基于认知学徒制理论的大学物理实验教学实践探讨

周晓红+刘国营+张琴

摘要：文章将认知学徒制理论应用于实验教学，分析了该理论应用的可行性，并以“液体表面张力系数的测定”实验为例，开展了实证研究，通过意见与建议收集、跟踪访问等方式总结了认知学徒制应用于实验教学的积极效果，同时剖析了在研究过程中的困难，并针对性地提出了解决办法。由此得出结论，认知学徒制教学方式对大学物理实验教学质量的提高和学生科学实验能力的提升均具有积极推动作用。

关键词：认知学徒制；大学物理实验；实验教学质量；实践创新能力；科学实验能力

0 引言

受应试教育以及现行评估体系的影响，人才培养方案过于强调理论体系的完整，削弱了实践类课程的比例，重理论，轻实践，导致培养的学生动手操作上技能不足，出现了“知行分离”的境遇。大学物理实验是学生进入大学后接受的第一门实践类课程，实验操作中“依葫芦画瓢”、实验技能不足、学生主动性不够等现象频出。大学物理实验是各学科科学实验的基础，为了改善实验教学中理论与实践脱节的现状，提高大学物理实验教学质量，将认知学徒制理论用于大学物理实验进行教学探索，旨在从中获得启示，为提高学生工程实践能力提出一种新的有效的教学模式。

1 研究基础

1.1 理论基础

认知学徒制是将传统学徒制方法中的核心技术与学校教育整合起来的新型教学模式，由美国认知心理学家柯林斯和布朗等于1989年提出。该理论鼓励学生在完成任务的过程中，通过讨论、小组问题求解等方法将复杂的认知过程外显化，以促进自我修正和自我监控等元认知技能的发展。它克服了学校教育中知识与技能脱节的缺点，能促进学习者高级思维技能的获得和知识的迁移，从而拥有解决复杂任务的能力。

认知学徒制模式包括四个基本构成元素：内容、方法、序列和社会性，这四个元素组合在一起，就可以为创设认知学徒制的学习环境提供有价值的思维框架[1]。

1.2 实践基础

任何教学理论的提出都有优点，也有缺点。认知学徒制理论提出多年并未得到大面积的推广应用，主要原因是需要较小的师生比，这样才能达到预期的效果。大学物理实验教学采用开放式预约管理，学生通过“大学物理实验预约系统”自行预约实验项目和时段，每个实验项目开放10台套仪器，容纳10名学生预约，实行一个学生一台套仪器的运行模式，在教学环境上符合认知学徒制关于“需要较小的师生比”的要求，实验教学本身属于情景教学的范畴，学生在真实的实验环境里下采用认知学徒制的的教学模式，将认知学徒制不能大面积推广的的劣势转化成优势。

认知学徒制在诸多领域进行过尝试，并且获得了丰硕的成果。在教师培训领域，广西省成立了特级教师工作坊；在教育教学、职业教育和医学领域等方面也开展的如火如荼，为本研究的开展提供了实践参考。

2 认知学徒制应用实践探究

参与对象：湖北汽车工业学院2015级选修物理实验的学生

实验时间：2016年11-12月

参与人数：每个实验容纳学生为10人/次，每周实验次数为6次，则每周参与实验的学生人数为60人，共计4周，约240人

教学内容：液体表面张力系数的测定，知识点分解如图1所示

图1 实验知识点分解

2.1 建设学习共同体

教师和学生组成了学习共同体，具有共同目标。学生在示范、案例讲解的基础上，通过观察、清晰表达等活动产生知识理解与掌握，促进知识融合；教师从旁指导，产生更高的帮促性的教学技巧，教师与学生在这种教学模式下共同成长进步，形成“螺旋式”双向互动。

参与此次教学改革的教师是有10年教龄的专职实验教师，获得过院教师讲课比赛第一名、指导学生参加“湖北省创新实验竞赛”，并多次获得奖项，具有扎实的理论功底和实践指导能力，在此次试验中担当“专家”的角色，指導“新手”学生从事“有意义的研究”。

每次实验参与学生为10人/次，每5人一个小组，分组方式可以根据所预约实验的设备号进行分组（1-5号第一组，6-10号第二组），在分组前调取每个学生上学期的大学物理实验成绩，根据上学期的表现每组指定一名学生为小组长，便于成员间的协调。学生在活动中通过观察、清晰表达以及与指导教师、团队成员间的互动等活动，完成从“新手”到“专家”的转变。

2.2 方案设计

“实验时间”为一个学年的下半学期，学生修读过半年的物理实验课程，熟悉实验教师的上课模式，故教师示范略有提及即可。

2.2.1准备阶段

每次实验前，教师将参与学生召集，各组长要能够带动本组成员积极备战，通过看书、上网查阅资料、到实验室进行操作演习等方式熟悉实验内容。

2.2.2清晰表达阶段

为了达到实验效果，准备阶段5名学生要熟悉整个实验流程和所有内容，知识点不分配到个人；学生主讲授课时，知识点随机分配到个人，每人负责讲解某一个知识点，其他人员可查漏补缺。

2.2.3反馈阶段

在反馈阶段，小组成员可以对其他成员进行内容或者方法补充；教师对10名（两组）成员分别进行评价，查漏补缺。

意见反馈完毕，各学生回到自己实验桌前，完成书中要求的实验操作与数据测量。实验数据采集完成后，学生离开实验室，完成实验报告的数据处理部分，另加一项写出对“认知学徒制教学方法的感想与意见”，替代传统的问卷调查方式。

