拼图教学法在光学实验教学中的运用研究_罗全.pdf

第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023104拼图教学法在光学实验教学中的运用研究*罗全1，谢小明2，黎维新1，牛亚兰1，杨铁柱1（1.广西科技师范学院机械与电气工程学院，广西来宾546199；2.广西科技师范学院数学与计算机科学学院，广西来宾546199）摘要：以地方师范院校物理学专业光学实验课程为例，通过拼图教学法解决在教学过程中的突出问题，如学校实验器材缺乏、学生对于实验课的重视程度不高、教师上实验课的态度不够积极等。拼图教学法通过任务驱动，培养学生的自主学习能力、沟通协调能力、团队合作精神以及责任担当意识。研究结果表明，拼图教学法可以提高学生的学习积极性，提升课堂教学效果。关键词：拼图教学法；光学实验；任务驱动中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-7551(2023)01-0104-040引言物理学是一门以实验为基础的学科，很多物理规律都是在进行大量的实验基础上总结得出的，因此实验课是物理学专业或者物理教育专业学生的专业基础课程。高校通过开设一系列的实验课程来提高学生的动手操作能力、实验探究能力，以及培养学生实事求是的科学探究精神1。要实现这些培养目标，如何提高实验课程的教学质量是我们高等教育工作者需要认真思考的问题。实践和研究表明实验教学过程中存在一些问题，比如学校实验器材缺乏，学生对于实验课的重视程度不高，学生动手操作能力弱，教师上实验课的态度不够积极等。根据物理实验教学应以学生操作为主的特点，利用合理有效的教学方法有利于学生主体的体现，有利于实验教学的开展以及实验教学效果的达成。本文从光学实验教学中存在的实际问题出发，采用拼图教学法这一对策，以光学实验教学为例，对传统的教学方式方法进行改革，努力提高光学实验课程的课堂效果，实现人才培养目标。1光学实验教学过程中遇到的问题1.1光学实验仪器设备数量不足随着高等教育的发展和招生规模的不断扩大，高校的实验教学面临着巨大的压力。由于经费有限，实验室的硬件跟不上，仪器设备的陈旧老化且数量不足，影响正常实验教学的开展，进而影响实验教学质量。进行光学实验所用到的仪器设备价格普遍比较昂贵，在学校实验室配备的光学实验仪器不足的基础上，有些精密的光学仪器因年代久远，零件损坏严重，维修困难。导致能够支撑光学实验教学顺利开展的仪器数量非常有限。直接导致学生获取动手操作实验的频次降低，甚至部分学生没有机会操作仪器。在光学实验课程中，大部分以验证性实验为主，实验本身创新性不强，难以调动学生的积极性。再加上实验器材不足，几个学生共用一台仪器，双重因素加剧学生对光学实验的消极态度。一方面不满足教学大纲规定的进行实验时每个学生应该使用一台实验仪器进行独立实验的要求；另一方面，学生的动手操作实验的能力得不到锻炼，很难实现光学实验课程的教学目标。因此高校教师应从教学方法的选择上去弥补学生的消极情绪，找到应对的策略。1.2学生对物理实验课重视程度不够实验是物理学习的重要环节，实验的教与学最能体现和培养科学思维、实验探究、科学态度等核心素养。实验课堂效果不高的原因之一来自学生对物理实验课程的重视和期待程度不高。良好的物理实验课堂体现在收稿日期：2022-12-16*基金项目：2022 年广西科技师范学院教学改革项目(2022GKSYGB09)通讯作者：第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023105学生对实验课具有积极求真的心态，在物理实验操作上力求规范、成熟、完整，而且能够先行预习实验，进行实验设计，动手操作时能够关注实验现象并记录实验关键数据，最后分析归纳所得结论的合理性。