首页 -> 2007年第10期
用科学的方法培养未来的科学人才
作者：王 平 邱文教
关键词：理科课程：传统教学；探究式教学；学习循环模式
美国大学理科课程教学一直采用的模式是：教师课堂讲授理论、实验验证理论、以书面考试为主的考核。这种传统的教学模式不能有效地促进学生的学习，发展学生的科学思维能力。建立在现代认知学习理论基础上的“学习循环模式”(Learning Cycle Model)或称“探究式教学”(InquffyTeaching)，为大学理科的教学改革提供了新思路。本文用亲身在美学习经历结合文献综述介绍了“探究式教学”的理论依据和实例。我国大学理科教学与美国的情形大体相同，我们也许能从美国的实践中学到些经验，从而促进我国大学理科教学的改革，科学而有效地培养未来的科学人才。
一、大学理科教学的现状与困境
美国绝大多数的大学理科课程教师没有或很少受过系统的教学技能的训练，不会使用各种授课技巧和方法创设有效的学习环境来促进学生的学习。下列情形是大学理科教学常见的：几十到几百学生的大班授课，教师讲授书本内容，实验验证教学内容，布置课内外作业，以书面考试为主的考核方式。
然而，大学理科课堂广泛采用的传统教学方法并不能有效地提高和改善学生的思辨性思维和解决问题的能力，也体验不到科学家们常有的对自然的好奇和热情，即使是有经验的老教师通过上述手段也很难有效地改善学生的学习。20世纪50年代后期的加州理工学院的诺贝尔物理学奖获得者Richard Feynma的经历很有代表性，他发现只有少数学生对物理学的概念有深刻的理解，能够解决一些复杂的富有挑战性的物理学问题。他敏锐地意识到物理学的教学存在很大的问题，因此决定对教学作些改革。他用简单的言语描述和解释深奥复杂的物理学现象和概念，他的富有感染力的讲授技巧在他的时代无与伦比。不幸的是，他发现他的教学仍然没有能改善大多数学生解决物理学问题的能力。为什么最有经验的教授通过讲授不能改变那些聪明绝顶的学生呢?过去二三十年来的大量的有关对学习过程和理科教学的研究表明，大学理科教学广泛采用的讲授法不是有效的教学方法。研究表明，多数学生并不能有效地从讲授中和课本上学到知识和发展能力并加以利用。而当学生成为积极的学习者，在互动式的教学环境中学习时他们的学习最为有效。最近，科学家和教育家们倡导大学物理学教学的主要目的之一是培养学生成为“牛顿式”的思想家。而互动式的课堂环境是最有效的培养牛顿式思想家的环境，在这样的环境中，学生们在操作处理实验设备和材料的同时，积极参与和同学及老师的交流对话，得出自己的结论，而不是证实书本上的或教师期待的结果。
二、在大学理科教学实施学习循环模式的理论及实例
传统的理科教学方法植根于所谓的行为主义理论，即：概念可以完整无损地从教师的脑中传到学生脑中，或者说告知就是教学。而与之对应的是认知学习理论或建构主义理论，强调了学习者的思维过程，认为已有的知识、态度、动机和学习方式影响着学习过程。认知学习理论目前已经成为指导教育实践的主要理论之一。认知研究表明，最能揭示人类学习的模式是“学习循环模式"(LearningCycleModel，简称LCM)。这一模式指出，使学生掌握和记住概念的最好方式是由学生以各种方式收集数据和资料开始，然后通过思维活动发展形成概念，最后是应用概念。研究还表明学习是个积极的过程，是个人在已有知识的基础上构建新知识的过程。学习同时也是一个社会活动，它要求学习者互相合作，相互尊重不同的观点。
“学习循环模式”，或称“探究为基础的模式”(Inquiry-Based Model)，已经被证明有利于学习者获取和记忆信息，有利于改善学生对科学知识的理解，提高学生的思辨能力和实验技能。该模式鼓励学生在课堂上积极参与和思考，通过分析、讨论数据和资料，构建知识和得出结论。
最近几年来，美国国家自然科学基金会相继资助了一些旨在改革大学理科教学的努力，作者在美学习期间曾亲身经历了一些有关的教学。下面通过切身体验并结合文献报道对美国大学如何在课堂和实验教学中利用“学习循环模式”作些介绍。
1．课堂教学。下面描述的教学过程和步骤经过适当的修改或调整适用于所有理科课堂教学，包括大班教学。
(1)分组及角色。学生们按三到四人分组，每人扮演一个角色，比如：小组长、记录员、技术员、陈述员。小组长全面负责小组的工作，确信每个成员按时完成任务，参与小组活动并理解所学习的内容。记录员记录小组的答案和解释等。技术员为小组成员提供技术支持，如计算机的使用。陈述员的工作是报告小组的学习进展和结果。
(2)复习。开始上课时有几分钟的小测验，测试上节课的内容，可以由个人或小组共同完成，然后，小组或全班用很短的时间讨论刚刚完成的测验。教师返还含有学生上次的测验卷、记录员的记录、教师的评语的文件夹。教师简单回顾上节课的内容，或介绍将要进行的活动。
(3)探究学习。学生以小组为单位阅读或观察教师提供的模型、数据或有关信息，讨论回答一些教师提出的问题，揭示模型或信息之间的相关性，引导出概念或得出结论。然后，全班讨论上述概念或结论，学生阅读教科书上相关的部分。教师给学生额外的练习课堂完成或作为家庭作业，进一步使用概念或结论。
(4)教师的角色。教师巡回审阅记录员的记录，观察和倾听学生的讨论。如果教师发现学生对某个科学概念存在误解，教师要尽可能让学生自己发现错误，这样学生的学习能长久保留。
(5)组间互动。学生向全班报告他们组对某个问题的答案，或小组间比较各自的答案，解决可能的分歧，或某个小组内的成员到其他组当“顾问”。
(6)反思。学生用三到五分钟的时间回答问题：什么是今天学习的两到三个最重要的概念?你所在的组今天有哪些好的表现?哪些要改进?就今天的学习内容你还有什么问题?
(7)成绩评定。主要依据平时的几次一小时的考试、实验报告和期末考试。五分钟的测验以及参与小组活动的表现也占一定比例。
我们在参与和观察了美国几所学校教学后发现，所有教学都有如下共同的特征：使用小组学习，概念的引入在数据或信息资料分析之后，反思学习过程，教师的讲授时间通常不超过10～15分钟(一节课50分钟)，教师与学生、学生与学生之间的互动交流频繁。学生们反映新的教学方式创造了宽松自由的课堂气氛，使他们能交流分享不同的观点，有助于他们理解
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