基于学习过程对物理教学改革的理解

张 睿 王祖源

（同济大学物理科学与工程学院，上海 200092）

近年来，国内外对教学改革的开展都十分重视，对学习模式的实证性研究报道也层出不穷，这些工作对教育改革的推动起到了重要的作用［1，2］.近年来兴起的大规模在线教学模式（MOOCs）不仅对基于课堂的传统教学模式提出了挑战，也为课堂教学模式提供了大量的教学资源.如何整合这些教学资源，应对信息时代教育的机遇和挑战，是广大教育工作者需要思考的一个问题［3，4］.

2013年夏季，两位笔者先后前往加拿大和美国参加教学交流活动，根据近年来欧美大学物理教学改革的情况，本学期针对所了解的情况作了一些改革，在实践过程中意识到认识学习过程，分析教学改革，推动学生学习掌握知识的机制，对深化和评价教学改革也能够起到辅助的作用.本文从学习过程出发，试图对大学物理教学中常见的几种教学改革模式作梳理，并结合自身教学实践的体会，探讨改革中需要重视的问题.

1 学习过程的基本框架

按照教育学理论，可以把学习过程简单分成三个阶段：学前阶段，学习阶段和评价反馈阶段.在学前阶段中，包括学习有关的预备知识，对学习目标的确定，激发学习兴趣几个方面的工作；学习阶段的主要工作包括知识的学习和掌握，必要的训练与巩固；而在评价反馈阶段则主要包括测试知识和方法的掌握程度，学生和教师对学习效果的认知和调整.这些过程的联系可以用图1来描述：

图1 学习过程的基本框架

在传统的教学模式中，教师比较侧重于将时间花在学习训练环节上，对学生的知识背景的了解以及基于评价结果对教学过程的调整相对较少，学生处于被动的学习模式，难以激发出对学习的兴趣，这样的教学模式难免对教学效果带来一定的负面影响；而目前的教学改革，立足点就在于利用先进的科学技术与教学手段，加强师生之间与学生之间的互动和反馈，激发学生的学习兴趣，改善教学效果.了解新教学模式的实施目标，区分不同教学方法的特点和优势，有利于教师基于学生的知识背景和教学环境，制定切合实际的教学方案，提高教学效果.下面主要讨论近年来常用的几种教学模式.

2 教学模式对学习过程的影响（以大学物理为例）

2.1 反转课堂

反转课堂［5］（flipped classroom，flip teaching）将评价测试环节和学习训练环节互换，学生通过预先学习教师派发的材料，自学和课程有关的内容，教师通过测试了解学生学习过程中的不足，通过辅导和教学加以修正.近年来随着大规模网上开放课程（massive open online course，MOOC）的出现，使得反转课堂在西方教学改革方面获得较多的重视，反转课堂和个性化教学与研究型学习的结合近年来也逐渐增多.

反转课堂将传统教学环节中教学内容学习部分，放到预备知识学习阶段，客观上加大了预备知识学习的比重，同时也将教学目标变成了重点、难点的教授，使得教学过程有所侧重，这对提高学生对有关知识的掌握程度可以起到积极的作用.比如：有相当一部分学生学习大学物理吃力的原因是不能将数学所学的微积分知识运用到解决物理问题中来，强化这部分的训练，可以较为显著地提高学生的学习成绩.

但是学习效果不仅和学生的背景有关，也和学生的学习动力有密切联系.对于缺乏学习动力的学生，反转课堂很难达到预期效果.这些学生一方面没有利用课前时间学习基本要点，另一方面由于基本内容没有掌握，学习重点难点更加吃力，学习积极性进一步消退.对于这类学生，可以采取以下的措施来处理：降低课前学习材料的难度，一般来说视频公开课听课相对于书面材料学习更加简单，学生更乐于接受；提高课前学习材料的趣味度，增加更多交互性功能，使学生可以通过不同的学习策略来学习有关知识；加强课前学习材料和课堂学习过程的有机结合，让学生体会到课前学习的优势.

反转课堂的另一个需要解决的问题是学习时间较传统教学方式更长，这对于学习负担相对较重的专业或个人可能会带来一定的消极影响.对于这类情况，可以适当压缩课前学习材料的长度，减轻学生的负担；也可以通过提高授课系统的智能化优化学生课前学习材料的配置，提高学习效率.

2.2 同伴教学

同伴教学法［6］（peer instruction）是马祖尔教授发展的一种教学模式，这种教学模式强调学生通过分组讨论和学生之间的互动实现对核心概念的学习和掌握.从学习过程的角度上看，学生各自掌握的学前知识不同，对需要学习的内容难免有所偏差，通过分组讨论，可以利用学生之间的相互优势消除这种差异.相对而言，传统的教学模式面向的是全体学生，教师很难了解单个学生的学习背景，尽管可以通过建立学习档案来弥补，但相对来说需要投入更多的精力.

