基于建构主义的物理演示实验教学探索与实践



基于建构主义的物理演示实验教学探索与实践

大学物理实验课是对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端[1]。实验课帮助学生将大学物理理论与实际联系起来，主要目的是培养学生的动手能力、科学素养、创新能力等多项素质。空军航空大学在实验中心成立后，大学物理实验作为一门核心必修课程单独开设。由于改革过程中学时分配调整，大学物理实验课学时缩减，这使得实验课程留给学生自主发挥空间有限，尤其在创新能力培养上显得力不从心。

近年来随着对实践教学的重视程度不断加强，通过投入资金建立起大学物理演示实验室，使演示实验实现了从附属于物理理论教学到独立设课的飞跃发展。大学物理演示实验作为大学物理实验课程群建设的一部分，是对理论和实验教学的双重补充。针对演示实验教学开展研究和实践有利于全面提升学生的实践能力。

一、演示实验室建设

在以往的教学中，教育者对演示实验不够重视，演示仪器数量较少，也没有专门的人员管理和维护。只有部分物理理论教师为提高教学效果，把便于携带的小型演示仪器当作辅助教具在课堂上展示。演示实验只是起到对原理单纯的验证作用，是理论教学的附属品。

二、应用建构主义教学的基础

目前，大学物理演示实验已列入了学生的选修课程。为实现大学物理实验教学目标的拓展和深化作用，演示实验教学中提倡教师鼓励和引导学生自己动手、观察实验，培养独立思考和分析问题能力。这样的教学设计理念与建构主义理论相符。

建构主义教育理论提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用，教师是意义建构的帮助者、促进者[7，8]。因此，演示实验选修课的教学组织可以借鉴建构主义教学理论实施设计，实现学生把外界所提供的信息整合到自己原有认知结构内，在同化和顺应过程中完善知识体系，实现知识的自我建构。建构主义教学的实现需要由教师和学生的双方的知识和能力基础以及教学资源作为支撑[9]。

（一）人员知识和能力基础

建构主义应用的教学需要学生具有原有的认知结构，对于实验课而言就是有一定实验基础。选修大学物理演示实验

的学生已完成了大学物理理论和大学物理实验课程的学习，具有相关的理论知识储备，并且已接受过基础性、综合性和设计性实验的训练，了解实验规则，掌握了一定的实验的技术和研究方法。

对教师而言，在实验教学中能够引领、指导和启发学生。演示实验的任课教师实验教学经验丰富，致力于实验教法创新和教学改革研究，均承担过大学物理实验教学任务，和学生有了一学期的接触，与学生建立了良好的师生关系，可以与学生进行无障碍的沟通，并且掌握学生实验学习情况。因此，学生和教师的知识结构和融洽的关系为开展建构式教学奠定了基础。

（二）教学资源基础

除了校园网上的数字图书馆提供海量的电子文献和图书，实验教师为学生自主完成学习准备了丰富的参考资料。实验中心组织教师通过参考仪器说明书、查阅大量资料，编写了针对演示实验项目的电子教材。教材内容简练，弱化了理论方面的讲解和推导，强调实验方法和注意事项，并提出关于实验应用和拓展的相关问题。另外，教师们还搜集了大量的视频、图片和文献资料。所有资料在校园网上共享，供学生下载学习。

三、演示实验教学设计

（一）自主学习策略设计

他的身体如出膛的炮弹，猛地朝着远处那团红影射过去。身在空中，六只节足盘绕拧转，合成了一柄巨大的尖锥。这柄尖锥将盘旋的黑风撕开一道豁口，破开前方密密麻麻拥上来的骷髅头，直射天葬师！

建构主义指出学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程。为构建自主学习环境，演示实验教学采用小班授课方式。学生5至7人为一个学习组，每组配备一名指导教师。教师在课堂上不讲授内容，而是采用任务驱动法，将实验项目的讲解任务分配给学生。

