基于3C3R模型的大学物理实验教学设计

孙艳　高源　于丹

摘 要 满足教学要求，针对目前实验课教学现状提出将PBL模式应用于实验课堂教学，进一步分析实验教学采用此模式的可行性，并应用3C3R模型解决实验课教学设计的有效性问题，从而促进教学方式变革。

关键词 实验课程 教学模式 3C3R

中图分类号：G424                                  文獻标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.058

Teaching Design of College Physics Experiment Based on 3C3R Model

SUN Yan， GAO Yuan， YU Dan

（Basic Aviation College， Air Force Aviation University， Changchun， Jilin 130022）

Abstract In order to meet the requirements， this paper proposes to apply PBL model to experiment teaching according to the current teaching situation， analyzes the feasibility of adopting this model in experiment teaching， and applies 3C3R model to solve the effectiveness of experiment teaching design， so as to promote the reform of teaching methods.

Keywords experiment course; teaching model; 3C3R

大学物理实验课程是高等院校开设的一门自然科学类必修基础课，是学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端，在培养学生严谨的科学态度、活跃的创新意识、理论联系实际、适应科学发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。

1 转变实验课堂教学模式的必要性

大学物理实验课程地位、作用重要，但实际教学中在课程目标的实现、对学生综合实践能力培养上没有达到预期效果。教师要重新思考教学，树立以学为中心的目标导向，要转变以往的“讲授+操作”的做法，引入新的教学模式。实验课堂要实现两个转变，一要教学中加入丰富的、具有挑战性的内容，使课堂时间得以充分利用;二要改变课堂教学设计和组织，教学目标由短期向远景目标转变，学习任务由知识学习向基于问题或项目的学习转变，培养自主学习和探究习惯，帮助学生进行自我知识构建，从而实现能力培养。[1]

2 基于PBL的实验教学的可行性

2.1 模式的提出

PBL（Problem-Based Learning）称为基于问题的学习，提倡以教师为主导，学习内容与问题情境有机融合，提高学生自主学习能力以及分析与解决问题能力，让学生学会学习，建立高层次思维。[2]PBL是一种与建构主义学习理论及教学原则非常吻合的教学模式，在培养学生的综合素质方面有很大优势。[3]这种模式提出后被广泛应用于医学教学、物理、化学、计算机等课程教学。[4-8]为适应实际教学需求，开展具有实验教学特色的教学改革，本文提出将PBL教学法应用于物理实验教学。

2.2 实验教学应用PBL的可行性

在实验课程中，可以认为每次教学的任务是要集中解决一个核心“问题”，例如牛顿环实验为解决透镜曲率半径测量问题、光电效应实验为解决普朗克常数测量问题等等。为了解决这个核心“问题”，就以这个“问题”为出发点按照流程可在不同环节上设置若干子问题，设计学生参与讨论或自主探究解决。

3 3C3R模型设计课堂的问题

教师在问题设置上要考虑以下几点：第一，待解决的问题要结合学生的兴趣和生活实际，考虑到与学生学科专业和未来职业发展的紧密联系。第二，设置的问题必须是驱动性问题，对学生有激发作用，要求每个问题要有实现的目标、给定的信息和一定程度的障碍。第三，设置问题障碍的程度时，要分析学生理论知识和实验能力，考虑学生的最近发展区。第四，要对问题层次有明确的规划。问题的属性可按布鲁姆目标分类法根据要实现的目标设计不同层次的问题，将问题分成记忆、理解、应用、分析、评价、创造等类别。第五，教师在设计串问题或群问题时要考虑问题之间的结构，可依据不同内容和目标需求进行设计。具体操作方法，可根据参考文献中3C3R模型设计课堂的问题。[9]“3C”是这个模型的核心部分，是教学内容（Content）、问题情境（Context）和各变量关系（Connection）三个单词的首字母。“3R”是指模型的进程部分，是研究进程（Researching）、推理进程（Reasoning）和反思进程（Reflecting）三个单词的首字母。问题设计模型包括9步，前三步主要是对PBL教学法的前端分析，第4、5步分析选定问题，第6、7步分析问题的可行性，第8步是反思，第9步是检验。通过9步设计优化3C和3R六个成分，创造一个良好的学习情境。下面以《密立根油滴实验》为例，说明套用3C3R问题设计模型进行教学设计的方法：

步骤1.设置教学目标。设置教学目标是问题设计的基础，是教学的起点也是终点，贯穿教学过程。在这一步骤中，教师需要根据课程标准规划教学内容，依据总体培养目标提出本次课对学生能力培养要求。从三个层面设置教学目标。（1）实验目标：①说明密立根油滴实验的设计思想。②通过静态法和动态法测量，验证电荷的不连续性，测定基本电荷值。③通过对实验仪器的调整、油滴的测控以及实验数据处理等，培养严谨的科学实验态度。（2）问题解决技能目标：①依据理论分析，规划实验步骤。②经过多次尝试，归纳总结筛选油滴实验技巧。③通过分析数据评价实验结果。（3）自主学习技能目标：①合理使用仪器说明书，了解仪器结构及功能。②在教师引导下完成新测量方法研究。③自觉进行实验反思。

