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《物理教師雜志》2014年第六期

1“強健式學習”對物理教學原理和策略的研究

PSLC通過在真實課堂中的實證研究，發現物理學習中可產生強健式學習的有效教學策略．下面介紹在物理課堂教學中切實可行且富有成效的兩種教學策略及原理：“樣例”原理和“自我解釋”原理．

1.1“樣例”原理“樣例”原理是指提供給學生一個問題描述詳盡的問題解決策略，要求學生學習或自己解釋解決方案．關于“樣例”原理的研究有兩篇里程碑式的論文：［2］Sweller和Cooper研究發現交替出現樣例和問題與直接解決問題相比更有效、所用的時間也較少，還可以更好地遷移到新問題的解決中．［5］另一篇是Kalyuga等人發現，對于新手，與僅生成解決方案相比，交錯分析解決方案比生成解決方案更有效，但是對于有豐富經驗的學生，直接解決問題更有效．［6］樣例學習起作用的前提是設計良好的樣例．大量實證研究表明，設計良好的樣例能有效促進學習，產生強健式學習．其對新手學習者的效果在物理教學領域中也已彰顯．VanGog等人通過對68名高職學生排除電路故障的研究發現，樣例學習組的學生在近遷移和遠遷移中表現更好，并且他們在訓練中投入的時間和精力相對較少．［7］樣例學習為什么能起作用？對其解釋有以下3種．（1）認知負荷理論．該理論認為在問題解決中，多數認知負荷與強健式學習無關，樣例學習可以減輕學生的認知負荷．（2）任務要求和目標取向．該理論關注問題解決和工作樣例的隱形任務．問題解決的目標是學習，隱形的任務是解決問題而不是理解和學習問題．樣例學習過程中產生的目標指向解決問題而不是學習規則和技巧．（3）彌補知識組件的缺陷．該理論認為當學生在自我解釋樣例的時候比解決問題時更容易注意到錯誤或者正確彌補他們知識的缺陷，因為在樣例中有更多可用的信息．很多研究反復證明，交替出現樣例、問題可以有效促進學習．之前的研究認為，當學生在解決問題時，首先體驗其不足，他們可能更愿意研究樣例，關注他們沒有解決的那些步驟，［8］但問題是新手學習者不具有診斷他們的缺陷的能力．TamaravanGog等人就使用電路故障問題，對103名中學生的學習效果進行對比研究發現，樣例－問題組學生的表現要優于問題－樣例組，這是因為前者可以減輕學生的認知負荷．此外，他們還發現僅學習樣例和樣例－問題組一樣有效，［9］也就是說交替不是直接必要的．

1.2“自我解釋”原理僅將樣例呈現給學生并不能產生預期的學習效果．樣例要發生作用，除了設計良好，還需促使學生對樣例進行自我解釋，解釋樣例中每個步驟為什么是對的，解決問題的原理是什么，如何與他們已有的知識聯系起來等．諸多實證研究表明，當學生對給予的樣例進行自我解釋時，提示或鼓勵學生對樣例的步驟進行自我解釋能提高學習者的學習效果．例如，Hausmann和Vanlehn通過研究學生如何解決物理問題時，發現與給學生提供詳盡且高質量的解釋相比，鼓勵學生在解決問題的過程中進行自我解釋能產生更有效的學習行為．［3］但這是有前提的，即要求學生所解釋的內容必須在學生最近發展區內，太難學生將無法進行自我解釋．在實際的物理課堂教學中，學生可能不主動參與自我解釋或者只是進行淺顯的自我解釋，針對這種情況，Haus－mann等人提出兩人合作自我解釋．他們通過Andes系統對39個學生學習帶電粒子在電場中的運動的研究，發現兩人合作參與比個人參與學習活動可以產生更好的學習效果，在每個步驟上花費的時間和尋求的幫助較少，出錯率也較低．［8］這可能是由于社會責任感提高了學生選擇有效學習策略的頻率，進而產生強健式學習．此外，他們還有個意外發現：交流也是自我解釋的一種方式．［8］目前關于自我解釋為什么有效有兩種解釋：“內容說”和“生成說”．“內容說”認為內容的不同是增加學習獲得的主要原因，即自我解釋可產生教學材料中沒有的額外信息．“生成說”認為自我解釋發生在產生解釋的活動中，它獨立于產生的內容．Hausmann和Vanlehn通過研究學生學習帶電粒子在電場中的運動的4個知識組件，支持了“生成說”，強調學生積極參與自我解釋活動的重要性．

2對物理教學研究的啟示

國外關于強健式學習在物理教育方面的研究，不僅關注理論研究，更關注理論在真實課堂教學中的應用，以促進學習者的強健式學習．筆者認為，這對我國的物理教學研究頗有啟發．（1）豐富研究內容，關注真實課堂．從近30年物理教育研究的主題來看，針對真實物理課堂、學生學習的研究較少．［11］眾所周知，合作是一種有效的教育干預，然而并非所有的合作都可以導致積極的效果．在實際物理教學中，哪種模式的合作才能導致強健的學習結果呢？類似這樣的問題是值得我們深入研究的物理教學問題．（2）與其他學科協作研究．強健式學習在物理教育方面的研究，涉及認知科學、計算機科學、人工智能等多學科領域．物理教育與很多學科之間都是相通的，要想更好地研究物理教育，必須打破各學科領域的壁壘，積極展開對話和協作，各學科協同研究．（3）加強研究者與一線教師，高校與中學的合作．研究者偏向研究理論，而一線教師是物理教育的實踐者；高校是進行理論研究的場所，中學則是實施物理教育理論的場所．他們之間的有效合作，可以很好解決當前物理教育中理論與實踐、教學與科研脫節的問題。

作者：蘇雅琴羅琬華單位：西南大學物理科學與技術學院