高中物理实验教学中学生自我监控活动的探讨①

王 震 丁永文 杜 木

(辽宁师范大学物理与电子技术学院,辽宁大连 116029)

1 问题的提出

物理实验是高中物理教学中的重要内容.学生在与物理现象、物理事实的实际接触、操作及思维的过程中,得出实验的结论.实验教学给学生创设的是一种主动探究问题的学习情境.在这种探究的情境中,学生要对自己的学习行为进行调节和控制,即需要具备自我监控的学习能力,它是影响学生实验学习质量与效果好坏的重要因素.自我监控是学生对自身活动的自我体验、自我观察、自我控制和自我调节.高水平的自我监控,能使实践活动更可能地达到最佳状态,取得最佳效果,从而表现出高度的有效性.

物理实验教学中学生的自我监控活动是怎样的?主要表现在哪些方面?如何提高学生的自我监控能力?这些都是值得我们在具体学科(实验)教学中探讨、研究的问题.

2 物理实验学习中学生应具备的自我监控能力

我们对高中物理实验教学的过程进行了较深入的分析,总结出了学生在实验活动中应具备的自我监控能力,主要体现在以下方面(见表1).

表1

总结性回想实验过程,找出有益的经验和应该吸取的教训.实验后对教材中的思考题,作出一一回答.总结实验设计的思想、实验的方法.补救性对引起结论误差偏大的物理量,进行重新测量.对实验操作中不熟练的地方,重新进行练习.结合实验后的学习体验,加深对原理知识的理解.

在上述自我监控的方面中,每一个方面都指导、调节着学习活动.例如计划和准备,是学生为达到学习目标而积极使用的,它是影响实验成功的重要因素.教师们十分强调预习的重要性,尤其是当实验任务新颖而且复杂的时候,学生的活动更需要有计划性.还有意识性,它主要指对思维的意识和监控.学生在操作中,要跟踪自己的思维状况,对自己已经做了什么,当前正在做什么,还需做什么,应有清晰的认识与评价.实验中的方法性在实验任务的完成中占有重要地位,包括学生预习的方法、调整思路的方法及解决问题的思维策略等.这些方法、策略有效地指导着实验任务的完成.学生为了保证实验活动的顺利进行,还需要积极地对自己的情绪、意志进行有意识地自我激励、自我调整,例如鼓励自己要克服困难、克服急躁的情绪完成任务.执行性正体现了学生对自己学习兴趣、学习观念、动机等的自我意识和自我调节.实验活动后的自我监控,使学生对认知活动的质量和效果进行检查与评价,分析存在的问题,进而采取补救性措施.

3 学生自我监控活动在实验中的表现

笔者选择了大连市一所普通高中高一年级的学生,在“验证力的平行四边形定则”的实验中来探讨学生的自我监控情况.我们进行实地观察,观察学生在每个实验环节中的表现,随时记录学生的操作情况和存在的问题,听取学生的分析思路.实验结束后,我们和一些学生、教师面谈,更进一步地了解学生的自我监控能力情况.

3.1 在实验的具体环节中,可观察到的学生自我监控活动的表现

(1)把橡皮条的一端固定在白纸上A点.

学生对A点位置的选择没有考虑,有的学生选得居中,作图后发现合力被画出了纸外.

(2)用两只弹簧秤互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,记下O点的位置和拉力的方向.

这个环节需要学生先把两个弹簧称对拉,调节指针校准,以减小系统误差.我们发现大多数学生把弹簧秤拿过来就用,没有对拉校准.再有,O点应画的尽量小,以减小实验中的方向误差.多数学生没有考虑到这一点,反而认为描的点大一些能看得清楚,把 O点画得大,这样一来绳套的方向就会有偏差.在记录力的方向时,一些学生的做法是把细线按在纸上作直线或用直尺直接在线下作直线.这些做法都容易产生很大的误差.

(3)选定标度作出两个力 F1和 F2的图示,以F1和F2为邻边作平行四边形,再作出合力F.

这个环节中,作图的比例和弹簧秤的读数应该大一些,可以减少相对误差.我们观察到学生做的四边形有的过大,甚至超出一张纸的范围,只好重新作图;有的过小,即增大了相对误差,又没有合理地利用白纸.对于 F1、F2两个力夹角的选择上,学生们没有去考虑,有的夹角大,有的夹角小.夹角越大,用平行四边作图得出的合力F的误差越大,根据实验经验,在两个分力都不小于2 N及夹角不大于90°的情况下,误差小.

(4)只用一个弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O.

这个步骤要记下弹簧秤的读数和细绳的方向,作出弹簧秤的拉力F′的图示.这个环节同样出现了(2)中的情况.

(5)比较F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同

学生们在实验课上的这些表现,反映出了自我监控能力存在一定的问题.他们往往忽视了对学习的计划和准备,进入实验室后只知道实验的大概,对实验原理、步骤、仪器的使用方法不清楚,表现为一边翻阅教材,一边做实验,出现一些小问题,就立即请教师帮助解决.学生在 A点的选择上以及弹簧秤的使用上,缺少准备性和计划性.学生还习惯于用反复尝试错误的方法来解决问题,没能及时地关注思维活动的质量.例如,学生只顾着作图没有意识到所取的F1、F2比例过大,作图求合力时才发现 F超出了白纸的范围.对于夹角θ,学生任意选取,没能改变 F1、F2的大小和θ角,再做一组实验进行比较,缺乏方法性.再有学生对自己当前的操作能否引起误差,如何减少系统误差,很少能有意识地进行监控和调节.比较 F′与F在大小和方向上是否相同,这个环节是实验的重点,学生们往往认为相差不多即可,没能进一步地分析理论值与实际值存在偏差的原因.这更反映出了学生满足于实验的结论,不善于主动地评价实验结果.对于偏差大的情况,学生也没能重新测量,及时进行补救.

