美国华盛顿大学物理辅导课课程模式

李艳丽 张文硕 张 萍

(北京师范大学物理系，北京 100875)



教学经验交流

美国华盛顿大学物理辅导课课程模式

李艳丽 张文硕 张 萍

(北京师范大学物理系，北京 100875)

本文介绍了华盛顿大学开发的物理辅导课课程模式——Tutorial in introductory physics，主要包括3部分:课前的预测试，诊断学生的错误概念；课堂教学活动，使用任务单组织学生讨论，有效转变学生的错误概念；课后作业，巩固加强学生对概念的理解.Tutorial是一种以学生为中心、小组讨论合作学习形式的辅导课方式，在讨论的过程中，学生各自表达观点，产生认知冲突、相互争论，最终达成一致结论.这种课程模式有利于提高学生的学习积极性.研究表明，该课程模式下，学生学习的短期效果(即时后测)及长期效果均比传统辅导课中提高显著.

辅导课；合作学习辅导课；合作学习

无论国内还是国外，大学物理教学均包括课堂讲授课和辅导课.辅导课是教学中必不可少的环节，高效的辅导课对于学生加深概念的理解及转变错误概念起着重要作用.传统辅导课是以教师课堂讲授为主，课程内容包括总结课程的知识要点，讲解一些习题和例题.然而，由于学生存在错误概念，单一的讲解，教学效果不是十分理想.例如:对于例题(见图1):“导体棒AD在匀强磁场B中绕通过C点且沿磁场方向的轴OO′匀速转动(角速度与磁场同方向)，比较导体棒A、D两点的电势高低.”传统辅导课中，教师一般使用动生电动势的公式进行积分计算，判断两端的电势高低.但是，研究表明学生在思考这个问题情景时存在错误概念，他们会错误地认为匀速转动的导体处于静电平衡状态，是等势体，因此两端电势相等[1].大量研究表明:教师单纯地按照学科的科学体系讲解课程内容通常不能很好地解决学生的困惑，无法有效转变学生的错误认识.

图1 动生电动势

为了解决传统辅导课的弊端，华盛顿大学Lillian C.McDermott，Peter Shaffer 及教育研究小组University of Washington Physics Education Group(UWPEG)开发了一种新的辅导课课程模式——Tutorial in introductory physics(以下简称Tutorial)，用于替代传统辅导课.该辅导课课程模式中，教师基于对学生的错误概念的研究而设计了任务单，引导学生在课堂上以小组讨论的形式合作学习，共同完成任务单上的学习任务，变被动的接受学习为主动学习，是一种以学生为中心的教学模式.华盛顿大学Tutorial的课程模式在教学实践中取得良好效果，目前已经是美国大学中普遍使用的一种辅导课模式.下面详细介绍华盛顿大学Tutorial课程模式及其教学效果.

1 Tutorial in introductory physics简介[2]

Tutorial是每周一小时的小班辅导课，每班有20～25个学生.与传统辅导课主要使用讲授法不同，在Tutorial课上，3～4名学生组成讨论小组，根据教师设计的任务单，学生小组合作讨论完成任务单上的内容.图2给出课程的设计和实施的流程.

图2 辅导课流程图

1.1 课前预测试

在每周的大学物理课的课堂教学结束前使用10分钟左右时间，对学生进行预测试，题目形式为概念选择题.概念选择题要有诊断性，目的是检测学生在课堂教学之后还存在哪些错误概念，预测试后不公布正确答案，课程教师和助教一起汇总并分析预测试中学生的答题情况，总结学生的问题和困惑，编制辅导课的任务单；为了让学生真实地反馈自己对概念理解情况，预测试不计成绩.

1.2 课堂教学活动

Tutorial在专门的教室进行，学生以小组合作的形式学习.3～4个学生面对面形成一个小组，每组一个白板和笔，有利于同学们间的交流.研究表明[3,4]，3到4人组成小组的合作学习效率最高.各小组在任务单的引导下进行讨论，每个学生轮流发表各自的观点后小组成员进行辩论，倾听别人的批评，这一过程有助于深入理解物理概念，从而建立对概念的正确理解.在合作学习的过程中同伴互教，相互学习.

1.3 Tutorial任务单设计

Tutorial任务单是遵循“暴露问题—产生冲突—解决问题”的原则设计的，针对学生的错误概念，引发学生讨论，产生冲突，然后共同解决问题，转变错误概念，进而加深对物理科学概念的理解.概念转变理论的先驱波斯纳(Posner)[5]等人强调学习者对原有概念不满，激发认知“不平衡”，亦即认知冲突，从而进一步引发顺应类型的概念转变.认知冲突被认为是引发学习者对现有概念不满的最为有效的教学策略.任务单的基本形式有两种，一种是针对概念的理解设计的任务单，题目之间是进阶的，提供脚手架来引导学生有效组织、重建、扩展知识；另一种是与实验相关的任务单，需要学生们先预测实验现象，再进行实验、观察并分析现象及原因.这样的任务单内容及形式能促进讨论和深入理解物理概念.

图3是华盛顿大学与实验相关的任务单(部分)实例[6]:

(1)线圈中的电流应该是朝哪个方向？

(2)闭合开关，观察电流计的偏转方向，然后检查自己上一问的答案；

(3)使磁铁的一极靠近线圈，闭合开关.如果线圈不旋转，调整磁铁的位置或者轻轻地旋转线圈使它开始旋转；

(4)用学过的理论解释线圈运动的原因.