采用同伴教学法需要重视小组成员的分配，如果小组所有的成员的知识背景相似，学习能力接近，同伴教学法在解决问题上将难以实现预期的效果.教师在开展同伴教学时，有必要对学生的知识背景和学习能力有所了解，然后再对学生分组，这样有助于学生通过讨论分析和解决问题.教师也可以采取鱼缸教学法（fishbowl），让课堂的学生观察某一小组的讨论过程，通过积极思考讨论中出现的问题，突出反馈和调整环节，实现优势互补的目的.

同伴教学法中教师的作用和传统教学模式有所不同.教师需要围绕授课内容的重点设计一部分问题，学生需要围绕这些问题开展讨论；在学生讨论过程中，教师需要根据实际情况，调整课堂气氛，保证讨论能够顺利开展；学生讨论过后，教师也还需要根据讨论结果给出总结性结论，并对讨论过程中出现的问题作出答复.

学生在课堂中开展有效的讨论对同伴教学法的开展十分重要［6］，教师在授课过程中激发学生的学习热情，让他们积极参加到讨论中来.在讨论过程中，还需要利用技术手段了解学生在讨论中的参与程度，并根据实际情况作适当的调整.

3 研究型学习

研究型学习［7，8］（Problem-based learning）把学习内容表现为若干核心问题，教师通过引导学生解决这些核心问题实现对知识点的讲授.类似把波动光学的学习内容体现成基于惠更斯原理计算光栅衍射的光强分布；把相对论运动学的学习内容体现成基于两点基本假设对洛伦兹变换的推导，都可以看成是研究型学习的案例.研究型学习把学习过程转换成发现过程，学生的角色从被动接受逐渐转变为主动探究，这对于培养学生独立思考能力能起到积极的作用.

从教育理论来看，学习者通过学习不仅获得知识，而且归纳发现问题、解决问题的方法.研究型学习的一个重要的特征，就是加强后一部分在学习过程中的比重，力图使学生养成勤于思考、勤于动手的良好学习习惯.在问题的设计上，教师应尽量避免简单应用的概念性问题，鼓励使用接近科学研究，可控制变量较多的案例来引导学生将各个不同层面的知识有机地组织起来.如何组织案例和问题，对于教师和学生都将是一个挑战.

研究型学习的另外一个优势在于学生通过案例研究，可以学会使用各种工具来解决科学问题.解决问题的成就感，可以激发学生的学习积极性.教师在案例组织时应对学生的知识背景有一定的了解，同时在问题的选择上给予学生一定的自由，让学生更好地发挥学习潜能.

4 结语

以上提到的三种方法的共同特点包括：在学习过程中，学生的角色由被动转为主动，教师的作用由主导转为引导；学生需要将更多的课外时间投入学习，教师讲解内容比传统模式有所减少；学生不仅学习知识，在自主学习、独立思考、逻辑思维、团队意识、口头表达等学习技能方面都在不同程度上受到训练.这些方法在实践过程中都能取得一定的成绩，但和传统方法相比，学习效率是否提高还有待进一步的研究证明.

教学改革是一项意义重大的工作，也是一项任重而道远的工作.只有本着实事求是，积极开拓，循序渐进，注重实效的方针，加强实证性教学研究，从试点做起，不断修正教学方案，才有可能收到较好的教学效果.只有有实效的教学改革，才是有生命力的教学改革.

［1］Ambrose S A，Bridges M W，DiPietro M，et al.How learning works：Seven research-based principles for smart teaching［M］.John Wiley ＆Sons，2010.

［2］Rawson J，Marsh E，Nathan M，et al.What works，what Doesn't［J］.Scientific American Mind，2013，24（4）：46-53.

［3］王祖源，顾牡.MOOCs来袭我们准备好了吗？［J］.物理与工程，2013，23（6）：1-2，7.

［4］栎风.乘着MOOCs歌声的翅膀——复旦大学陆昉副校长访谈录［J］.物理与工程，2013，23（6）：3-4.

［5］Tucker B.The flipped classroom［J］.Education Next，2012，12（1）：82-83.

［6］Mazur E，Hilborn R C.Peer instruction：A user's manual［J］.Physics Today，1997，50（4）：68-69.

［7］Gallagher S A.Problem-based learning［J］.Journal for the Education of the Gifted，1997，20（4）：332-362.

［8］Savery J R，Duffy T M.Problem based learning：An instructional model and its constructivist framework［J］.Educational technology，1995，35（5）：31-38.