立体式知识输出作业在大学物理教学中的应用探索*

黄喜强 张伶莉 王晓鸥 刘志国 曹永印 时红艳 王 旸 王先杰 孟庆鑫 张 宇

(哈尔滨工业大学物理学院 黑龙江 哈尔滨 150001 )

1 引言

国际21世纪教育委员会向联合国教科文组织提交的报告《教育——财富蕴藏其中》指出:为了适应不断变革的世界,教育要使学习者“学会认知、学会做事、学会共存、学会生存”,这被称为学习的四大支柱[1]．这也是我国全面推进素质教育要努力实现的培养目标．大学物理课程作为工科院校的必修基础课,课程改革必须朝着这个方向进行．课程作业是教学活动的重要环节．学生通过完成作业可以强化知识和技能,教师通过批改作业可以了解学生情况,为教学计划调整提供依据．因此,如何有效利用作业这个平台,充分发挥其应有的作用,是大学物理课程改革的一个重要的方向．

知识输出(knowledge output,简称KO)是知识的应用、传播和再创作过程的总称．对于学生来说,回答问题、做作业、给别人讲解等过程都属于知识输出．知识输出是非常重要的,它有助于知识资源的整合、反思、记忆和掌握,以及提高学习效率等[2-3]．实现知识输出的方式可分为3种:文字书写、语言表述和肢体动作．若同时实现两种以上方式,则可称为立体式知识输出(stereoscopic knowledge output,简称SKO);而仅实现某一种输出方式,则称为平面式知识输出(planar knowledge output,简称PKO)．采用SKO作业教学策略是使学生获得学习四大支柱的可行方式,利于全面考查学生的能力,也有助于教师全方位了解学生知识盲点,进行教学调整．近年来手机等电子产品以及互联网平台渗透到我们的学习生活中,这也使得课后进行SKO活动得以实现[4-6]．前人在大学物理作业改革方面已经做了大量的工作,在作业形式、设计等方面取得了较好成效[7-8],但在诸多作业形式中还很少强调SKO过程．课后SKO作业具有传统纸质作业无法实现的功能．传统大学物理纸质作业虽然有着形式稳定,答案客观统一,利于应试等优点[9],但是纸质作业仅实现了学生“文字书写”的PKO过程,无法实现“语言表述”和“肢体动作”等方式的SKO过程．

本文在前人工作的基础上,在大学物理作业中加入 SKO元素,实施一种关于大学物理课程SKO作业的教学策略,获得在传统纸质作业中难以获得的信息,全面了解学生学习动态,及时进行教学反思,针对性进行辅导,使学生更加深入地理解物理概念和物理过程,促使学生建立清晰的物理图像,同时提升其知识输出表达能力和应用能力．此教学策略是以作业为导向,促使学生“学会认知、学会做事、学会共存、学会生存”,获得学习的四大支柱．此教学策略也受到学生的喜爱,给与他们充分展示和相互协作、自行探索的平台．

2 SKO作业的教学实施过程

2.1 SKO作业的设计

2.1.1 基于物理概念和理论的SKO作业设计

传统纸质作业实现的是文字书写的PKO过程,往往要求回答出问题的一些要点即可,会略去一些问题细节的分析．SKO作业并不是将纸质作业简单地念出来或背出来,而是要将整个问题的思路讲出来,这就需要不仅回答出问题要点,还要将问题给听者讲解清楚,类似给听者讲课．因此,SKO作业的考查要求更高,考查点也更细化、更全面．有的学生理解得不够透彻,可能做纸质作业分数很高,但要把题目讲解出来,就会暴露出很多知识盲点和欠缺的能力,这一点相信诸多教育工作者们深有同感．

基于物理概念和理论的SKO作业主要选择包含丰富物理概念、物理过程和物理原理的题目,增加问题综合性,这样更容易考查学生的知识逻辑和思维能力,也可考查和锻炼学生的讲解和语言表达能力,容易使学生暴露知识盲点,方便教师调整教学．这类作业可分为两类,即语音作业与视频作业．例如让学生语音讲解:杨氏双缝干涉实验中,普通光源与双缝之间存在一个单缝,那么这个单缝的作用是什么?或者视频讲解:两个玻璃片构成一个空气劈尖,用普通光源照射的话为什么一般只考虑劈尖区域的薄膜干涉,而不考虑玻璃片本身的薄膜干涉(即玻璃片本身上下表面反射光线间的干涉)?这样的题目看似与往常的纸质作业区别不大,但在完成作业的过程中,对学生的知识逻辑、语言表达、总结能力等有更全面立体的考查．

2.1.2 基于理论联系实验的SKO作业设计

物理学是一门实验科学,理论与实验相互结合,才能达到好的教学和学习效果．此类SKO作业中涉及了实验设计、操作和讲解,亲自动手设计激发学生的学习兴趣,使学生对知识的理解更加深入．在小组分工合作中,学生也学会关心、学会分享、学会合作,进而学习社会交往的思维．对于这类作业,可以要求学生针对力学(光学、热学、电学、磁学)等知识,自行设计实验,录制并上交一个视频文件,视频中要求在实验操作的同时,讲解实验设计、原理、操作及现象．

需要注意的是,本作业不仅要求学生将实验操作通过视频展示出来,最关键的是需要学生将这个实验的内容和物理原理讲解清楚,实现“肢体动作+语言表述”的SKO过程．在这个作业的完成过程中,使学生不仅学会认知,学会做事,也让他们通过合作学会共处、生存．

