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物理案例教学的实践模式辨析

来源:UC论文网2018-11-02 08:04

摘要:

  摘要:面对我国基础教育领域教师来源多元化改革带来的教师能力培养问题,物理学科教学领域正在积极地探索物理案例教学的有效实践模式。物理学及其物理教育具有自己的学科特点,在职的和准备入职的物理教师与中学...

  摘要:面对我国基础教育领域教师来源多元化改革带来的教师能力培养问题,物理学科教学领域正在积极地探索物理案例教学的有效实践模式。物理学及其物理教育具有自己的学科特点,在职的和准备入职的物理教师与中学生是两大类泾渭分明不同教育对象。前者应当借鉴经典意义上的案例教学,后者的案例教学类似于一般教学案例、优秀的教案或典型的教学设计,此一点在目前的相关研究、讨论和实践中似乎存在一定的混乱。因此,有效探讨物理案例教学的内涵、类型、模式、结构和实施策略等是一个迫切的现实课题。


  关键词:案例教学;物理学科教学;物理教师教育能力;案例教学结构;


  作者简介:冯杰,1961年生,男,博士,上海师范大学教授,主研方向:中学物理课程与教学论、大学物理教学研究、科学课程教学研究等;;刘兰英,1972年生,女,博士,副教授,硕士生导师,上海师范大学研究生院副院长;;冯迪,1984年生,男,博士,江苏科技大学材料科学与工程学院讲师。


  随着我国基础教育领域教师来源的多元化、新课程改革对教师职业素养的新要求以及高等师范院校毕业生教师资格证的国家考试制度的实施,同时基于(学科教学)教育硕士培养目标、教育行动研究的教研项目展开、校本课程开发和教师在职培训等的特定需要,案例教学这种实训方式在学科教学领域悄然兴起。然而,在教育领域,一方面,教育教学的理论中尚未有这方面的综合研究;另一方面,基础教育的学科教师只是停留在教学案例的实践层面,几乎未曾涉及案例教学的理论研究和实践积累,目前,各学科教育方面的案例教学研究和实践实际上刚刚起步,大体还属于探索阶段。物理学及物理教学具有自己的学科特点,在物理学科的教师教育培训和中学课堂教学过程中恰当地实施案例教学,对于我国当前基础教育领域教师来源多元化改革是一个值得探讨的课题。[1]


  一、什么是案例教学


  从教育的意义讲,案例教学实际上是一种修学研习方式,自古有之。在我国,早在春秋战国时期,周室衰微,诸子百家兴学,其教授方式就是采用大量民间故事、哲理寓言和辩证的格言,通过对话和启发式进行言传身教;在国外,古希腊著名的哲学家和教育家苏格拉底采用对话式、讨论式和思辨式的教学方法,通过向学生提问,不断揭示对方回答问题中的矛盾,引导学生总结出一般性的结论。古代这种实景式的教学是培养学生独立思考能力、质疑进取精神、塑造清骨君子人格以及经世济用吏师能力的有效方法。


  (一)案例教学的诞生


  案例教学最初源于主治医生会诊病情和治疗方案,其目的在于培养医生的临床经验和达到最佳的治疗效果。随后被引入法学、商学和管理学等学科的人才培养实践环节。见习法官或见习律师分析案件的性质和可能判决结果,其目的在于培养法官的审案能力和达到公正审判结果;商学和管理等学科的大量实际案例的分析研究,其目的在于培养具备的商海实战应对能力的卓越经济管理人才。一般认为,经典意义的案例教学是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗·哥伦布·朗代尔(C.C.Langdell)于1870年首创的。由于其具有真正意义上的理论联系实际的教学功能,后经哈佛企管研究所所长郑汉姆(W.B.Doham)推广,并从美国迅速传播到世界许多地方,当时被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。[2,3]


  20世纪80年代,案例教学模式逐渐引入我国。首先在医学、法律和金融管理界的在职培训方面开展了应用。在这些领域的特定实训课程中,围绕特定的培训目标,选定相关的典型案例,进行真实情景的典型化处理,通过分析、研讨和交流,以培养学员的推理、判断和决策能力。当然,在我国,由于教学环境的制约,除医学教学外,基本上是以书面形式提供学员的。将案例教学引入基础教育领域始于21世纪初的新课程改革,引入学科教育领域始于近年来的教师教育能力培养,所以,其案例教学研究和实践实际上处于初步探索阶段。[2]


