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强健式学习的物理教学研究

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《物理教师杂志》2014年第六期

1“强健式学习”对物理教学原理和策略的研究

PSLC通过在真实课堂中的实证研究,发现物理学习中可产生强健式学习的有效教学策略.下面介绍在物理课堂教学中切实可行且富有成效的两种教学策略及原理:“样例”原理和“自我解释”原理.

1.1“样例”原理“样例”原理是指提供给学生一个问题描述详尽的问题解决策略,要求学生学习或自己解释解决方案.关于“样例”原理的研究有两篇里程碑式的论文:[2]Sweller和Cooper研究发现交替出现样例和问题与直接解决问题相比更有效、所用的时间也较少,还可以更好地迁移到新问题的解决中.[5]另一篇是Kalyuga等人发现,对于新手,与仅生成解决方案相比,交错分析解决方案比生成解决方案更有效,但是对于有丰富经验的学生,直接解决问题更有效.[6]样例学习起作用的前提是设计良好的样例.大量实证研究表明,设计良好的样例能有效促进学习,产生强健式学习.其对新手学习者的效果在物理教学领域中也已彰显.VanGog等人通过对68名高职学生排除电路故障的研究发现,样例学习组的学生在近迁移和远迁移中表现更好,并且他们在训练中投入的时间和精力相对较少.[7]样例学习为什么能起作用?对其解释有以下3种.(1)认知负荷理论.该理论认为在问题解决中,多数认知负荷与强健式学习无关,样例学习可以减轻学生的认知负荷.(2)任务要求和目标取向.该理论关注问题解决和工作样例的隐形任务.问题解决的目标是学习,隐形的任务是解决问题而不是理解和学习问题.样例学习过程中产生的目标指向解决问题而不是学习规则和技巧.(3)弥补知识组件的缺陷.该理论认为当学生在自我解释样例的时候比解决问题时更容易注意到错误或者正确弥补他们知识的缺陷,因为在样例中有更多可用的信息.很多研究反复证明,交替出现样例、问题可以有效促进学习.之前的研究认为,当学生在解决问题时,首先体验其不足,他们可能更愿意研究样例,关注他们没有解决的那些步骤,[8]但问题是新手学习者不具有诊断他们的缺陷的能力.TamaravanGog等人就使用电路故障问题,对103名中学生的学习效果进行对比研究发现,样例-问题组学生的表现要优于问题-样例组,这是因为前者可以减轻学生的认知负荷.此外,他们还发现仅学习样例和样例-问题组一样有效,[9]也就是说交替不是直接必要的.

1.2“自我解释”原理仅将样例呈现给学生并不能产生预期的学习效果.样例要发生作用,除了设计良好,还需促使学生对样例进行自我解释,解释样例中每个步骤为什么是对的,解决问题的原理是什么,如何与他们已有的知识联系起来等.诸多实证研究表明,当学生对给予的样例进行自我解释时,提示或鼓励学生对样例的步骤进行自我解释能提高学习者的学习效果.例如,Hausmann和Vanlehn通过研究学生如何解决物理问题时,发现与给学生提供详尽且高质量的解释相比,鼓励学生在解决问题的过程中进行自我解释能产生更有效的学习行为.[3]但这是有前提的,即要求学生所解释的内容必须在学生最近发展区内,太难学生将无法进行自我解释.在实际的物理课堂教学中,学生可能不主动参与自我解释或者只是进行浅显的自我解释,针对这种情况,Haus-mann等人提出两人合作自我解释.他们通过Andes系统对39个学生学习带电粒子在电场中的运动的研究,发现两人合作参与比个人参与学习活动可以产生更好的学习效果,在每个步骤上花费的时间和寻求的帮助较少,出错率也较低.[8]这可能是由于社会责任感提高了学生选择有效学习策略的频率,进而产生强健式学习.此外,他们还有个意外发现:交流也是自我解释的一种方式.[8]目前关于自我解释为什么有效有两种解释:“内容说”和“生成说”.“内容说”认为内容的不同是增加学习获得的主要原因,即自我解释可产生教学材料中没有的额外信息.“生成说”认为自我解释发生在产生解释的活动中,它独立于产生的内容.Hausmann和Vanlehn通过研究学生学习带电粒子在电场中的运动的4个知识组件,支持了“生成说”,强调学生积极参与自我解释活动的重要性.

2对物理教学研究的启示

国外关于强健式学习在物理教育方面的研究,不仅关注理论研究,更关注理论在真实课堂教学中的应用,以促进学习者的强健式学习.笔者认为,这对我国的物理教学研究颇有启发.(1)丰富研究内容,关注真实课堂.从近30年物理教育研究的主题来看,针对真实物理课堂、学生学习的研究较少.[11]众所周知,合作是一种有效的教育干预,然而并非所有的合作都可以导致积极的效果.在实际物理教学中,哪种模式的合作才能导致强健的学习结果呢?类似这样的问题是值得我们深入研究的物理教学问题.(2)与其他学科协作研究.强健式学习在物理教育方面的研究,涉及认知科学、计算机科学、人工智能等多学科领域.物理教育与很多学科之间都是相通的,要想更好地研究物理教育,必须打破各学科领域的壁垒,积极展开对话和协作,各学科协同研究.(3)加强研究者与一线教师,高校与中学的合作.研究者偏向研究理论,而一线教师是物理教育的实践者;高校是进行理论研究的场所,中学则是实施物理教育理论的场所.他们之间的有效合作,可以很好解决当前物理教育中理论与实践、教学与科研脱节的问题。

作者:苏雅琴罗琬华单位:西南大学物理科学与技术学院

物理教师杂志责任编辑:田老师    阅读:人次