(dǎo)致以題海戰(zhàn)術(shù)為主的教學(xué)方法在我國(guó)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域不僅沒(méi)有逐步消亡, 在某些地區(qū)甚至有愈演愈烈之勢(shì)。這一趨勢(shì)不但使各高等院校難以獨(dú)善其身, 而且還因?yàn)槠渌邮盏拇蠖嗍墙邮芰碎L(zhǎng)期應(yīng)試訓(xùn)練的學(xué)生, 而不得不深陷應(yīng)試教育的泥潭。
以大學(xué)物理課程為例, 雖然它是理工科專業(yè)的基礎(chǔ)課, 但學(xué)生往往認(rèn)為它不屬于本專業(yè)而單純以通過(guò)課程考試為學(xué)習(xí)目的。他們?cè)诙嗄甑膽?yīng)試訓(xùn)練下, 課堂上以聽和看為主, 課后不以抄襲作業(yè)為恥, 養(yǎng)成了平時(shí)不認(rèn)真學(xué)、考前突擊背作業(yè)、重點(diǎn)分析歷年試題的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣。這無(wú)疑給注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力的高等院校提出了現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題———如何糾正學(xué)生的不良習(xí)慣?如何培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神?
科學(xué)研究一般要經(jīng)歷觀察、提出假設(shè)、推理演繹、實(shí)驗(yàn)論證、修正假設(shè)等過(guò)程, 因此經(jīng)歷科學(xué)研究的全過(guò)程是培養(yǎng)研究者科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的重要途徑。然而在目前高等院校的大學(xué)物理理論課上, 教師往往通過(guò)講解或演示實(shí)驗(yàn)向?qū)W生展示科學(xué)研究的過(guò)程, 極少有機(jī)會(huì)讓學(xué)生親身體驗(yàn)。缺乏體驗(yàn)使不少學(xué)生覺得大學(xué)物理枯燥乏味, 理論艱深難懂。那么教師改變教學(xué)方法, 讓學(xué)生獲得應(yīng)有的體驗(yàn), 應(yīng)該是改善大學(xué)物理課堂教學(xué)效果的有效策略。
實(shí)驗(yàn)探究法[1]作為強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程的一種教學(xué)方法, 它充分體現(xiàn)了建構(gòu)主義理論中“由學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)”來(lái)激發(fā)推理、分析、鑒別等高級(jí)思維活動(dòng)的核心思想。實(shí)驗(yàn)探究可以使學(xué)生擺脫對(duì)知識(shí)不加理解、機(jī)械記憶的學(xué)習(xí)方法, 使他們將符號(hào)所代表的新知識(shí)與已有的概念和知識(shí)進(jìn)行實(shí)質(zhì)的聯(lián)系, 從而實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)[2]。為此, 我們以磁鐵為對(duì)象進(jìn)行了大學(xué)物理課堂的探究式教學(xué)實(shí)踐。
1 精選教學(xué)內(nèi)容確定研究對(duì)象
在大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容中, 電磁學(xué)部分占比最高[3]。有關(guān)鐵磁質(zhì)的知識(shí)在其中屬于B類內(nèi)容, 但其涵蓋了物質(zhì)的磁性、磁疇、居里點(diǎn)、磁化等重要物理概念。另外, 鐵磁質(zhì)在工程等方面有廣泛的應(yīng)用, 具有很高的實(shí)用價(jià)值, 它在生產(chǎn)生活中容易被學(xué)生接觸到, 所以很適合作為研究的對(duì)象。
2 巧設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)還原科研過(guò)程
1) 以自主學(xué)習(xí)奠定研究基礎(chǔ)
自主學(xué)習(xí)一直是高等教育倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式。同伴教學(xué)法 (Peer Instruction, 簡(jiǎn)稱PI) 被認(rèn)為是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為基礎(chǔ), 通過(guò)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)解決物理概念教學(xué)難點(diǎn)的有效方法[4]。筆者在4年多的PI實(shí)踐教學(xué)中, 針對(duì)廣西師范大學(xué)400多名不同專業(yè)的理工科本科生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。我們發(fā)現(xiàn):超過(guò)65%的學(xué)生都是按部就班地上課, 課后沒(méi)有進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí), 只有不到25%的學(xué)生能堅(jiān)持課外自學(xué)[5,6]。基于此, 為了保證探究教學(xué)的有效進(jìn)行, 我們將學(xué)生的部分自學(xué)任務(wù)調(diào)到了課堂上。這保證了學(xué)生在探究前有一定的知識(shí)儲(chǔ)備, 有利于后續(xù)高質(zhì)量的探究。
2) 以情境教學(xué)引出科研問(wèn)題