  (二)案例教学与教学案例的区别与联系


  关于案例教学的准确含义,目前的认识不是很统一。一些学者将案例教学视为一种教学方法,是指教学者使用案例,以团体或小组讨论、角色扮演等方式来增进成员间的交流,引发学习者思考,并给予成员真实状况学习的一种教学方法。这是将案例教学模式归并为案例教学法了。教育学层面把案例教学理解为:根据教学目标,教师在教学过程中,以案例为基本素材,把学生带入特定的事件情景中分析问题,培养学生运用理论知识解决问题并形成技能的实际情境教学方式。这是对案例教学的传统经典意义上的解读。相应于各类学科教学领域的案例教学,其内涵、特点和应用模式应当有较大的差别,这也是目前存在着一些的混乱的原因之一。[4,5]


  其一,教育对象不同。比如,在我国目前的教师教育领域,案例教学的主要对象应当是具有一定理论素养和初步教学体验的师范专业应届毕业生、一定综合理论素养的应用型专业硕士研究生和已经取得教师资格证的非师范专业人员。而教学案例的对象主要是中小学生(然而,在中小学课堂教学中全面实施案例教学是不现实的)。


  其二,活动方式不同。案例教学与教学案例,不是文字顺序的差别,而是内涵完全不同的两种教学活动形式。前者是研究型、研讨型和实践性的双边活动,后者是启发型、认知型和互动型的双边活动。


  其三,实践内涵不同。案例教学是一个动态过程:案例教学不是建立在已经被验证的知识或信息基础上的,而是以客观发生的一种或多种教学情境为出发点,其目标不是让教学对象去接受某个不容置疑的、唯一或正确的答案,而在于探讨复杂问题发展的多种可能性,通过自己的分析、思考和推理,得出自己的判断,进而作出自己的决策。而教学案例描述的是一个真实的教学过程,叙述的是这个教学故事的产生、发展和结果的历程,其目标是唯一和固定的,它是对教学活动的静态性的单边把握。


  其四,实施形式不同。案例教学实践中的“案例”既可以是成功的也可以是失败的。而教学案例的“案例”都是成功的教学范例。


  二、物理案例教学的界定与类型


  我们知道,法律、医学和商学知识的习得与其所发生的具体社会情境的多样性有密不可分的关联,事件的典型性可能是多原因的结果,与物理学知识的习得必须经过丰富的不可或缺的感性阶段实验情境、教与学双边必须进行严谨的逻辑思维加工和严格定量的因果关系论证完全不同。由此可见,物理教育教学的案例教学具有其特定的内涵。


  (一)物理案例教学的界定


  对于物理学科教育教学能力培养的案例教学的界定和研究,目前,尚未发现有效的成果,而且存在一些混乱,比如,教育对象的混同,案例教学与教学案例的混同,教案与教学设计的混同,等等。因此,应当充分依托当前中学物理教师职前培训实践经验,中学物理教师的教学能力现状以及中学物理教师资格证的国考要求,厘清物理案例教学的两类对象及其教学目标,对物理案例教学的内涵作有实用意义的界定,进而深入研究其类型、特点和结构,最终实现其具有可操作性的案例教学成果。


  1.物理案例教学的对象


  根据目前我国基础教育中物理学科教育的实际情况,物理案例教学的对象显然是泾渭分明的两大类:在职的或准备入职的物理教师与中学生。前者的案例教学应当是经典意义上的案例教学,如何实施案例教学,是一个需要开拓研究的具有实用价值的课题;而后者的案例教学其实类似于教学案例、典型教案或优秀的教学设计。


  2.物理案例教学的定义


  一方面,物理案例教学是通过模拟实际物理课堂或者重现物理实验情境的一种实时、客观和互动学习环境,让学生把自己的角色纳入教学案例场景之中,通过师生的讨论、交流和引导,共同完成教学任务。这里的“师”是资深的物理教师或物理教育研究学者和一般的中学物理教师(分别对应于两类不同的教育对象)。另一方面,与经典意义的案例教学一样,物理案例教学可以通过分析、比较和概括研究各种各样的成功的和失败的中学物理教学实例,从中抽象出某些一般性的中学物理教学结论或一般的教学原理,从而达成提高物理教学能力或提高物理学习能力的教学目标。因此,根据物理案例教学的对象的不同,我们尝试可以给“物理案例教学”这样下定义。


  定义1(中学物理教师教育能力培养):研究根据中学教学规律、物理课程的培养目标以及物理教学教师能力的要求,在教材分析(研讨、分析和引导)、所授教学对象的学情分析(讨论、交流和总结),以及对教学环节、教学方法(媒体、手段)和教学技能的多样性等实际教学情境进行综合研判的基础上,开展适应性的单元、课时、教学难点或某项教学技能培养方案的教学设计后展开的实景型教学实践活动。


