大学物理实验课程教学策略探析——基于ARCS模型

周璐婷,朱丽丽,牟佳佳,管 越

(北华大学 理学院,吉林 吉林 132013)

大学物理实验作为理工科专业学生的公共必修课程之一,包含力学、电磁学、热学、光学等多板块的基础物理知识,供不同专业学生纵向研学其专业课程理论知识、打好其专业实验课基础起到承先启后的作用[1]。同时,大学物理实验课程中的基础性、综合性以及设计性实验内容涵盖着丰富的实验思想及方法,对培养学生的实验探究能力、思维能力、创新意识及科学态度等具有促进作用,对培养符合新时代需求的人才具有重要意义,因而成为各高校课程体系建设中不可或缺的角色[2-4]。但传统大学物理实验课程教学的弊端也在“新工科”“工程教育专业认证”等时代背景的迭新下不断显露,在面向理工科各专业学生的课程内容选取、学习动机驱动及教学效果考评方面面临新的挑战。ARCS模型是美国教授Keller以期望价值理论为基础研究所得的一种提高教学材料动机吸引力的方法模型,包括注意(Attention)、关联(Relevance)、信心(Confidence)、满意(Satisfaction)四维度动机要素及其相应的教学策略[5-6]。该模型能够帮助教师在各教学环节激发与维持学生的学习动机,从而达到相应的教学目标,即首先唤醒学生的注意,其次使学生明确所学内容与自身的相关性,而后在完成学习活动或任务挑战的过程中培养学生对成功的期待、建立适度的自信,并使学生产生满足感。因而,本文从教学过程角度出发,结合ARCS模型的四维度动机要素探析大学物理实验课程的教学策略,以期驱动学生潜在学习动机,培养学生实验探究能力,提升教师专业素养及研课能力,进而实现有效教学。

一、课程教学现状

(一) 基于差异化的课程安排关联性不强

大学物理实验作为面向各理工科高校开设的一门公共基础课程,其课程体系设定与教学内容安排具有一定普适性,但同时也因高校办学定位、专业类别划分与学生学习需求等的不同具有一定差异性[7-8]。而传统的大学物理实验在基于以上差异因素进行教学时,存在以下课程安排关联性不强的问题:如①基于办学定位的整体关联性低:部分应用型高校仍以教材内容与实验设备为基础安排整体课程,而未考虑其与培养方案中要求的教学任务与课程目标间的整体关联性,因而影响课程教学质量;②基于专业类别的纵向关联性低:大学物理实验包含力、热、光、电等多板块的物理知识,而许多高校开展课程教学时并未从专业特征出发设置课程内容与学时,课程任务和教学深度没有体现专业侧重性,使得大学物理实验教学与各专业课程教学间的纵向关联性低,不利于学生借助大学物理实验课程进行专业理论与实验知识的纵向研学;③基于学习需求的横向关联性低:在实际教学中,仍然存在应付实验或仅强调“做实验”的问题,没有对实验课程的内容进行横向展开,实验的探究过程及其蕴含的科学思想、方法及拓展知识等没有进行深度融合,进而不能很好地培养学生的实验思维与应用创新等能力。这样的课程安排对于学生认知该课程学习与自身的相关性不具促进作用,因而不利于学生学习动机的激发与维持。

(二) 教学模式固化使得学习积极性不高

由于我国的基础教育实施具有一定地域差异性,对于实验课程的开设与实验能力的培养情况也各有不同,因而大学物理实验对理工科专业的本科生来说,是其接受系统实验方法与技能训练的真正开端,为学生基本实验知识与科学探究、自主创新等能力的培养奠定夯实基础。但部分高校在开展大学物理实验课程时,多有违背“以学生为主”的教学理念,实施“重模仿轻研究”教学模式的现象存在。对于课程内容的选取除了必做的基础性实验外,多以验证性而非设计创新性实验为主,枯燥且重复的实验内容无法吸引与维持学生注意,使得学生的实验探求欲降低,不利于学生学习积极性与主动性的驱动[9-10]。同时教师多采取“保姆式”讲授法,在课程教学中花费大量的时间讲解包括实验内容、实验原理、实验仪器以及实验操作步骤等在内的实验程序,而学生则多扮演“听众”与“模仿者”的角色,机械被动地完成课程实验内容,导致学生的实验探究参与感较低,主观能动性得不到发展,学习积极性不断下降。此外,基于近年来各高校的大规模扩招形势,不仅存在实验器材数量短缺的问题,且辅助实验课程的多元化教学资源也存在开发不足的短板。这种基于传统授课模式与老旧实验资源进行的大学物理实验课程教学,使得学生的多元学习需求得不到满足,不利于学生实验探究能力的发展以及具有自主创新能力的应用型人才培养。

(三) 结果导向的教学效果考评参考性不强

课程考评是教学过程的重要环节,对于任何一个科目而言都是必不可少的,它不仅能在检验学生学习成效的同时,一定程度上反映学生的学习状态与学习态度,也能为学生的后续学习起到导向作用,而当前大学物理实验课程的考评体系单一,多以结果为导向,忽视过程性评价[11-12]。从考评标准来看,教师更关注实验报告的撰写、实验结果的正确性及理论笔试成绩等静态评价指标,而对于实验探究过程中,学生的动手能力、观察能力、思维能力及应用创新能力等动态评价指标的关注较低。从考评形式来看,一般采取“平时成绩(固定实验操作)+期末成绩(理论笔试)”的模式,而忽略了在固定实验教学中,学生进行的多半是验证式的机械操作而非以研究视角进行的探究活动,无法考评学生实际的实验探究相关能力,同时缺乏实时的互动反馈。从考评结果来看,教师一般要求学生在完成实验探究后的3～7天内上交实验报告,忽略了学生在完成报告过程中可能存在的敷衍了事、数据作假、内容抄袭等行为,无法保证考评结果反映教学效果的真实性。同时,部分高校对于实验报告有固定的内容与排版规范,因而学生对于实验探究过程的一些创新思考、分析亮点等不能在报告中得以体现,使得作为考评内容之一的实验报告存在千篇一律的情形。综上,考评结果的真实性、全面性、参考性等有待考证。