在上课一周前学生接收到教师发来的学习任务单，任务单包括下次课要完成的实验项目名称，要求学生在课前通过阅读电子教材和查阅相关资料了解实验目的、原理、分析仪器构造、实现过程、实验是否有改进方法、与实际应用的联系及相关发展前景等问题。要求学生不一定局限于任务单，可依据个人体验和经验进行学习、总结。并且，每个学生要根据的学习成果制作用于讲解实验项目的课件。小组组长负责组织小组交流、讨论，记录小组活动情况并搜集课前疑难问题。这样，学生作为一个小教师，要想在课堂上清晰讲授和操作实验，必须备课，在课前查阅资料、自主学习，做好充足的准备。

（二）课堂交流环节控制和情境创设

演示实验教学区别于普通的课堂教学，是在演示实验室进行的，是民主型课堂。实验室内没有讲台，教师和学生在仪器旁面对面交流，教师和学生的地位是平等的。在教学过程中，借鉴“翻转课堂”的形式，教师将课堂交给学生[10，11]。学生一边利用笔记本电脑播放自己制作的课件，一边对照仪器讲解实验，并为小组成员们做实验操作演示。在一个实验讲解完毕后，组内其他学生要做补充讲解、或纠正、或质疑，这个环节每名学生都参与进来，并且对有争议的问题展开讨论。教师在课堂交流期间要控制好学生的讲解和讨论时间，同时也参与讨论，在讨论中教师的发言要起到引领、拓展和激发学生思维的作用。例如在学习“最速降线”这个实验时，学生通过定性地分析小球在不同轨迹上的速度变化来说明耗时上的差异，而教师提出如何去定量地证明这个结论。学生们收到教师的启发通过课后查找资料深入探究，找到了费马原理、二阶微分等多种证明方法。就是通过类似这样的启发和引领，学生思维得到深度挖掘，同时保证了教学进度和交流的高效性。

另外，在课堂上教师要善于利用多媒体元素创设情境，充分调动学生的积极性，提高学生学习兴趣[12]。例如，在学习“科里奥力”实验前，教师播放了一段电影《金蝉脱壳》的视频，电影中美国影星史泰龙通过马桶下水的旋转方向判断出身处的海上监狱是在南半球还是在北半球。这段视频使学生非常兴奋，引起热烈的讨论，学生们对于南北半球的科里奥力不同特征进行了分析。这样的情境创设也使学生意识到，对于知识的学习并不一定是完全在课堂中完成的，还可以把知识的建构延伸到生活中、甚至是娱乐中。

（三）课程论文设计

课程论文设计是深入挖掘学生创新思维的有效手段。在完成所有演示实验项目的学习后，教师要求学生利用三周时间完成一项实验课题，并提交论文。论文课题是自拟的，主要围绕三个方面选题：一是关于某个演示实验在理论上的推导和研究，二是提出对某个演示实验方法或仪器的改进措施和方案，三是利用实验室现有材料和仪器设计或制作简易的演示实验仪。每个实验课题可有1至2个完成者。实验室提供给学生常规的测量仪器、元件，并对学生全天开放，为学生完成制作类课题提供方便。

经过近两年的实践教学发现，在选题方面多数学生倾向于仪器改进和制作类。学生在制作过程中样机的搭建除了利用实验室现有元器件，还在生活中寻找各种可利用的材料，如饮料瓶、纸壳、泡沫等。考虑到实验成本和实现难易程度，学生们大多选择制作与电磁学相关的作品，如制作多用表、风力发电机、特斯林发动机等。

学生表现出极大的积极性。在完成课题的三周时间里学生一有空闲就到实验室改进和验证方案，与教师和同学探讨问题。在这个过程中，学生们真正体验到科学研究的过程和快乐。在最后一次课上，安排学生对所完成的课题论文进行答辩。每个课题小组推荐一名代表学生介绍课题的设计、展示制作成果，在讲解完毕后设置有师生提问和讨论环节，并最终归纳修改意见反馈给课题小组。