  定义2(中学物理课堂教学):根据物理知识点的教学目标,物理教师在教学过程中,把学生带入特定的物理事件情景中分析问题和解决问题,培养学生运用物理理论知识并形成技能和发展能力的实际情境教学方式。


  给出可区分定义的目的在于必须明确两种案例教学的本质(对象和内涵)不同。以下讨论的案例教学主要针对定义1。


  (二)物理案例教学的特点


  从上述定义和现代教学模式的角度来看,案例教学并不单纯是一种具体的教学方法,它实际上是以受教育者的角色定位、教学内容的灵活多样和教育情境的特殊变化为前提的,其进行的是一种准应用层面的定向能力培养方式。案例教学环节中的教育者、教学过程、教学媒体和受教育者的多元化构成了形形色色的案例,使得案例教学具有针对性、诊断性和典型性的巨大教学功能。因此,案例教学涉及的层面是多样、繁复和相互关联的。那么,物理的案例教学具有什么特点呢?


  1.物理案例教学是一种新型教学模式


  对于物理教师能力培养来说,物理教师培训案例教学的分析载体是中学物理教学规律(技能、内容),设计者是物理学科教育的专家或资深物理教师,教育对象是中学物理教师(准备入职或在职),这构成了一种新型教学要素关系;其实施过程,类似于主治医生会诊病情和治疗方案及法官或律师判断案件性质和可能判决结果;其实施后,需要分析、讨论和总结,并对其物理教学的效果进行评估和反馈,目的在于高效率、有的放矢地培养教师的教学能力。


  而对于提高中学物理课堂效率来说,中学课堂的案例教学是为适应新课程改革应运而生的一种新型教学模式。因为其分析载体是中学物理教学内容,设计者是中学物理教师,实施对象是中学生,如何进行教学活动(课堂、实验、课外活动),相当于教学设计———教案;如何进行教学设计,相当于教研活动———说课,但不是说课稿;实施过程相当于一节公开课;实施后,需要总结和反馈,有效地改进不足,这也是一种对教师教学能力的评价方式。


  2.物理案例教学是一种兼有研究性、理论性和实践性的学研教学特质


  其一,物理案例教学要经过事先深入的调研和实事求是的分析(比如,中学物理教学一般规律、物理教师的职业能力素养,中学生的物理相异构想等);周密的设计和细致的准备:选定教学对象和典型的物理知识难点。


  其二,案例教学载体设计必须符合该知识点的科学思维逻辑结构,比如,物理概念教学的归纳法、物理规律教学探究法或控制变量方法、物理难点教学的情境观察法等。


  其三,需要设定或研究特定的物理情境,需要指导学生提前阅读相应的材料,需要组织学生开展讨论或争论、反复互动与交流,揭露中学生的物理相异构想,寻找达成既定的教学目标有的放矢的途径。


  其四,物理案例教学一般要结合和应用一定教育心理学理论。


  其五,需要通过各种技术信息、物理新知识、教学经验和多重教学观的师生交流和碰撞,启迪学习者主动的学研思维活动,形成开放、实时和高效的新型的学研一体的教学特质。


  (三)中学物理课堂案例教学的类型


  说到教学的类型,自然联想的就是中学物理课堂的实验教学、概念教学、规律教学、问题(习题)教学和复习教学。这些课型的教学案例设计不是案例教学,但可以作为物理案例教学的内容载体。由此,根据案例教学的本质和特点(仅仅针对中学物理教师培训),可以简要地将物理课堂的案例教学分为以下五大类型。


  第一类型:物理教师基本教学素养培养的案例教学,其内容载体是初高中物理教师的PCK结构的案例研究和初高中学生物理学习心理特点的案例分析。


  第二类型:物理教师课堂教学的基本技能培养的案例教学,其内容载体包括目前中学物理课堂的12项技能的案例训练。


  第三类型:基于传统的中学物理基本课型的案例教学,内容载体是典型的物理实验、概念、规律、问题(习题)和复习的教学案例。其与目前的基本教学模式相对应。


  第四类型:基于新时期物理新课程教研能力培养的案例教学,具有研究性的特点,可以分成四个子类,即典型知识点的案例教学、重难点知识的案例教学、相异构想知识点的案例教学和物理学困生的案例教学。


  第五类型:中学物理科学探究实验案例教学。科学探究不仅是一种科学研究的方法,也是我国科学课程的一个学习内容。其教学模式贯穿我国基础教育的所有课程,是中学物理教师必须掌握的科学素养教育的教学方法。