以生活中的真實(shí)情境構(gòu)建物理圖像一直是物理教師常用的教學(xué)手段之一。情境教學(xué)將來(lái)源于生活的真實(shí)場(chǎng)景展現(xiàn)給學(xué)生, 通過(guò)教師的引導(dǎo), 使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從真實(shí)情境到物理圖像的遷移, 有助于學(xué)生思維從形象到抽象的轉(zhuǎn)化。為此, 在本案例中, 教師首先通過(guò)一張“冰箱吸鐵石斷裂成兩段”的圖片幫助學(xué)生在頭腦中構(gòu)建真實(shí)的情境。以問(wèn)題:“一塊磁鐵斷裂成兩塊后, 當(dāng)這兩塊磁鐵以斷裂面相互靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?”直接給出研究的問(wèn)題。
3) 以測(cè)試題揭示錯(cuò)誤思維
學(xué)習(xí)的過(guò)程是學(xué)習(xí)者不斷拋棄或修正錯(cuò)誤的舊知識(shí)、建構(gòu)新知識(shí)的過(guò)程。而錯(cuò)誤的思維方式和固有經(jīng)驗(yàn)會(huì)妨礙學(xué)生構(gòu)建新知識(shí)。因此了解學(xué)生錯(cuò)誤的固有經(jīng)驗(yàn)和思維方式, 并就此進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)是幫助教師突破教學(xué)難點(diǎn)的有效途徑�；诠P者多年的PI教學(xué)經(jīng)驗(yàn), 我們將2) 中的研究問(wèn)題設(shè)計(jì)為以下測(cè)試題, 以便了解學(xué)生頭腦中的前概念或錯(cuò)誤思維:
題目:一塊磁鐵斷裂成兩塊后, 當(dāng)這兩塊磁鐵以斷裂面相互靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象? ()
A.吸引;B.排斥;
C.既不吸引也不排斥;D.以上答案都不對(duì)。
學(xué)生通過(guò)回憶以往的生活經(jīng)驗(yàn)和所學(xué)知識(shí)并稍加思考后, 可以就此給出自己的答案。由于他們往往只考慮磁鐵斷裂的一種情況, 因此實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)選擇A和B的人數(shù)相當(dāng), 比例較高。答案的不統(tǒng)一將引發(fā)學(xué)生的思維沖突, 激起他們的求知欲。此時(shí), 教師在不公布答案的前提下, 組織學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)將有助于他們帶著問(wèn)題進(jìn)行有目的的探究。
4) 以分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)證探究
合作學(xué)習(xí)近年來(lái)備受關(guān)注, 來(lái)自不同研究小組的實(shí)踐研究證實(shí):3~4人的合作小組是提高小組成員學(xué)習(xí)質(zhì)量最適合的人數(shù)配額。因此, 我們將學(xué)生分為了多個(gè)3~4人的學(xué)習(xí)小組, 并通過(guò)發(fā)放白板吸鐵石、小磁針、小刀、剪刀、磁性門簾吸條等常見物品組織學(xué)生在課堂上進(jìn)行分組探究。學(xué)生可以利用小刀、剪刀對(duì)白板吸鐵石和門簾吸條實(shí)施撬取、剪斷等操作;利用小磁針可以探測(cè)磁鐵的磁極方向。
5) 以實(shí)驗(yàn)報(bào)告呈現(xiàn)科學(xué)猜想
在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中, 我們要求學(xué)生以統(tǒng)一格式記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作以及相應(yīng)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象, 并通過(guò)小組討論給出相關(guān)原理的'猜想。在本次實(shí)踐教學(xué)中, 不少學(xué)生是將白板吸鐵石摔斷的。這些學(xué)生發(fā)現(xiàn):由于磁鐵斷裂的方向不可控制, 因此會(huì)觀察到不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象———測(cè)試題A、B、C選項(xiàng)的對(duì)應(yīng)現(xiàn)象都可能出現(xiàn)。此時(shí)學(xué)生結(jié)合之前自學(xué)的知識(shí)并經(jīng)過(guò)小組討論, 給出了自己的科學(xué)猜想。
6) 以討論+視頻驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)后, 教師就回收的實(shí)驗(yàn)報(bào)告邀請(qǐng)具有代表性的小組走上講堂分享看法。這可以使學(xué)生了解不同小組的探究過(guò)程以及科學(xué)猜想。此外, 考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的有限性以及科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性要求, 教師在學(xué)生講述后, 展示了事先拍攝的實(shí)驗(yàn)視頻———利用切割機(jī)切割不同形狀強(qiáng)磁鐵的視頻。這些視頻既補(bǔ)充了部分不宜在課堂中操作的實(shí)驗(yàn)過(guò)程, 同時(shí)也使前面的探究活動(dòng)自然上升到科學(xué)研究的水平。
7) 以分析總結(jié)修正科學(xué)推理
通過(guò)以上環(huán)節(jié), 學(xué)生自然得出了本次探究實(shí)驗(yàn)較完整的步驟:
(1) 利用小磁針測(cè)量磁鐵的磁極方向;
(2) 沿磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F, 并觀察斷裂面靠近時(shí)的現(xiàn)象;
(3) 沿垂直于磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F, 并觀察斷裂面靠近時(shí)的現(xiàn)象;
(4) 對(duì)不同形狀的磁鐵重復(fù)以上步驟;
(5) 觀察磁鐵長(zhǎng)時(shí)間被切割機(jī)切割后的現(xiàn)象;
(6) 總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并提出猜想。