目前高校学生对物理实验学习重视不够，主要表现在：（1）学生不重视实验预习任务，甚至忽视预习任务，导致学生课堂表现出不熟悉实验仪器，记不住操作步骤，不理解实验目的等现象；（）学生实验操作基本功不过关，规范性差，学生不重视实验过程的规范性，比较随意，对实验所用的仪器和实验原理一知半解，导致进行动手实验的时候完不成实验流程、得不到实验现象和相应的实验数据；（）学生实验获取的结果数据不达标，撰写报告质量差，学生缺乏去探究追求正确的实验数据恒心和毅力，不重视实验结果的反馈，不重视实验报告的撰写，导致实验教学效果不高，实验报告存在诸多明显问题，出现雷同实验报告、伪造实验数据、编造实验结果等不良学习风气。因此需要高校教师思考改进现有的实验教学方式，探寻加强学生积极参与实验、规范实验操作的新方法。1.3教师对物理实验课积极性不高当前教育教学改革，从政策到文件，从模式到方法再到手段，都越来越丰富，但是从研究数据上看高校实验课教师进行课改的积极性不高，甚至有弱化实验课的倾向。实验课教师责任意识薄弱，不重视学生参与实验操作的积极性不高的现象，淡化学生实验课中出现的问题。导致实验课程支撑不足，课堂管理效率不高，使得实验课教学效果不高。另一方面，学生的消极对待，也影响了教师的教学情绪。以光学实验课为例，目前需要解决学生积极性不高、教师弱化教学的现象，需要进行新的教学改革，尝试新教学方法的探索，以便刺激实验课中师生的交互关系，形成积极的实验课堂氛围。2解决问题的对策进行实验教学改革是目前解决问题的关键。高校实验课教师需打破传统的传授式教学模式，根据实验课程注重操作性的特点，思考改变教师包办代办的局面，把学习的主动权交给学生，让学生参与课堂，让学生动手实践，充分发挥实验课中学生的主体地位。高校实验课教师应积极投身课改，更新观念。在实验课堂上不是教师讲得很多、讲得细，学生就学得好。实验课应改变学生对教师的依赖，让学生独立也能完成实验。高校实验课教师应基于实验仪器不足等客观事实，思考如何利用现有条件实现更好的实验教学效果。以大学物理光学实验课为例，采用新的教学法：拼图教学法，以探索新的教学方式对实验课的影响。所谓拼图就是把一幅完整的图随意切割打乱成零散的小片，然后把零散的部分再拼回原来一幅完整的图。通过拼图游戏可以锻炼人们的记忆力、分析能力、逻辑推理能力以及动手能力等。拼图教学法即：在教学中把拼图游戏的理念和做法与教学相结合的一种教学方法，也叫“互补式教学法”2-3。拼图教学法是由美国著名教育家和社会学家埃利奥特 阿伦森和他的同事于 1978 年首先提出来的，它是“合作学习法”的一种方式。拼图教学法的基本做法是按任务目标将学习小组分成几块“拼图”，每个“拼图”各自完成自己的学习任务，完成学习任务后各个“拼图”回到自己所在的学习小组，轮流分享自己的学习收获。通过拼图教学法可以调动全体学生积极参与到教学活动中，因为每个学生都是小组的重要组成部分，需要每个学生完成各自的学习任务，让学生真正成为学习的主人，通过任务驱动将被动学习变为主动学习。同时学生会在组内分享自己的学习所得，这样让学生之间有了更多积极的互动，创建了非常和谐的学习氛围，并取得了良好的教学效果4-5。因此这种教学方法很快被推广开来，运用范围非常广泛。从理论上看拼图教学法能解决目前高校实验课中出现的各种问题，是应对实验器材不足，积极性不高的重要途径。3运用拼图教学法的具体实施步骤光学实验教学中运用拼图教学法的基本思路：选取一个光学实验教学班为研究对象，利用拼图教学法在一节实验课中将学生分成四个小组分别进行四个不同的光学实验，目的是解决实验器材不足，学生没有操作机会，积极性不高等问题。具体实施步骤如下：第一步，对教学班的 32 名学生进行分组。将教学班的 32 名学生平均分成 A、B、C、D 四个学习小组，每个学习小组都是 8 名同学。把 A 组的 8 名同学分别标记为 A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，另外 B、C、D三个学习小组的组员也分别作类似标记（表）。分组的时候要求每个学习小组成员的分布在性别、实验操作能力水平、学习成绩档次等方面尽量均衡，遵循了组内异质、组间同质的原则，这样分组可以让各方面能力存在差异的学生相互取长补短，最终实现共同进步；并且，各个学习小组的总体水平基本一致，目的是保证各学第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vol.44 No.1 2023106习小组之间的公平竞争，利于教师对学生的学习进行评价和分析6。