  以下分别简要讨论这五类案例教学的结构。


  三、物理教师基本教学素养培养的案例教学


  物理教师基本教学素养是一种综合素养,诸如物理学理论水平、中学教师PCK水平、中学生物理学习心理特点、物理教学的五大课型、课堂教学的各种技能、物理实验设计能力和演示技能,以及物理教育研究能力等。按照上述案例教学定义和类型讨论,可以对中学物理课堂案例教学的结构作如下设计。


  (一)中学教师PCK培养的案例教学———第一类型


  根据物理学科的特点及近年来物理教师教育能力培训的研究成果,可以建构符合中学物理教师特质的五个方面PCK结构知识:主题最核心的物理知识及其教育价值;知识点之间的联系和科学方法;学生已有的物理基础、技术经验和可能出现的物理学习困难,包括初高中学生物理学习特点;帮助学生掌握物理学习的方法;物理实验操作的基本技能和创新能力的培养策略。其结构如图1所示。[6]


  (二)物理课堂教学技能的案例教学———第二类型


  目前中学物理课堂教学有12项基本技能。其训练案例:按照微格教学的模式(最早源于美国斯坦福大学,是一项比较成熟和成功的教师课堂教学技能培养的案例教学模式),运用现代化视听教学技术,采用微班级,精选教学内容,模拟教学实景,课时时间一般为8—15分钟。其结构如图2所示。


  四、物理教师基本课型教学能力培养的案例教学


  在当前基础教育的教学模式没有太大改变的环境下,中学物理教学形式基本上还是课堂教学为主、实验教学为辅加之适量的校本课程教学(课外活动课程)教学模式,属于第三类型,其典型的课型有物理实验、概念、规律、问题(习题)和复习教学,其与目前传统教学模式相对应。


  (一)物理概念的案例教学设计


  物理概念是某类物理现象和物理过程的共同性质和本质特性在人们头脑中的反映,是对物理现象、物理过程抽象化和概括化的思维形式。物理概念有不同的类型。[7]


  1.凸显物理概念逻辑思维特征的案例教学


  我们知道,概念既具有客观属性,又具有主观属性。这里的客观属性是指概念的对象是客体的,主观属性是指概念的定义是主观的,是人们认识事物本质的程度、深度或目的。因此,为了凸显物理概念的思维特征,其案例教学可以分为“模型化+多级性”“多向性+表述多样性”“思维转换+假设与验证”和“等效思维+实践性”四种案例。


  2.呈现建立物理概念一般认知过程的案例教学


  广义上讲,学生建立物理概念的认知过程与人类知识学习的一般认知过程没有任何本质的区别,所以,该案例教学可以分为“物理概念的引入”“物理概念的建立”“物理概念的应用”和“物理概念理解的阶段性”四个子类型。


  3.通过理想模型建立物理概念的案例教学


  通俗地说,建立理想模型的逻辑方法就是去粗存精、去伪存真。所以,物理概念理想模型案例教学的基本结构与程序为:呈现物理概念情境(实景)→问题引入→找到所有因素→分清主次因素→忽略次要因素突出主要因素→概念建立→概念的内涵和外延→应用。


  4.比值定义法建立物理概念的案例教学


  比值定义法适用于物质属性或特征、物体运动特征的定义。其一,定义物质或物体属性特征的物理量;其二,定义能够描述物体运动状态特征的物理量。其案例教学的基本结构与程序都可以表述为:被定义量→确定两个间接相关的物理量→文字定义→比值演绎→定义式→物理意义→应用。


  5.实验归纳概括抽象模式建立物理概念的案例教学


  教学实验归纳概括抽象模式是物理概念教学模式最规范、科学方法教育上最重要、学习效果最有效的结构形式。该模式的基本结构与程序可以简化为:中学物理教学规律→感性材料→科学抽象→本质属性→下定义(文字表达)→(物理量)定义式→物理意义(质和量,单位,测量方法)→适用范围→对比(有关概念的区别和联系)等。


  (二)物理规律的案例教学设计


  1.实验探究法模式———实验归纳法


  通过反复的实验来显现许多个别物理现象的共同特征,验证其推论的正确性,然后归纳、分析整理得出正确的结论,这就是实验分析归纳法。此模式适用于知识点的物理因素比较复杂,单纯的实验或者单纯的演绎很难得出其本质规律的教学。其案例教学基本结构与程序:


  第一步:实验事例1、2、3……———分析结论(多变量);


  第二步:归纳(多变量)1、2、3……———分析结论;


  第三步:概括———共同结论;


  第四步:抽象———揭示本质;


  第五步:建立规律(文字、数学表达式);


  第六步:讨论物理意义;


  第七步:讨论适用条件和范围;


