研究性学习的调查对大学物理教学的启示

2013-01-12徐红霞邵辉丽

物理通报 2013年2期

徐红霞邵辉丽季涛

(上海工程技术大学物理教学部上海 201620)

研究性学习是一种符合工程能力培养规律及综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式，因此，它成为“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)着力推行的教学组织形式和教学方式[1].大学低年级(大学一、二年级)学生的研究性学习能力如何？他们是否为高年级的研究性学习做好了准备？作为公共基础课的大学物理课，开展怎样的研究性学习呢？

文章首先简要介绍研究性学习的内涵，接着介绍我校大学低年级的研究性学习的调查情况，最后，给出在大学物理教学中开展研究性学习的方式.

1 什么是研究性学习

目前我国对研究性学习的理解大致有三种观点.

第一种，研究性学习是一种学习方式，即指教师或其他成人不把现成结论告诉给学生，而是学生在教师指导下自主发现问题、探究问题、获得结论的过程[2].这种“研究”学习的理念、策略、基本思想及方法论，适用于各类课程的学习.

第二种，研究性学习是一门研究性学习课程，是指学生在教师指导下，从自身生活和社会生活中选择并确定研究专题，以类似科学研究的方式主动获取知识、应用知识、解决问题的学习活动[3].

第三种，研究性学习是一种教育理念[4].在研究性教育理念的指导下, 任何学科的教学都应该转变以接受为主的学习方式，让学生在探究性学习过程中主动发展.

卓越计划着力推行的研究性学习(Problem-BasedLearning/ProjectBasedLearning,PBL)，作为一种特指的概念和方法是在20世纪60年代后期由麦克马斯特大学医学院的白罗斯教授开发的基于问题的学习[5].20世纪80年代，随着美国研究型大学本科生教育人才培养目标由原来的培养全面发展的人才转向培养创新型人才，探究性学习受到重视，基于问题的学习模式在美国研究型大学得到前所未有的发展.美国斯坦福大学的“三基于”( 基于问题的学习、基于项目的学习和基于设计的学习)高效学习的研究性学习模式，具有开拓性、实效性和可操作性，受到了世界各国教学改革机构和专家的青睐[6].这种教学组织形式和教学方式成为中国“卓越计划”着力推行的教学组织形式和教学方式.

笔者认为，作为学习方式的研究性学习是核心的概念.无论是“研究性学习课程”还是“研究性教育理念”，其最终目的都是为了使学生学会学习，使学生学会批判性地思考，学会获取信息、解决问题、反思和改进自己的工作，并且形成新的想法、创造新的产品和制定解决方案，帮助学生能够在未来新环境中灵活运用所学知识解决新出现的问题，为其未来的发展和终身学习做准备.

既然把培养学生的研究性学习的学习方式定为目标，那么，研究性学习应该既包括高年级的研究和创新活动，也包括针对大学低年级学生开展的探究性学习.大学低年级的研究性学习状况如何呢？下面是对我校大学低年级的问卷调查及其分析.

2 关于大学低年级的研究性学习的调查

2.1 调查对象

调查对象是我校卓越计划的车辆工程专业的两个年级的学生，收到有效学生问卷共275分.其中大学二年级140份，大学一年级135份.

2.2 调查内容

调查内容是根据研究性学习的过程特点编制的.“三基于”研究性学习的学习过程分别为如表1所示的过程[6].由于三个研究性学习过程中都包括文献检索、学生分组和小组合作、自主学习以及课堂交流，所以，本调查就5个方面的内容8个问题对我校卓越班的低年级学生做了问卷调查.

表1 研究性学习的类型和相应的学习过程

2.3 调查结果

调查结果如表2.

表2 关于研究性学习的调查问卷及其数据分析

2.4 调查问卷分析

从调查结果可以看出以下两点.

(1) 大学低年级学生对研究性学习的必要过程的准备不充分.主要表现如下：

1)无论是一年级还是二年级，对研究性学习方式或活动了解的比例都比较小，分别只有11.1%和12.9%.

2)对于以小组为单位的一些大学生创新活动等，参与的学生总体比例还是比较低.一年级的作为主要成员和非主要成员的比例为8.1%和8.9%，二年级的比例分别为20.7%和25.0%.

3)对文献的检索来源，无论是一年级还是二年级的学生大多数选择百度或Google，使用数据库的比例比较小，一年级的47.4%和二年级的34.3%的学生没有使用过数据库.

4)在自主学习方面，学生对自我的评价不高，一年级的49.6%和二年级的41.4%的学生认为自己的自学能力一般；还有一年级的8.9%和二年级的12.9%的学生自评自学能力很差.

5)在资料的整理和论文撰写方面，46.7%(一年级)和47.9%(二年级)的学生没有写过课程论文.

从以上的调查可以看出，我校卓越班的低年级学生对于研究性学习中的小组合作、文献检索、自主学习及撰写论文等必要过程的准备并不充分，这样在高年级的开展研究性学习的成效就会大打折扣.

(2) 开展研究性学习有助于学生研究性学习能力的提高.

从调查结果还可以看出，参加过研究性学习的学生相对于没有参加过研究性学习的学生的研究性学习能力是提高的.调查问卷中发现，问题2的选项A的学生中对问题1的选项为A和B比例很大.即在中学参加过研究性学习课程的学生有47%(一年级)和50%(二年级)的学生对研究性学习方式是了解的；有53%(一年级)和42%(二年级)的学生对研究性学习方式是听说过的.