這時(shí), 教師和學(xué)生對(duì)所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析總結(jié), 可以歸納出以下結(jié)論:
(1) 沿平行磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F并使斷裂面靠近時(shí), 磁鐵因斷裂面的磁性相同而相互排斥;
(2) 沿垂直于磁鐵原磁感線方向截?cái)啻盆F并使斷裂面靠近時(shí), 磁鐵因斷裂面的磁性相反而相互吸引;
(3) 切割機(jī)長(zhǎng)時(shí)間切割磁鐵可能導(dǎo)致磁鐵溫度超過(guò)居里點(diǎn), 此時(shí)磁鐵因磁疇被破壞而失去磁性;
(4) 嚴(yán)重的摔打可能導(dǎo)致磁鐵因磁疇被破壞而失去磁性;
(5) 磁鐵斷裂后, 以斷裂面靠近時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象與磁鐵原來(lái)的形狀無(wú)關(guān)。
8) 以始問(wèn)終答實(shí)現(xiàn)完整教學(xué)
本案例的實(shí)踐探究以一個(gè)問(wèn)題開始, 此后的多個(gè)環(huán)節(jié)基本呈現(xiàn)了科學(xué)研究的必經(jīng)流程。學(xué)生在課堂中體驗(yàn)了“建立圖像、獨(dú)立思考、動(dòng)手探究、提出猜想、討論推理、分析總結(jié)”的過(guò)程, 并最終發(fā)現(xiàn)前文題目的正確答案是D。也就是說(shuō), 本次教學(xué)實(shí)踐始于問(wèn), 終于答, 實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的首尾呼應(yīng)。
3 通過(guò)課后反思促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)
教學(xué)的基本要素中除了教學(xué)目的、教學(xué)方法和教學(xué)過(guò)程外, 教學(xué)反思也極其重要。本案例的實(shí)踐教學(xué)時(shí)間約為80分鐘, 其中學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)間約占一半。在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中, 我們注意到一些在教師主講的傳統(tǒng)課堂中往往不會(huì)被發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題:不少學(xué)生, 尤其是女生, 雖然知道小磁針可以測(cè)量磁極, 但卻不敢確定在沒(méi)有其他磁鐵存在的情況下, 磁針?biāo)傅哪膫�(gè)是地球磁場(chǎng)的北極或南極;又如, 當(dāng)教師提到小磁針可能由于課前保存不當(dāng)被磁化時(shí), 一些學(xué)生對(duì)“如何校正可能被磁化的小磁針?”的問(wèn)題束手無(wú)策, 而另一些學(xué)生則想到可以利用手機(jī)的指南針, 或者用已知的地理南北方向進(jìn)行校正。這些發(fā)現(xiàn)令筆者感嘆:雖然學(xué)生都知道“同性磁極相互排斥, 異性磁極相互吸引”的簡(jiǎn)單原理, 但他們實(shí)際運(yùn)用原理的能力卻差異甚大。
本次教學(xué)實(shí)踐達(dá)到了讓學(xué)生經(jīng)歷科研過(guò)程的目的, 實(shí)現(xiàn)了“以學(xué)生為主體, 以教師為引導(dǎo)”的“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念。在學(xué)生方面, 很多學(xué)生認(rèn)為這樣的課堂氣氛活躍, 動(dòng)手探究和分組討論能夠讓他們知道自己是否真正掌握了知識(shí), 希望以后能多上這樣的課。但是, 也有部分學(xué)生認(rèn)為知識(shí)點(diǎn)不多, 用80分鐘來(lái)學(xué)習(xí)太浪費(fèi), 應(yīng)該多講習(xí)題提高解題能力。在教師方面, 教學(xué)過(guò)程仍有不少值得改進(jìn)的地方———因?yàn)榘装逦F石不容易撬取、分割, 未來(lái)可以選用更容易在課堂上切割的磁鐵;教師應(yīng)提前規(guī)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式, 否則很可能無(wú)法在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中獲取有用的信息;不少實(shí)驗(yàn)報(bào)告體現(xiàn)出學(xué)生的文字表達(dá)水平不高, 未來(lái)可以鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合圖形圖表提高書面表達(dá)能力。對(duì)于部分學(xué)生因應(yīng)試教育導(dǎo)致的過(guò)度重視做題的習(xí)慣, 筆者以為利用當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù), 將例題講解以微課的形式呈現(xiàn), 讓學(xué)生在課后學(xué)習(xí)不失為一個(gè)很好的補(bǔ)償方案。
雖然本次實(shí)踐教學(xué)有助于糾正學(xué)生的不良習(xí)慣, 有利于培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神, 但“極少學(xué)生能提出有價(jià)值的問(wèn)題。”的現(xiàn)實(shí)仍讓筆者深感遺憾。創(chuàng)新首先源于問(wèn)題的發(fā)現(xiàn), 要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才就要提供更多機(jī)會(huì)讓學(xué)生提出有價(jià)值的問(wèn)題。因此, 如何提升大學(xué)生提出高質(zhì)量問(wèn)題的能力, 值得我們思考。
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