表 1学生分组情况表组名组员A 组A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8B 组B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8C 组C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8D 组D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8第二步，告知学生实验学习任务，组内形成 4 组专家同伴承担学习任务。分组完成后，教师告诉学生现阶段的实验学习任务共有 4 个，分别是：薄透镜焦距的测定 等厚干涉实验 迈克尔逊干涉实验 和 分光计的调节和使用。然后让每个学习小组在组内根据具体情况配对成专家同伴，每对专家同伴承担一个实验项目的学习任务。这样每个学习小组均被分成 4 对专家同伴，每对专家同伴承担一项实验学习任务，比如 A 组中由 A1、A2 配对成的专家同伴负责学习 薄透镜焦距的测定 这一任务，A3、A4 配对成的专家同伴负责学习 等厚干涉实验 等。B、C、D 三个学习小组也依此分配承担学习任务（表）。配对成专家同伴有利于学生在进行专家组学习过程中有同伴相互讨论，遇到问题时可以一同讨论解决问题。各组专家形成过程中，同时也让全班 32 名同学都明确了自己的学习任务和方向，他们在进行实验之前负责认真学习研究自己所承担的实验学习任务，努力成为该项实验的专家。表 2专家组任务分配表专家组分配组员薄透镜焦距的测定A1 和 A2，B1 和 B2，C1 和 C2，D1 和 D2等厚干涉实验A3 和 A4，B3 和 B4，C3 和 C4，D3 和 D4迈克尔逊干涉实验A5 和 A6，B5 和 B6，C5 和 C6，D5 和 D6分光计的调节和使用A7 和 A8，B7 和 B8，C7 和 C8，D7 和 D8第三步，学习相同内容的专家同伴组成“专家组”进行相应的实验。在第一次实验课中，学习相同内容的专家同伴组成“专家组”进行相应的实验，比如 A1 和 A2，B1 和 B2，C1 和 C2，D1 和 D2 组成“专家组”进行薄透镜焦距的测定 实验，A3 和 A4，B3 和 B4，C3 和 C4，D3 和 D4 组成“专家组”进行 等厚干涉研究 实验四个实验项目同时进行，这样每个学生都可以亲自动手参与到实验过程当中去，很好地解决了实验仪器不足的问题。这个过程很关键，各专家同伴能否都成为自己所承担实验项目的专家将决定各个小组是否能够顺利完成所有实验项目的关键一步。因此，教师只要全程观察学生进行实验的情况，并及时帮助和引导学生进行正确操作。第四步，“拼图”还原，专家同伴轮流分享实验学习项目。通过第一次实验课以后，每个学习小组的专家同伴已经分任务学习完所有四个实验项目的内容，对于每一个实验项目他们都有了自己的组内专家。专家同伴返回到各自学习小组中，从第二次实验课开始，由组内专家同伴轮流分享各自所学的实验项目，其他组员跟着学习并进行实验，完成相应实验学习项目。每次实验课一个学习小组在组内分享完成一个实验项目，四个小组分别进行四个不同的实验。至于每次课学习小组进行哪个实验项目，需要 4 个小组组长课前协调好。这样通过各个专家同伴在组内轮流分享授课，组间滚动轮流进行不同的实验，最终全班每个同学都完成了所有四个实验项目的学习（表）。这个过程中每个学生都积极参与并相互讨论分享，学生真正成为学习的主人，而教师成为一个很好的协助者，给予学生及时的帮助和必要的补充。表 3光学实验安排表薄透镜焦距的测定等厚干涉实验迈克尔逊干涉实验分光计的调节和使用第一次实验A 组B 组C 组D 组第二次实验D 组A 组B 组C 组第三次实验C 组D 组A 组B 组第四次实验B 组C 组D 组A 组第五步：教师的点评。在每对专家同伴分享学习的过程中教师要对他们的表现进行总结和评价，及时指第 44 卷 第 1 期 广西物理 GUANGXI PHYSICS Vo