二、大学物理实验课程教学策略探析

(一) 课前准备“A+R”:完成预习任务,吸引学生兴趣

为了避免学生课前未预习而导致的实验探究流于形式、理论讲解时间过长等情况的出现,可实施ARCS模型中的“注意”与“关联”维度策略,如设置探究任务、变化教学形式或提供目标导向等策略,帮助学生建立对实验内容的初步认识。即教师在深度备课的基础上,通过线上平台发布对应课程的探究任务与学习目标要求,包括但不限于问题思考、理论学习、操作掌握等内容,从而创设探究情境,将实验重难点内容具体化、问题化。“注意”与“关联”维度策略的应用不仅能够激发学生的学习兴趣、增加课堂参与度,还能给学生提供明确的课程学习目标,以保证学生对实验相关内容进行有效预习。

以“迈克尔逊干涉实验”为例进行教学设计。即借助雨课堂插件向学生线上推送探究实验项目及相应的课程目标要求,制作并发布学生需学习的“光的干涉理论学习”“实验仪器介绍”“实验操作流程”“干涉图样辨析”等内容的教学课件,设计并发布与课件内容相关的思考问题[13]。其中,课件内容应多引入直观图示、实验视频等多媒体资源,借助教学形式的变化增强学生的体验感,从而吸引学生注意,激发其学习动机;同时开放雨课堂线上提问功能,意图打破教学的时空限制,促进师生间交流,以期增强学生课堂参与度,提升学生实验学习积极性。

(二) 实验教学“R+C”:经历探究过程,树立学生信心

实验探究过程是大学物理实验课程教学的核心环节,对学生理论知识的掌握与应用,实践操作、观察分析、推理论证、设计创新等能力的培养起到关键作用。遵循“学生为本,教师为辅”的教学理念,应用ARCS模型中的“关联”与“信心”维度策略,如需求匹配、经验联系、提供成功机会等策略进行教学设计,让学生成为实验探究的主体,自主自助地经历实验探究的整体过程是必要且有效的教学方式。

实际教学中,教师可提前将实验探究过程分解为一个个明确具体、维度适中、可独立操作的实验任务,即应用“提供成功机会”的信心维度策略,当学生完成预习任务、产生学习兴趣,但未形成持续学习行为时,让学生完成这些实验任务,使其在探究过程中体验成功,逐步建立自信,增加自我认同,从而使学生获得内部满足,以此引发学生的持续性学习行为。同时,教师可根据教学实际情况对实验内容进行知识拓展,帮助学生将所学内容与既有知识基础、个人需求和生活经验相关联,即应用“经验联系”的关联维度策略,使学生产生学习期待,维持学习动机。此外,基于学生的知识与能力水平及个人学习需求的差异,教师可基于实验项目额外设计分层挑战任务,如“重新设计实验方案、改装或更换实验仪器以达成原有实验目标”等任务,以此充分调动学生学习兴趣,促进学生的应用创新能力发展。

(三) 考评反馈“C+S”:评价形式多元,提升满意反馈

课程考评不仅能反映学生的学习情况,帮助教师改进其教学设计,同时考评结果对学生后续的学习状态也有直接影响。动机相关理论研究表明,学生学习效果一定程度上受学习动机的影响,且学习动机对学习行为具有调控作用,即高学习动机的学生,一般学习效果较好,同时会表现出积极的学习行为,因而想要提高学生学习效果,不可忽视对学习动机的激发与维持。基于这一理论,投射到大学物理实验课程而言,其效果考评内容不应局限于学生学习结果的好坏,还应重视对学生学习活动过程的评价。因此,在检验大学物理实验课程教学效果时,可应用ARCS模型中的“信心”与“满意”维度策略进行考评体系的设计。比如,在教学前期依据学生“最近发展区”设置考核内容与标准并告知学生,即运用“提供学习要求”这一信心维度的教学策略,来激发学生学习内驱力;同时在教学过程中对学生学习行为进行及时反馈,即运用“给予外部强化”这一满意维度教学策略,使学生从外部反馈这种过程导向的评价方式中体验满足感,进而提升课堂教学效果,形成良性学习循环。

实际教学中的效果考评设计可参照以下方式。首先,应设定考核标准,仍参考“平时成绩+期末考核”模式,但以课前预习情况、实验操作情况、理论笔试情况三部分的考核为准。其次,确定考核形式与内容,即课前预习部分,以雨课堂课前任务完成情况统计结果为准;实验操作部分,学生需将实验过程获得的实验现象、数据拍照上传至雨课堂,并撰写相应的实验报告;理论笔试情况,以部分实验的误差分析、实验原理、实验操作步骤为内容设计考卷进行笔试。需要注意的是,在实验操作考评时,对于实验课题的类别选择应包括平时实验探究与期末实验操作两种,且期末实操考核内容应选取未做过的设计类实验课题。

三、结束语

大学物理实验课程教学不能千篇一律、流于形式,而应根据各高校办学特色、各专业培养标准及学生差异化需求等制定课程安排与教学方案,让学生在经历探究过程的同时掌握相关的实验探究能力,进而培养符合新时代需求的应用型、创新型人才。本文基于ARCS动机模型,借助雨课堂线上平台,探析大学物理实验课程教学适配策略,以期提升教育教学效果,为大学物理实验课程教学改革提供新思路。