步骤2.分析教学任务。分析教学内容时，区分内容属于概念、原则、程序和实事中哪一类，规划知识过渡到教学目标的实现流程。如图1所示密立根油滴实验教学自下而上的流程。

图1 教学流程

步骤3.框定问题情景的范围。教学内容情景设定在学生熟知的知识、常接触的日常实践，重在引发兴趣。密立根油滴实验问题情景设计是從学生熟知的物理运动学问题构建情境。

步骤4.形成问题情境。在确定了教学目标和问题情景前提下，从学生的发展等角度考虑并选择足够引起学生持续的学习兴趣的问题情景。油滴实验问题情境设置是回顾一百年前汤姆逊通过对阴极射线一系列研究，发现了带负电的电子。如何测得电子电量，选择的什么样的待测物，采用什么方法测量。通过提出一系列物理学问题，建立情境，引导学生逐步建立实验测量模型。

步骤5.进行可行性分析。在该步骤中需进行细致设计，规划情景与学习目标之间的对应关系。表1列出了油滴实验中对应目标的问题。

步骤6.进行相关性分析。教师要考察教学设计中认知过程对问题解决和自主学习两类技能目标的支撑性。即对问题进行归类，看其是否与技能目标有对应关系。表2说明了油滴实验中设计的问题与两类目标的对应。

步骤7.进行校准分析。问题的设计不是一次成型的，要随着教学实践不断深入、教师融入更多思考后不断迭代更新。考虑设计的问题是否能激发学生持续学习的兴趣，难度是否适宜，经过多次或多轮实践后及时对问题进行校正，以适应教学实际。

步骤8.进行反思进程的设计。在实验教学中，学生对实验的反思和总结至关重要。一是对数据的分析。在学生测量完毕后，教师要引导学生结合实验理论分析数据，与测量结果是否相符。二是对实验方法、过程的反思总结。教师要考虑“问题”的设计对学生引导是否到位，学生是否通过反思找到解决方案，形成自主学习的能力和习惯。

步骤9.检测3C3R模型各部分的内在联系。最后，教师需要对问题中的3C和3R的内在联系进行检测，使问题的内容对进程具有推动性。分析教学中的“问题”是否能够促进学生的反思，最终使 “问题”得以成型。

通过3C3R问题设计模型，可以使教师对“问题”与内容、目标联系程度更加紧密，帮助教师重新认识并设计教学“问题”。但是这个模型步骤过多，根据实验课程特点，做适当的调整和优化，使之更均有操作性和高效性。

4 基于3C3R模型的实验教学设计要实现教学几点变革

基于3C3R模型的实验教学设计改变原实验课“讲授+操作”的模式，改教师“教”实验变为学生“做”实验。对教学的影响具体表现为以下三点：[10]

一是教学目标的变革：从知识技能目标到素质能力目标。教师由传授者转换成辅助者，学生由接受者转换成思考者、运用者。通过基于目标的问题设置推动激发学生，给予学生较大空间可独立思考，培养学生学会建立起理论与实际的联系，能够解决实际问题。

二是教学内容编排的变革：从学科知识体系到问题引导体系。在内容设计上，首先提出要解决的核心问题，并将问题进行分解、分类，最后对观察的现象及所得的数据结合理论原理进行分析归纳总结。

三是实验教学方式的变革：从单纯教师讲授到学生探究学习。在实验课的教学中，教师预留出疑问和待解决的问题，给学生一定的自己自主研究和操作时间。在这个过程中，让学生认识到自己是实现自身发展的第一责任人，要对自己的学习负责，形成独立自主地解决问题的能力，这是一个循序渐进的过程。

5 结束语

3C3R问题设计模型为PBL应用于实验教学提供了问题设计的流程和检测方法，使教师关注教学目标的设定、教学内容安排和组织形式对教学目标的达成度，即使教学形成了闭环。3C3R问题设计模型也说明了问题的设计不是一蹴而就的，要通过教师不断在实际教学中检验、不断校正。理论支撑和教学实践缺一不可，双向作用才能不断完善、更新教学设计，以达到更好的教学效果。

参考文献

[1] 杨玉琴，倪娟.深度学习：指向核心素养的教学变革[J].当代教育科学，2017（8）：43-47.

[2] 郭彦青，冯建新，张利明. PBL教学法在高校翻转课堂中的创新与实践[J].教学研究，2018.41（2）：51-56.

[3] 吴殿朝.PBL教学与建构主义教育理论解析[J].河南商业高等专业学校学报，2011.24（2）：95-97.

[4] 朱瑞雪.基于急诊本科实习护生临床能力的PBL教学方案的构建及初步应用[D].苏州：苏州大学，2017.

[5] 刘阳.PBL教学模式下的数学课堂教学设计研究[D].曲阜：曲阜师范大学，2015.

[6] 生诗燕.基于PBL的计算思维培养研究[D].锦州：渤海大学，2016.

[7] 杨家强.PBL+TBL联合教学模式在药物化学教学中的运用[J].中国中医药现代远程教育，2018.16（17）：24-25.

[8] 朱丹丹.PBL教学法在大学英语教学中的应用研究[D].长春：吉林大学，2016.

[9] 寇敏.PBL中的问题设计研究[D].南京：南京师范大学，2015.

[10] 李金环，王笑军，王庆勇.PPBL教学模式在光学教学中的实践探索[J].物理实验，2015.35（8）：10-14.