2.1.3 基于实际应用的SKO作业设计

对非物理专业的学生来说,学习大学物理课程时,与实际应用联系起来至关重要,能让学生体会到学以致用,提高学习兴趣和应用能力．例如可以要求学生以小组为单位,准备一个关于大学物理电磁学知识实际应用的报告,内容包括此应用所涉及的物理概念、物理理论、应用原理、应用前景等,并要求小组选出代表在课堂上给全班同学进行讲解和分享．

以往此种报告式作业,通常上交一个纸质报告即可,即仅实现了文字书写的PKO过程．然而,这里的SKO作业加入了学生现场讲解报告的环节,是对学生各方面能力的全面锻炼与考查,对学生提出了更高的要求．

2.2 SKO作业的评价与反馈

作业的评价与反馈是教学的重要环节．学生在完成SKO作业的过程中,会暴露出一些在纸质作业中难以暴露的细节问题,教师在评价批改时,应予以重点关注．具体如下:

(1)暴露物理概念理解方面的细节问题

上面语音作业实例中,通常的纸质答案中把单缝的作用归结为减小光源宽度,也就是把单缝看作光源．然而单缝不发光,怎么能看作是光源呢?看作是光源的哪一部分呢?事实上,实验用的普通光源上的所有点发出的光,初相位随机分布,根据惠更斯原理,它们在单缝中的某一点处相遇并发生非相干叠加,造成此相遇点处的初相位是随机的,这样单缝就可看作是一个宽度为缝宽的普通光源．关于这个细节问题,有的学生并没有给与讲解,这说明对光源这一物理概念的理解还比较模糊,不够深入,我们必须加以强调．

(2)暴露物理原理理解方面的细节问题

仍以上面语音作业为例,光源上不同点发出的光,在屏上产生的干涉条纹不重合,相互错开最终导致屏上条纹可见度为零,纸质作业中通常回答到此种程度即可．然而学生在语音作业中要想进行深入的讲解,必须将很多细节上的原理讲解清楚．比如:需强调光源上不同点发出的光为非相干光,所以它们各自在屏上的干涉条纹间的叠加不会另外产生干涉现象,属于非相干叠加,即光强的叠加．有的学生在讲解过程中遗漏了这样细节上的原理讲解,而这种遗漏在纸质作业中很难被发现．

(3)暴露物理过程理解方面的细节问题

以上面视频作业为例,有的学生在画光线时,逆着光的传播方向画;还有的学生在讲解两条光线间的光程差时,所指的光线不是光程差所对应的那两条光线;还有的学生在指出干涉条纹时,指的地方却不是干涉条纹定域的地方(劈尖表面),而是远离定域的位置,这些都表明了学生对物理过程的理解存在着问题和偏差,然而学生写出的公式及结论往往是正确的,这使得问题在纸质作业中很难暴露．

(4)暴露表达能力方面的问题

在大学物理教学过程中,学生表达能力的培养也是重要的一环,这里的表达能力主要体现在知识输出方面．好的表达能力,不但有助于知识的融会贯通,还有利于日后的复试、面试、学术交流等工作．教师在批改SKO作业的过程中,通过学生表达的节奏、重音、抑扬顿挫,能够判断出学生的表达能力强弱,甚至能大概判断学生对知识理解的深入程度．这一方面的信息也是在纸质作业中难以获得的．加强这方面的培养,有助于提高学生的表达能力.

(5)暴露学习态度方面的问题

有的学生在完成SKO作业时,仅仅把纸质作业答案或写好的报告念出来或背出来,没有去试图讲解,实质仅仅完成了文字输出的PKO过程,不是一个SKO过程．还有的学生在演示实验设计的SKO作业中,仅仅有实验操作,却没有讲解,也不是一个SKO过程．这样,SKO作业就失去了意义．这些行为也在某种程度上暴露了学习态度问题,而如果交纸质作业的话,他的答案往往却是正确的,学习态度问题很难暴露．

学生完成SKO作业后,通过教师评语和观看优秀作业展播得到反馈,寻找差距和知识盲点,全面提升自己．教师利用SKO作业的反馈,能够得到较全面的教学信息,把握学生的学习动态,为后期的教学反思提供重要素材和依据．教师还可根据SKO作业中发现的问题,课后进行有针对性的教学辅导,进而实现教学的有的放矢．

3 关于SKO作业策略实施的调查问卷统计结果及分析

为了进一步了解学生对SKO作业策略的反应,我们对学生进行了问卷调查．问卷中列出了6个问题,调查学生对SKO作业的态度、SKO作业对学生的影响、学生完成一个录制视频的SKO作业的时间以及学生认为布置的SKO作业的合适次数．表1给出了学生的问卷反馈．从学生的反馈中,可以看出学生对SKO作业很感兴趣,以及SKO作业对其学习的帮助也比较认可．虽然完成SKO作业相对来说需要耗费的时间较长,但学生还是希望每学期多布置几次,普遍认为是2～3次．教师可以根据教学的需要布置不同形式的SKO作业,进行相关教学活动．让学生在完成作业的过程中,充分得到锻炼,获得学习的能力.

表1 关于SKO作业策略的问卷调查

4 结束语

在大学物理教学中引入SKO作业,实施立体式知识输出作业策略．通过这样的作业设计与布置,引导学生不仅学习知识本身,更重要的是在共同知识内化的过程中,相互促进,学会做事、学会共存、生存,获得学习的四大支柱．实践表明这样的作业有利于学生对知识点的深入掌握,提高学生的知识输出表达能力,有助于教师了解学生的学习动态,及时发现教学中存在的问题,受到学生的喜欢．