支架式教学法在大学物理实验教学中的应用

韩璐

摘要：大学物理实验课程是理工科学生的必修课，对培养学生的观察能力、操作能力以及理论联系实际的应用能力都有着不可忽视的作用。本文在总结传统教学模式下大学物理实验教学存在问题的基础上，介绍了支架式教学法其相关理论，阐述了以此为指导进行大学物理实验课程教学的思路，并结合《普通物理实验》中的实际教学内容进行了具体说明，以期能够以此为方法探索提升大学物理实验教学效果的新路径。

关键词：支架式教学；最近发展区；大学物理实验；教学

物理实验是物理学科的基础，也是物理研究的基本手段。物理实验体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法上是很多学科的基础。因此，物理实验也是所有理工科专业学生的必修课。

支架式教学法是基于前苏联著名心理学家维果茨基的最近发展区理论提出的一种教学方法，如今已被广泛应用于各个学科、各个阶段的教学过程中，在现阶段仍为一种行之有效的教学手段。本文主要探讨如何将支架式教学应用在大学物理实验教学中，提高大学物理实验的课堂教学效果，促进理工科学生知识素养和综合能力的全面发展。

一、传统教学模式下大学物理实验教学存在的问题

（一）课堂时间有限，学生思考时间不足

普通物理实验课中的一节课通常是2课时，时间为一个半小时左右，教师的讲解时间一般在20分钟左右。在这20分钟里，教师要一次性把实验相关知识都讲完，学生紧接着就要动手实验，中间很少有消化和思考的时间，使学生来不及掌握。即使在实验过程中遇到问题，学生们也是只急于解决实验中的困难，仅以完成实验内容为目的，大多将精力集中在怎样使自己做出的实验现象与教科书中一致，或得到理想结果，而不会深入思考自己的错误究竟源于哪里。最后往往是数据合格，能得出与参考值相符的结果便大功告成，忽略了对理论和实际的内在联系的思考。

（二）实验课与理论课的教学内容不能相互协调

由于实验室场地有限，大学物理实验课程中通常会将学生分为若干小组，同一个实验项目每周有不同的小组轮换上课，因此会导致不同的学生学习实验项目的顺序不同，使实验内容和理论课所学的知识不能完全互相结合，导致学生缺乏理论知识的准备。尤其是非物理专业学生，课前没有理论基础，容易导致他们在实验时只能盲目模仿，遇到困难不能独立解决。

（三）部分教师对实验教学的理解偏差

在教学过程中，教师是主导，教师的教学理念会直接影响其教学行为，进而影响教学效果。在一些教师的认识中存在不同程度上的对实验教学的轻视，只注重理论知识。即使是实验教师也有个别认为自己教授的物理实验相较学生的其他理论课、专业课等来说不是十分重要，把教学过程理解为仅仅是学生完成实验，对实验原理和现象的思考重视不够，多单纯地讲解，少与学生的互动，缺乏对学生的观察能力和独立思考能力的培养。甚至有些老师为了让学生在课堂时间内按时完成实验内容，反复强调实验步骤，导致学生忙于记忆操作步骤，忽略了实验原理，机械地模仿老师之前的演示和讲解，却完全不理解为什么要这样做，极大地削减了物理实验教学的意义。

二、支架式教學的理论基础

（一）最近发展区

“最近发展区”的概念是前苏联著名心理学家维果茨基在论述教学与发展的关系时提出的，他将其定义为“实际的发展水平与潜在的发展水平之间的差距。前者由独立解决问题的能力而定；后者则是指在成人的指导下或是更有能力的同伴合作时，能够解决问题的能力”。他强调教学不能仅依据于学生过去已完成的发展过程，而应依据于现在仍处于形成状态、刚刚在发展的过程，主张教育要在发展之前引导发展。最近发展区在一定程度上决定着发展的方向和进程，只有适当难度的任务才能促进个体的学习和进步。

（二）支架式教学

支架的原意是建筑行业使用的脚手架。研究者在维果茨基的基础上提出了支架式教学，这里的支架是指用来帮助学生解决问题的指导性语言或者工具。这种教学方式的关键是要保证教师所提供的支架处于学生的最近发展区内，只有这样的支架才有意义，学生才能够接受。运用支架法教学的要点在于：学生要在教师的指导下发现问题或解决问题，其次教师要逐步减少或撤离支架，使学生最后能达到独立思考的水平。