  第八步:巩固与应用。


  2.理论演绎模式


  此模式适用于难以直接或无法通过实验得出物理规律的教学。其基本结构是:物理规律实景→提出问题→依据旧知识→新知识→逻辑关系→采用数学方法。


  3.理论归纳模式


  广义上说,实验归纳模式与理论归纳模式在其逻辑上的结构与程序没有本质的区别,都是需要从许多个别的事物中概括出一般性概念、原则或结论的思维方法。所以,该模式的基本结构与程序可以参照上述实验归纳模式。


  4.理论假说模式


  物理学的假说有三种。类型一:根据已知的科学原理和科学事实,对新事实进行假定性的说明;类型二:根据已知的科学理论,进行逻辑推演出可以预测新的现象;类型三:不是根据已知的科学原理和科学事实,而是根据新事实,提出与已知的科学原理不相容的假定性说明。该模式案例教学基本结构与程序:物理实事(理想实验)→假说→新物理实事(理想实验)或新实验→新假说。


  5.理论类比模式


  此模式适用于定性的物理原理。该模式的基本程序:考察物理对象具有属性ABC及属性KL;待研究的对象有属性A′B′C′;其中ABC分别与A′B′C′相同或相似,那么,待研究对象也有可能具有属性K′L′,而且K′L′与KL相似或相同。其案例教学的结构有两类:特殊→特殊;一般→一般。


  6.理想实验模式


  我们知道,“理想实验”是一种逻辑推理的思维过程。该模式的基本结构与程序:物理教学规律实景→新物理实事→设计理想状态(无损耗、无摩擦)→呈现理想实验过程(呈现新物理实事)→对比真实实验→超越真实实验→新结果。


  7.物理规律教学的实验控制变量法模式


  控制变量法一般用于三个变量的物理规律的完整探究实验教学,所以,该模式必须借助科学探究的七要素结构,但是,七个要素不一定非用齐不可。


  8.物理问题教学的分析模式和归纳模式


  该模式适用于物理习题教学,一般有两类逻辑结构:


  其一,分析法。其基本结构:从问题的待求量出发→根据物理过程→寻求有关的物理定律→写出原始公式→逐步展开求解的方法→结果。


  其二,综合法。其基本结构:已知条件出发→根据题设条件和过程→寻求已知量跟某些中间量之间的关系→建立一系列方程式→直至建立与待求量有联系的公式→结果。


  (三)物理科学探究实验的案例教学


  中学物理实验教学案例的类型可以分为科学探究实验、分组实验和课堂演示实验。科学探究实验的内容就是传统的分组实验,2003年课程改革后,将其上升为完整的七要素科学探究实验。


  五、物理教师教研能力培养的案例教学


  基于物理新课程标准的目标要求,新时期教师教育教学能力、学科理论水平和职业素养的标准,以及提高中学物理教师教研能力的客观要求,具有研究性的物理案例教学可以分成五种子类,其属于第四类型。[9]


  (一)教育心理学应用的案例教学


  该类型主要适用于在读的学科教学硕士生的学位论文研究阶段。其基本结构:教育心理学原理+项目→案例(课题背景→综述→中学物理教学规律→物理教学内容分析→研究方案→研究过程→实证研究→研究成果→结论)←(研究报告)。


  (二)相异构想知识点的案例教学


  该类型适用于解决在职的初中物理教师的具体教学实践中问题。其基本结构:中学物理教学规律→知识点的相异构想→学情分析→教学策略→教学设计→实施过程→教学效果→评价。


  (三)典型知识点的案例教学


  该类型基本适用于解决在职的初中和高中物理教师的具体教学实践中问题。其基本结构:中学物理教学规律→典型知识点→学情分析→教学策略→教学设计→实施过程→效果→评价。


  (四)重难点知识的案例教学


  该类型一般适用于解决新入职的初中和高中物理教师的具体教学实践中问题。其基本结构:中学物理教学规律→重难点知识点→学情分析→教学策略→教学设计→实施过程→效果→评价。


  (五)物理学困生的案例教学


  该类型主要适用于解决在职的高中物理教师的具体教学实践中问题,特别是各级非重点中学的物理学科教学。其基本结构:中学物理教学规律→物理学困生特征→学情分析→教学策略→教学设计→实施过程→效果→评价。


  六、结论


  当前,我国基础教育领域教师来源和教师能力培养的多元化,呼唤出学科教育的案例教学实践和研究热点。初步研究的物理案例教学的五大不同结构及两类不同的教学对象,反映了物理科学的教育功能和物理教师教育能力培养的特殊要求,在辨析物理案例教学本质内涵和外延特点的基础上,尝试探讨了物理案例教学的内涵、类型、模式、结构和实施策略等迫切的现实课题。

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