学生通过小组讨论对任务单上的问题达到共识后，才能将答案填写在任务单上，上交的任务单中只记录团队工作成果，个人答案不被接受.助教要前期进行培训，助教的角色是讨论的辅导者而不是知识的传播者，他(她)只是在各组之间观察，倾听学生们的想法，对学生的困惑点有深入的了解，不参与学生讨论，也不直接回答学生或任务单上的问题.这样的辅导课模式，要求同伴互助、合作学习，锻炼了学生的合作解决问题的能力.

1.4 期末考试涉及Tutorial中的内容

在期末考试中涉及辅导课的学习内容，一方面促使学生认真对待辅导课；另一方面，鼓励学生在辅导课后继续思考讨论内容和巩固学习成果.

2 Tutorial课程的效果

华盛顿大学对Tutorial和传统辅导课在转变学生错误概念的有效性方面做了对比研究，结果表明[2]:课程结束后的测试(即时后测)中参加Tutorial的学生比传统辅导课的学生对知识理解更深刻.下面给出一个研究的例子:

研究题目:4个相同的灯泡如图4所示连接在电路中，根据灯泡的亮度进行排序.

图4 电路测试题

参加 Tutorial的学生的正确率大于75%，而参加传统辅导课的学生其正确率小于50%，其中40%的学生认为电流会被前面的用电器“消耗”，所以灯的亮度排序应该为A>B=C>D，而参加Tutorial的学生中只有5%的学生存在这样的错误概念.

为了检测学生学习效果是否可以长期保持，几个月之后利用上述题目再次进行测试，发现参加传统辅导课的学生，只有15%回答正确，而参加Tutorial的学生中有45%回答正确.因此，无论是短期效果还是长期效果保持，Tutorial的学生均比传统辅导课的学生优异[7].

华盛顿大学开发的Tutorial的课程模式在教学实践中取得良好效果，得到广泛应用，大量实证研究结果表明:无论是教师还是学生对Tutorial的评价都很高，对于学生，在概念理解、学习态度及表达能力都有很大帮助；对于教师，从Tutorial中得到的反馈，更全面了解学生的学习困惑，教学更加有针对性[8,9].Tutorial课程模式在美国以外的国家也有很好的适用性，并且在中学也有应用，例如:拉美国家阿根廷在高中研究了这种辅导课在本土的适用性问题，考虑到公立和私立学校的学生社会背景不同，研究选取公立学校3个班级，私立学校两个班级进行研究，发现无论是私立学校还是公立学校Tutorial中学生的表现均比传统辅导课更加优异，对概念的理解更加深刻[7].在北京师范大学，我们研究小组正在借鉴这个课程模式对大学物理辅导课进行教学方法的改革，我们还将对改革效果进行科学定量研究，明确其中利弊，在引用和借鉴国际上教育研究成果过程中加以改进和发展，使之适合我国教学实际情况.

[1] 张萍,齐薇,王媛平,等.基于Peer Instruction教学方法研究大学生物理错误概念——以动生电动势为例[J].物理与工程,2014,24(3):56-59.

[2] Shaffer,Peter S,McDermott,Lillian C.Research as a guide for curriculum development:An example from introductory electricity.Part II:Design of instructional strategies[J].American Journal of Physics,1992,60(11):1003-1013.

[3] Marzano R J,Pickering D J,Pollock J e.Classroom Instruction that Works:Research Based Strategies for Increasing Student Achievement[M].Alexandria,VA:Association for Supervision &Curriculum Deve,2001.

[4] Chasteen S V,Perkins K K,Beale P D,et al.A thoughtful approach to instruction:Course transformation for the rest of Us[J].Journal of College Science Teaching,2011,40(3):589-590.

[5] Posner G J,Strike K A,Hewson P W,et al.Accommodation of a Scientific Conception:Toward a Theory of Conceptual Change[J].Science Education,1982,66(2):211-227.

[6] Redish E F.Teaching Physics with the Physics Suite [M].Hoboken New Jersey:John Wiley &Sons Incorporated,2003.

[7] Benegas J,Flores J S.Effectiveness of tutorials for introductory physics in Argentinean high schools[J].Phys.rev.st Phys.educ.res,2014,10(10):010110-1-010110-10.

[8] Chasteen S V.Teasing out the effect of tutorials via multiple regression[C]// 2011 Physics Education Research Conference.2012:143-146.

[9] Mauk H V,Dan H.Student understanding of induced current:Using tutorials in introductory physics to teach electricity and magnetism [J].American Journal of Physics,2005,73(12):1164-1171.

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TUTORIAL IN INTRODUCTORY PHYSICS AT THE UNIVERSITY OF WASHINGTON

Li Yanli Zhang Wenshuo Zhang Ping

(Department of Physics,Beijing Normal University,Beijing 100875)

This paper introduces a form of recitation—Tutorial in introductory physics,which was developed by the University of Washington.Three parts are included in tutorial:pre-test,classroom activities and homework.Pre-test is aimed at discovering students’ misconceptions.Classroom activities use worksheet to change students’ misconceptions effectively.Homework is to enhance students’ understanding of physics conceptions.Tutorial is a student-centered curriculum which leads students to cooperate and discuss in groups.In the process of discussion,students express their views,cognitive conflict and debating,finally coming into the same conclusion.Research has shown that no matter in short-term or long-term assessment students’ learning effect is significantly higher in tutorial compare with traditional class.

recitation;tutorial in introductory physics;cooperative learning

2015-06-11

李艳丽，北京师范大学物理学系研究生.

张萍，北京师范大学物理学系教授.zhangping@bnu.edu.cn