课堂上,我们同样发现学生在思维上缺乏对问题的深入探究,例如对θ角的选取上.学生主要解决的是教师或书本上预先给定的思考题,而很少能主动地提出一些值得思考的问题.

3.2 在与师生谈话中,了解到的学生自我监控能力的情况

我们在实验开始前,向一些学生提问,问实验中要比较哪两个物理量?一些学生不能准确地回答,还有一些学生不知道比较什么.再问学生这个实验设计的思想是什么?学生很少能完整地回答出来.可见学生在预习时没有抓住重点,实验目的不清楚,没能体会到实验的思想.我们看到学生画 F1、F2两个力,弹簧秤的指针拉到什么位置,就以指针的位置为邻边作平行四边形时,当问学生你清楚自己的操作吗?你的操作正确吗?这时学生才发现自己的错误.在这里学生表现出的是盲目的操作,缺少调节活动的目标意识.在问到F′与F偏差的原因时,学生也不能给出全面、正确的分析.

在和教师的面谈中,教师们认为学生不能清晰地意识到哪个环节重要、应该如何去做,不能随时地对自己的操作过程进行自我检查、自我调节,总是遇到问题时才寻找原因.例如教师A:“有的学生一进实验室就急于动手操作,没有从整体上考虑实际的任务与预习的内容是否对应,没有弄清楚需要测量的物理量,在思路上就没能清晰地把握好实验任务.”教师B:“学生不善于对自己的思维进行反思,很少向自我提问,如‘我清楚实验的原理吗?'、‘有关实验的知识我准备的充分吗?'、‘哪些是需要测量的物理量?'、‘我这个实验的结论如何?'等,学生很少会想这些直接指向自我思维的问题.”教师 C:“学生应该做到,除了教师讲的思路外,再去思考别的思路,同一个实验我有没有别的方法.”教师D:“学生做完实验没有回顾实验,对实验结果没有作评价,认为得到的数据和理论值相差不多,实验就做完了.学生应该有能力判断自己的结论,对结论做一定程度的分析.”

与上面的情况不同,我们看到实验能力强的学生体现出了较高水平的自我监控,他们具有较多的有关学习情境和学习策略的知识,善于计划、评价、调控自己的学习过程,灵活地应用各种策略,完成实验任务.

4 实验教学中提高学生自我监控能力的建议

4.1 激发学生主体内在动机,使他们学会自我激励

学习动机是有效保证学习效果的重要因素,不同的学生在学习动机的表现上不同.能力强的学生认识到实验的重要性,在实验中积极地调控自己的学习行为,相信通过自己的努力能够很好地完成实验,内在动机稳定、持久.实验能力差的学生缺少自我激励的内在动机,学习动机强度不足、持续时间短,影响学习效果.因此教师应善于激励学生的学习动机,让学生清楚地认识到他们将要进行的认知活动的重要意义.学生对实验价值有了深刻认识,就会产生对活动本身感兴趣的内在动机,形成自我激励机制,推动认知活动进行深水平的加工,进而持久地在认知活动中表现出较高的学习自觉性与主动精神.

4.2 鼓励学生进行思维学习,使他们学会自主思维

学生的自我监控能力主要表现在对思维活动的监控.实验不只是一种知识学习,而更是学会思维方法的一种学习活动.教师要积极地鼓励学生对思维活动进行自我觉察、自我评价、自我调节,要让学生意识到自己正在干什么、怎么干的,形成思考的习惯.教师可以采用提示语,例如“你为什么这样做”、“你这个方法可行吗”、“下一步你要做什么”等之类的问题,让学生把认知活动自觉地指向思维本身.教师在向学生提出问题的同时,还要鼓励学生多思考、多提问,培养学生的问题意识.

4.3 注重过程教学,学会表达

学生实验中面临困难的时候,教师往往会直接给出正确的思维过程来解决问题,教师的这种做法不利于对学生思维的指导与训练,因为教师给学生的往往是专家的分析思路.如果教师注重过程教学,将自己如何调节不适当的思路、如何去探究新思路,以及思路最终确定的过程展示给学生,学生就能真正地学会调节思路.教师还要听取学生的分析,让学生充分地表达出思考的过程、质疑的过程和解决问题的过程,再恰当地给予点拨,学生最终会找到解决问题的途径,真正地实现对学习活动的主动监控.

4.4 教给学生自我监控知识,使他们学会自我监控

教师在实验教学前要向学生指出自我监控的含义、内容和价值,即什么是自我监控、实验中的自我监控包括哪些内容、它的价值是什么,这样学生就会知道自己在实验前、实验中和实验后该如何去做.除了这些有关自我监控方面的一般性知识外,教师还要传授给学生具体性的学习策略,让学生知道何时、何地、为什么使用这些策略.例如,教师让学生掌握了误差分析的策略,学生就会全面地分析引起误差的原因,从实验原理、实验装置、计量器具、环境、实验者方面来考虑,而不至于忽略某些因素.还有不同的实验方法在什么情况下使用,如何评价自己的实验结果等这些具体的策略性知识,从而提高学生认知活动效率.

我们结合了具体的物理实验活动,利用课堂观察和面谈对学生的自我监控能力进行了以上的探讨.课堂观察可以使我们客观、准确地记录下学生的行为;面谈可以使我们更加了解到教师们对问题的真实看法.同时我们也感到,只对一个学校一个年级的学生进行研究,不免具有一定的局限性,但是我们还是希望以上的探讨能给中学物理实验教学的研究带来有益的启示.

1 董奇,周勇,陈红兵著.自我监控与智力.杭州:浙江人民出版社,1996.