（三）情境教学

维果茨基的思想体系是建构主义学习理论的重要基础之一，深深地影响着建构主义者对发展和教育的研究，其中情境认知理论和情境教学模式的思想在一定程度上源于维果茨基的理论。情境认知理论主张任何学习都是处在一定的社会或实际背景下的，这些背景对学习有一定的影响，学习者不应该只是被动地接受知识，而应该是主动的“学徒式学习者”。情境教学模式的重点在于在教学过程中，教师要引导学生从观察者转化为参与者，在课堂的情境互动中学习知识或技能。

三、支架式教学在大学物理实验教学中的实施

支架式教学的关健环节是教学内容的设计。教学内容设计也是教学设计的主体部分，用支架式教学法进行教学设计的关键是要在教学过程中保证课堂的教学内容处于学生的最近发展区内。如何进行教学内容的选择与顺序安排，都要依据这一原则。首先要了解学生的现有水平，分析教学目标中学生应达到的水平，比较两者差距，剖析其内在联系，寻找合适的契合点，这个契合点就是运用支架式教学法进行教学的支架，进而展开情境创设，引导学生逐步掌握，最后达到预期的教学效果。具体的实施过程可以分为两个阶段，一是准备过程，包括分析学情，分析教学目标并将其具体化，进而选择出合适的脚手架；二是教学过程，包括创设情境，引导学生进行自主学习以及与他人协作学习，实验完成后对学生的学习过程进行评价。下面以《普通物理实验》中“透镜组基点的测定”一节为例，探讨支架式教学及其相关理论在大学物理实验教学中的实施过程。

（一）分析学情

透镜组基点的相关知识是普通物理光学部分的内容，对于物理专业的学生来说，已经在之前的光学课上学习过，对实验的理论部分有基本的了解，只需要稍加复习便能回忆起来。非物理专业的学生没有学过光学课程，而大学物理中的光学部分并未涉及透镜组基点的相关内容，因此本实验的原理对他们来说是新知识。需要注意的是，大学物理课程中虽然没有透镜组基点的知识，但有薄透镜的成像规律，对于学生学习透镜组成像规律有一定的铺垫作用。

（二）将学习内容具体化

“透镜组基点的测定”的实验内容主要是分别用焦距仪和节点调节器两种工具来测定透镜组的基点。其中需要学生掌握的是透镜组基点的概念以及用焦距仪和节点调节器来测定透镜组基点的基本原理和方法。

（三）选择支架

透镜组的基点是用来描述透镜组的物象关系的，这与用来描述薄透镜成像规律的焦点、光心等概念类似，可将两者对比，向学生展示两者的相似关系与不同之处，由前者向后者延伸，使学生的思维能够由浅入深，理解基点的概念。

（四）创设情境

课堂开始时，先展示薄透镜成像的几何光路图（图1），带领学生复习几何光学中薄透镜成像的基本概念，如焦点、焦距、光心等，以及成像的高斯公式：

对于两个薄透镜组成的透镜组，要分析它的成像规律，需要用两次薄透镜成像来得出结果。如果把透镜组当成一个整体来研究，用一种属于透镜组的点和面来表征系统在成像上的性质，可以使问题得到简化，这样的点和面便是本次实验要研究的透镜组的基点和基平面。

（五）学生自主学习与协作学习

将学生带入课堂情境后，通过一系列问题逐步引导学生思考。如对于透镜组来说，怎样定义它的“焦点”和“焦距”？通过透镜组“焦点”的光线如何传播？最终得到与薄透镜成像規律类似的透镜组成像规律（图2）以及透镜组成像的高斯公式：

这样，随着解答问题的过程，学生已基本掌握了透镜组基点的概念及其成像规律。接着学生分小组做实验，结合教材并以与其他同学的协作学习为辅助，加之教师针对个别问题的解答，完成实验内容。

（六）评价与反馈

在每一项实验内容完成后，教师要进行阶段性总结，对学生在操作时表现出的问题进行及时纠正，同时要注意引导学生反思实验过程，重视实践过程与理论知识的联系。课后，通过实验报告的质量和思考题的回答情况可以了解学生对知识的掌握情况，对于学生们普遍存在的问题，可以在下一次上课时进行专门讲解，同时改进先前的教学思路和方法，使教学过程更加完善。

四、总结

大学物理实验课程是理工科学生的必修课，对培养学生的观察能力、操作能力以及理论联系实际的应用能力都有着不可忽视的作用。通过教学实践我们发现，合理地安排课程内容，提供合适的支架和创设情境能够有效地帮助学生理解实验中的概念和原理，并使其参与到教学活动中来，增强学生的学习兴趣，收到了良好的教学效果。在大学物理实验课中应用支架式教学法进行教学，使以往学生轻视理论部分，急于完成实验内容和由于对原理理解的不充分导致实验过程中盲目操作的现象得到了很大改善。

[责任编辑：黄可心]