3 大学低年级的研究性学习的调查对大学物理教学的启示

作为一种学习理念，研究性学习应该贯穿在所有的教育阶段和不同的课程当中.大学低年级的公共基础课的学习和教学中也应该渗透研究性学习的理念，从而养成大学生的研究性学习方式.那么，大学物理教学中应该开展怎样的研究性学习呢？

从表1可以看出，三个“三基于”研究性学习过程中都包括文献检索、学生分组和小组合作、自主学习以及课堂交流.因此，大学物理教学的过程中，可以围绕着培养学生的自主学习、文献检索和观点组织整理以及小组合作学习等方面组织实施研究性学习.

3.1 自主学习

自主学习是指学生在教师的安排和指导下，自主进行学习，完成规定的学习任务，达成预期的学习目标.自主学习的自主性表现在学习内容、学习时间和学习方式等方面的自主，即学生可以在教师预先设计的学习专题中自主地选择感兴趣的内容；可以自主安排时间进行课外研究性学习；可以自主选择研究性学习的方式，等等.

在大学物理课程的学习过程中，学习内容如果能够以问题的形式呈现并具有可研究性，学生通过文献、讨论、向教师求教等多种学习方式自主完成，都可以作为研究性学习内容.比如,物理理论在生活和现实中的应用；物理知识在深度和广度的拓展；物理研究方法在后续内容的迁移,等等.

3.2 课堂合作学习

当今的社会是一个高度系统化的社会，很多工作常常通过许多人的通力合作来完成.科学家和工程师大都以小组的形式工作，很少单枪匹马.因此，培养学生的合作能力很有必要.小组合作学习是学校里培养合作能力的一个重要途径.在我国的大学里，小组合作学习的形式主要是以小组为单位的参加各种比赛和创新活动，如大学生创新活动(2～5人)，全国大学生电子设计竞赛(3人),大学生数学建模比赛(3人)等等.但是，这些创新活动或者比赛都是针对优秀学生的.从我校的调查结果可以看出，目前,我校卓越计划的车辆工程专业的大学一年级学生中只有17%的学生参加，即将升入大学高年级的大学二年级只有20.7%的学生作为主要成员参与过这样的小组合作活动，有54.3%的学生没有参与过这样的小组合作活动.

仅仅靠通过参加比赛或者创新项目，学校不可能给所有学生提供合作学习的机会，因此，很有必要在日常的课程学习中开展课堂合作学习.比如，学生以小组为单位组织一个课程内容的学习，或者探讨用不同方法解决一个题目等等.

3.3 设置研究性的习题作业

受中小学应试教育的影响，我国大学生们习惯于被动地接受教师传授知识，习惯于做具有明确答案的作业.一旦要求他们自主学习知识并通过查阅文献和运用知识解决问题时，其中有不少学生会无所适从.除了知道查找书籍和网络百度，绝大多数学生都不善于使用大学图书馆.很多学生不知道学术刊物和大众杂志间的区别，也意识不到学术期刊对学者的重要性.因此，每一学科的教师，包括大学物理教师，都有责任教给学生如何寻找需要的资料和分析所得的资料，建立自己的论点和论据并做出判断，培养学生的基于论证的思辨能力.

要想培养学生的文献检索和观点的组织整理能力，在大学物理的作业中设置研究性的习题作业很有必要.要想开展好这方面工作，首先,要有教学素材.在我国的大学物理教材中，几乎没有这方面的习题作业.为此，在编写我校的卓越班教材时，我们尝试着编写研究性的习题作业.主要有以下几个方面：

(1)用物理知识解释现实世界

比如，长久以来，很多人相信从摩天大楼上落下的一枚硬币，如果击中一个人的头部会要了这个人的命，但美国科学家最近进行的一项研究表明，这种说法只是一个谣言，毫无科学根据，城市里的人可以放心大胆地在摩天大楼下方穿行.你认为这是一个谣言吗？如果落下的是一个圆珠笔呢？写出你的观点并加以论证.

这类关于实际现象的解释和分析的问题作业，有助于学生更好地理解现实世界，从而更好地理解物理知识.

(2)没有标准答案的开放性问题

高科技一方面在为人们的生活提供方便的同时，另一方面也给人类的生存带来了很多负面效应，为了促使学生更加关注物理与技术、社会的关系，我们编写了如下的题目：

2011年3月日本福岛核电站事故，在中国及其他国家引起了“抢盐”现象，核辐射到底有多可怕呢？核电站走向何处？查找文献，给出你的观点和证据，并解释以上的现象.

这类问题没有标准答案，需要学生提出观点，寻找证据并支持自己的观点，同时，对现实问题做出自己的决策.一个未来的卓越工程师，必须具备强烈的社会责任感，重视并处理好科学、技术和社会之间的关系.

(3)改写常规习题，用文字解释对物理概念和规律的理解

常规的物理习题是给出题目，学生通过数学推理得到标准答案.为了培养学生的观点组织能力和基于论据的论证能力，对于常规题目要加以改写，让学生用文字解释对物理概念和规律的理解.

例如,高斯定理将曲面表面上的场强与曲面内部的电荷联系起来，但这一曲面上的场强一定受到该曲面外部电荷的影响，你是怎样理解这个问题的？