（四）评价方式

课程评价方式不仅要体现课程目标，还要体现公平性、民主性。选修演示实验的学生成绩由三部分组成：一是课堂表现占50%。在每次课教师对学生出勤、课堂发言和参与讨论情况做记录，依据学生表现给出平时分。二是课程论文完成情况占30%。教师依据学生完成论文的工作量、付出的努力和论文质量给出评分。三是小组内互评占20%。小组成员根据平时组内讨论、学习情况给组内其他成员打分。

四、教学效果

演示实验选修课上教师将课堂交给学生，每名学生每堂课都有讲解实验的任务，并要求对其他学生的讲解提出质疑和见解，学生在教学的中心地位得到充分的体现。在学习任务的驱动下，学生感受到自身职责所在，自学变得积极主动，参与交流和讨论的意识强烈。教学过程中，学生锻炼了表达能

力，也增强了科学严谨性。通过这样的小组教学模式，教师可以完全掌握每个学生的学习情况，有依据对学生进行评价。教学取得了良好的效果。通过完成课程论文，学生掌握了维修仪器和制作技能，创新思维被激发，对改进仪器提出了自己的想法。有几个课题小组在课程结束后自发组成团队继续完善论文设计和制作，并将自己的创新作品申请参加了校内和军队的创新竞赛。其中学生的创新作品在首届和第一届“八一杯”军队院校大学生物理科技创新竞赛中获得一个“一等奖”，三个“二等奖”和五个“三等奖”。

五、结束语

经过基于建构主义理论的教学模式实践，在演示实验选修课堂上教师和学生角色的改变，自由的交流、讨论使学生自主性得到了发挥。学生都认为通过演示实验课程自主学习能力、协作能力、实验相关能力得到提升，激发了兴趣。本项改革实践是建构主义理论与实际教学的结合的产物，取得了良好的效果，同时也存在一些有待完善的地方。本项实践给予我们的启示是作为教师要不断加强自身的教育教学理论学习，在今后的教学中以教育理论为指导，共同努力开拓实验教学方法和模式创新，实现人才能力培养目标。

参考文献

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[3]许世军，任晓玲.基础物理演示研究型多功能开放实验室建设[J].实验室研究与探索，2005，24（8）：112-114.

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[11]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）：46-51.

[12]陈亮，吴亚丽，韩旭.将建构主义思想引入物理演示实验教学[J].物理通报，2006，9：36-37.

孙艳刘旺盛张立中
（空军航空大学实验中心，吉林长春130022）

摘要：建构主义是继认知主义后更强调学生主体作用的学习理论。为了让演示实验在学生能力提升方面发挥更大的作用，探究了在建构主义理论指导下的演示实验教学模式的相关问题。建构主义为演示实验教学提供了理论基础和参考策略。教师的角色由知识灌输者转变为教学的组织者和学习促进者。实践证明通过任务驱动法和学习情境创设，学生学习的主动性得到提升。通过积极参与课堂协作、讨论和设计课程论文等一系列活动实现了学生知识的深化和自我建构，取得了良好的教学效果。

关键词：演示实验；建构主义；教学实践

Abstract:Constructivism is a learning theory developed after cognitivism emphasizing the main role of students. In order to make demonstration experiment play a bigger role in students' ability cultivation, this paper explores demonstration experiment teaching mode guided by constructivism theory. Constructivism offers theoretical basis and reference tactics to demonstration experiment teaching. Teachers are the helpers and promoters instead of the impart-ing of knowledge. The practical research finds that students' proactivity is improved by the task-driven approach and the creation of learning environment. Students are deepening their knowledge and self-constructing themselves through a series of activities such as cooperation, class discussion and course paper design. The practice achieves good teaching effects.

Keywords:demonstration experiment; constructivism; teaching practice

作者简介：孙艳（1982-），女，吉林长春人，硕士，实验师，从事实验教学工作。

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）02-0181-03