摘要：我国基础教育长期的应试训练对高等教育的影响正逐步显现。许多学生平时不学、考前才学的不良学习习惯给当前的高等教育带来了问题:如何培养学生的科学探究能力和创新能力?如何培养学生正确的科学态度和勇于质疑的科学精神?本文通过一次大学物理探究课的实践经历, 尝试为解决这些问题提供可行的方案。该探究课以磁铁作为研究对象, 从生活情境——磁铁断裂现象引出问题, 组织学生通过自主学习、小组实验、报告猜想、讨论分析、推理总结等环节, 使学生亲身体验科学研究的过程, 在课堂探究过程中自然构建物质的磁性、磁畴、居里点、磁化等重要物理概念, 最终用物理理论解释了“磁铁断裂后, 它们以断裂面靠近时可能出现的现象”及其产生原因。
关键词：探究; 大学物理; 创新能力; 教学实践; 科学精神; 科学态度;
恢复高考40年来, 从不足5%到超过70%的录取率显示了我国高等教育“从精英教育到大众教育”的转变。我国高等教育实现了“高等教育覆盖更多人群”的目标, 但也出现了诸多引发关注的问题。如, 在当前社会环境下, 由于家长、学校多以高校录取率来衡量中学教师的执教水平, 因此使最容易显效的应试教育模式成为众多中学教师的无奈选择。这最终导致以题海战术为主的教学方法在我国基础教育领域不仅没有逐步消亡, 在某些地区甚至有愈演愈烈之势。这一趋势不但使各高等院校难以独善其身, 而且还因为其所接收的大多是接受了长期应试训练的学生, 而不得不深陷应试教育的泥潭。
以大学物理课程为例, 虽然它是理工科专业的基础课, 但学生往往认为它不属于本专业而单纯以通过课程考试为学习目的。他们在多年的应试训练下, 课堂上以听和看为主, 课后不以抄袭作业为耻, 养成了平时不认真学、考前突击背作业、重点分析历年试题的不良学习习惯。这无疑给注重培养学生科学探究能力和创新能力的高等院校提出了现实的问题———如何纠正学生的不良习惯?如何培养学生正确的科学态度和勇于质疑的科学精神?
科学研究一般要经历观察、提出假设、推理演绎、实验论证、修正假设等过程, 因此经历科学研究的全过程是培养研究者科学态度和科学精神的重要途径。然而在目前高等院校的大学物理理论课上, 教师往往通过讲解或演示实验向学生展示科学研究的过程, 极少有机会让学生亲身体验。缺乏体验使不少学生觉得大学物理枯燥乏味, 理论艰深难懂。那么教师改变教学方法, 让学生获得应有的体验, 应该是改善大学物理课堂教学效果的有效策略。
实验探究法[1]作为强调学习过程的一种教学方法, 它充分体现了建构主义理论中“由学习者建构自己的知识经验”来激发推理、分析、鉴别等高级思维活动的核心思想。实验探究可以使学生摆脱对知识不加理解、机械记忆的学习方法, 使他们将符号所代表的新知识与已有的概念和知识进行实质的联系, 从而实现有意义的学习[2]。为此, 我们以磁铁为对象进行了大学物理课堂的探究式教学实践。
1 精选教学内容确定研究对象
在大学物理的教学内容中, 电磁学部分占比最高[3]。有关铁磁质的知识在其中属于B类内容, 但其涵盖了物质的磁性、磁畴、居里点、磁化等重要物理概念。另外, 铁磁质在工程等方面有广泛的应用, 具有很高的实用价值, 它在生产生活中容易被学生接触到, 所以很适合作为研究的对象。
2 巧设教学环节还原科研过程
1) 以自主学习奠定研究基础
自主学习一直是高等教育倡导的学习方式。同伴教学法 (Peer Instruction, 简称PI) 被认为是以学生自主学习为基础, 通过师生互动、生生互动解决物理概念教学难点的有效方法[4]。笔者在4年多的PI实践教学中, 针对广西师范大学400多名不同专业的理工科本科生进行了问卷调查。我们发现:超过65%的学生都是按部就班地上课, 课后没有进行必要的复习和预习, 只有不到25%的学生能坚持课外自学[5,6]。基于此, 为了保证探究教学的有效进行, 我们将学生的部分自学任务调到了课堂上。这保证了学生在探究前有一定的知识储备, 有利于后续高质量的探究。
2) 以情境教学引出科研问题
以生活中的真实情境构建物理图像一直是物理教师常用的教学手段之一。情境教学将来源于生活的真实场景展现给学生, 通过教师的引导, 使学生实现从真实情境到物理图像的迁移, 有助于学生思维从形象到抽象的转化。为此, 在本案例中, 教师首先通过一张“冰箱吸铁石断裂成两段”的图片帮助学生在头脑中构建真实的情境。以问题:“一块磁铁断裂成两块后, 当这两块磁铁以断裂面相互靠近时会出现什么现象?”直接给出研究的问题。
3) 以测试题揭示错误思维
学习的过程是学习者不断抛弃或修正错误的旧知识、建构新知识的过程。而错误的思维方式和固有经验会妨碍学生构建新知识。因此了解学生错误的固有经验和思维方式, 并就此进行针对性的教学是帮助教师突破教学难点的有效途径。基于笔者多年的PI教学经验, 我们将2) 中的研究问题设计为以下测试题, 以便了解学生头脑中的前概念或错误思维:
题目:一块磁铁断裂成两块后, 当这两块磁铁以断裂面相互靠近时会出现什么现象? ()
A.吸引;B.排斥;
C.既不吸引也不排斥;D.以上答案都不对。
学生通过回忆以往的生活经验和所学知识并稍加思考后, 可以就此给出自己的答案。由于他们往往只考虑磁铁断裂的一种情况, 因此实践中发现选择A和B的人数相当, 比例较高。答案的不统一将引发学生的思维冲突, 激起他们的求知欲。此时, 教师在不公布答案的前提下, 组织学生进行分组实验将有助于他们带着问题进行有目的的探究。
4) 以分组实验进行实证探究
合作学习近年来备受关注, 来自不同研究小组的实践研究证实:3~4人的合作小组是提高小组成员学习质量最适合的人数配额。因此, 我们将学生分为了多个3~4人的学习小组, 并通过发放白板吸铁石、小磁针、小刀、剪刀、磁性门帘吸条等常见物品组织学生在课堂上进行分组探究。学生可以利用小刀、剪刀对白板吸铁石和门帘吸条实施撬取、剪断等操作;利用小磁针可以探测磁铁的磁极方向。