3 认知学徒制应用实践效果分析

3.1 取得的成果

认知学徒制教学方式进行了一个月的改革试验，共有240名学生参与其中。结合学生当堂表现、提交的实验报告反思和跟踪其后续实验的表现等，教学效果分别如下所述。

3.1.1课堂表现

结合学生授课讲解与实验操作的表现，总结出以下几个方面，如表2所示。

3.1.2 实验报告反思

在实验报告处理时，添加了对“认知学徒制教学方式改革的感想与意见”这一项，学生根据课前准备、课堂授课以及数据测量等环节的体验，写出自己对该教学模式的意见和建议。通过一个月的试验，认知学徒制教学方式获得了学生的一致好评，综合240位同学的报告，得出以下结论：（1）克服了以往“知行分离”的学习窘境。大部分学生写到，在新的教学模式下，为了能够清晰表达出游标卡尺的使用方法，并读出正确的数据；（2）传统的实验教学模式是，学生观看指导教师演示，然后自己进行操作，是“依葫芦画瓢”的模式，实验过程中不主动思考，更像是完成任务；通过新的教学方式，在讨论中学、在讲解中领悟、在操作中实践，培养了独立探究、自我解决问题的能力；（3）认知学徒制培养了学生团队合作意识，在课前准备阶段，小组讨论，共同研究解决，团队每个成员都能对别人起到帮扶作用。在学生授课阶段，清晰表达出实验原理、实验目的等内容，对学生综合素质的提高也起到一定的作用。

3.1.3 跟踪调查

这里所说的跟踪调查，是指实验结束1个月后，对学生进行的访谈。在大学物理实验教学中经常遇到的问题是学生一周前做的实验，一周后再来做，可能就全忘记了，究其原因就是学生在实验过程中对整个实验过程和现象没有全局把控，遇到问题，做一步问一步，没有主动思考所遇到的问题，没有形成“关联思维”，造成做完就忘。课题组选择50名学生来进行同一个实验项目的操作，大部分同学能够熟练做出相关内容，效果较好。在跟踪调查中，学生也反映，一个实验项目认真完成，对其它实验项目也会有很大帮助，由此可见，认知学徒制教学模式能够使学生的知识系统化，对所学知识进行精加工，实现知识点的远迁移。

3.2 出现的问题及对策

（1）教师层面。大学物理实验教学实行开放式预约管理，同一时段的学生可能来自不同的学院和班级，在召集学生集中分配任务开会时，需要找到各学生的联系方式，提前一周约定时间集合商讨上课细节，分配教学任务，这无疑给老师增加了较多的工作量。经过一段时间的摸索，发现QQ或者微信的方式可以有效解决这一问题，而且学生在后续的专业学习如果有任何问题，也可以通过这个方式与实验指导教师联系，俨然成为学生的“学业导师”。

（2）学生层面。每个学生在报告中都提到同一个问题，就是在花费在大学物理实验上的時间较之前多，这样留给其余课程的时间无形中就减少了。为此，课题组在讨论之后决定，缩短学生准备时间，可以通过互助小组的方式来减少实验准备的时间，上一个小组与下一个小组之间打通，即建立一个共同的QQ群或者微信群，如果是查询同一个资料，已经做过该实验的同学可以提供相关资料或者视频供其他同学参阅，学生把精力放在实验的理解和讲解上，这样就能大大提高效率，同时也不耽误其它课程的学习。

（3）成绩评定。传统的实验教学模式已形成一套完善的成绩评价体系，结合学生的实验操作与数据记录给分。在认知学徒制的教学模式下，学生比以往花费了更多的时间和精力，在操作与数据测量方面较之以前有很大的进步，在成绩评定上就不能依据以往的标准进行评价，需要形成一套新的与之相符合的评价体系，这也是实施认知学徒制教学方式急需解决的课题之一。虽然还没有形成体系，不过课题组教师根据以往的评价体系，增加了“实验准备”与“实验讲解”的部分，分别并入到“预习成绩”与“操作成绩”中，学生对此无异议，期望以后能有更好的考核方式。

4 总结

通过本次对240名学生在大学物理实验中的实证研究表明，认知学徒制为促进教学方式改革，实现学习过程中“知行合一”，为学生发展专业技能和提高工程实践能力提供了一个全新的视角，适用于所有实践类课程的教学。该理论使学生能够在任务中发现问题、分析问题、解决问题并逐步提高综合应用所学知识和技能解决实际问题的能力，能够培养学生积极主动的探索和团结协作的精神[1]。

参考文献：

[1]陈家刚.认知学徒制研究[D].上海：华东师范大学教育科学学院， 2009

[2]李永涛，毛巍威，刘猛洪，等.提高大学物理实验教学质量的思考[J].大学物理实验，2013，26（1）：117-119.

[3]张思，刘清堂，熊久明.认知学徒制视域下教师工作坊研修模式研究[J].中国电化教育，2015（2）：84-89.

[4]陈暄.基于认知学徒制的虚拟学习情境的设计与实践[J].职教论坛，2016（26）：72-75.

[5]蔡青，胡永金，李星星，吴云沛，等.基于MOOCs的大学物理实验教学改革[J].实验室研究与探索，2016，35（9）：177-180.

作者简介：周晓红（1982.06-），女，湖北枣阳，湖北汽车工业学院实验师，硕士，研究方向为物理实验教学.