雷 丹 黃致新 陳麗莎 孫楚鈺 劉賀平

(華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079)

1 診斷性教學(xué)及其意義

診斷性評(píng)價(jià)也稱“教學(xué)性評(píng)價(jià)”，一般是指在某項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)開始之前對(duì)學(xué)生的知識(shí)、技能以及情感等狀況進(jìn)行的預(yù)測(cè)．通過這種預(yù)測(cè)可以了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和準(zhǔn)備狀況，以判斷他們是否具備實(shí)現(xiàn)當(dāng)前教學(xué)目標(biāo)所要求的條件，為實(shí)現(xiàn)因材施教提供依據(jù)．而根據(jù)教育過程的需要，診斷性評(píng)價(jià)也慢慢滲透到教學(xué)的各個(gè)階段．根據(jù)診斷的目的、過程和標(biāo)準(zhǔn)，可將教學(xué)診斷性測(cè)驗(yàn)分為以下5種類型：預(yù)測(cè)性診斷測(cè)驗(yàn)、形成性診斷測(cè)驗(yàn)、適應(yīng)性診斷測(cè)驗(yàn)、質(zhì)量性診斷測(cè)驗(yàn)以及障礙性診斷測(cè)驗(yàn)．

本文主要研究形成性診斷測(cè)驗(yàn).這類測(cè)驗(yàn)是在教學(xué)過程中進(jìn)行的．形成性診斷測(cè)驗(yàn)有助于教師了解哪些教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到，哪些目標(biāo)尚未達(dá)到，還存在哪些方面的差距等，以便適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略．對(duì)學(xué)生來說，可以利用形成性診斷測(cè)驗(yàn)進(jìn)行自我反饋和自我調(diào)整，逐步接近或達(dá)到教學(xué)目標(biāo)．

2 CRS在形成性診斷測(cè)驗(yàn)中力學(xué)部分的應(yīng)用

大學(xué)物理的力學(xué)部分由質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律(動(dòng)力學(xué))、動(dòng)量與角動(dòng)量、功和能、剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、狹義相對(duì)論基礎(chǔ)這6章組成．而這6章可以劃分為4個(gè)部分：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)，剛體動(dòng)力學(xué)以及狹義相對(duì)論．與高中不同的是大學(xué)物理質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，需要用到微積分知識(shí)來嚴(yán)格定義質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度，同時(shí)還提到曲線運(yùn)動(dòng)以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的問題．而質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)主要介紹的是牛頓第二定律、動(dòng)能、動(dòng)量定理、能量守恒、動(dòng)量守恒、角動(dòng)量守恒定律，在介紹機(jī)械能守恒定理的同時(shí)引進(jìn)保守力的概念．剛體這一部分則引進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念，同時(shí)將動(dòng)力學(xué)內(nèi)容用于剛體部分．狹義相對(duì)論則引進(jìn)全新的時(shí)空轉(zhuǎn)換概念，主要基于兩個(gè)原理——相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，其中提到洛倫茲變換以及相對(duì)論質(zhì)量、動(dòng)量、能量關(guān)系式．而整個(gè)力學(xué)部分的核心主要體現(xiàn)在機(jī)械能守恒、動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒這三個(gè)守恒定律上．因此本文基于力學(xué)部分的這三大守恒定律，對(duì)CRS在形成性診斷測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用開展研究．

CRS教學(xué)系統(tǒng)在形成性診斷測(cè)驗(yàn)的應(yīng)用,是指在新課結(jié)束后準(zhǔn)備幾道能體現(xiàn)重點(diǎn)概念和規(guī)律的、容易出錯(cuò)的選擇題,利用CRS 進(jìn)行學(xué)習(xí)效果檢測(cè),可同時(shí)起到復(fù)習(xí)鞏固和深化理解的作用．通過CRS教學(xué)系統(tǒng)在課堂中的有效應(yīng)用,教師能夠及時(shí)得到學(xué)生知識(shí)掌握情況的反饋信息,從而適時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)進(jìn)度．當(dāng)然,由于應(yīng)用CRS時(shí)應(yīng)答題目只能以選擇題的形式出現(xiàn),學(xué)生的選擇結(jié)果只能給出其思維結(jié)果,而不能展示其思維過程．若教師在對(duì)學(xué)生群體答案分析的同時(shí)進(jìn)行個(gè)別提問,則可以通過對(duì)話洞察其思維過程,以做出進(jìn)一步講解[1]．

CRS題目的設(shè)計(jì)是形成性診斷測(cè)驗(yàn)成功的關(guān)鍵所在，在本次研究中，CRS題目主要根據(jù)認(rèn)知沖突型來設(shè)計(jì)：每三道題目圍繞一個(gè)概念展開，但是各自有各自的特征．第一道題目主要為建立學(xué)生信心設(shè)計(jì)，題目簡(jiǎn)單．大部分學(xué)生可以正確回答出該問題，因此第一道題之后的討論相當(dāng)簡(jiǎn)單．第二道題目難度增加，不同的題目往往會(huì)選擇不同的答案，學(xué)生將意識(shí)到自己沒有很好的掌握概念，教師可以查看不同學(xué)生的選項(xiàng)并對(duì)學(xué)生為什么要選擇該答案進(jìn)行提問討論．教師可以根據(jù)反饋回來的信息，及時(shí)解決同學(xué)的疑難問題，調(diào)整教學(xué)．第三題題目難度較大，是為了檢測(cè)教學(xué)成果，判斷學(xué)生是否掌握基本概念．因此三個(gè)題目難度分別為：易-難-難．

3 題目應(yīng)用舉例

接下來的三組題目出自華中師范大學(xué)物理力學(xué)課堂的PowerPoint演示文稿，用于在新課結(jié)束后對(duì)學(xué)生的所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)和鞏固學(xué)生所學(xué)內(nèi)容．學(xué)生在課堂上用了5 min來完成每組題．

第一組問題是關(guān)于功和機(jī)械能守恒的題目.

【例1】一個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)在幾個(gè)力作用下的位移為Δr=4i-5j+6k, 其中的一個(gè)力為恒力F=-3i-5j+9k, 則此力在該位移過程中所做的功為

A.-67 J B.17 J

C.67 J D.91 J

【例2】下列說法正確的是

A.不受外力作用的系統(tǒng)，它的動(dòng)量和機(jī)械能必然同時(shí)守恒

B.內(nèi)力都是保守力的系統(tǒng)，當(dāng)它所受的合外力為零時(shí)，其機(jī)械能必然守恒

C.只有保守內(nèi)力作用而不受外力作用的系統(tǒng)，它的動(dòng)量和機(jī)械能必然都守恒

【例3】對(duì)功的概念有以下幾種說法：

(1)保守力做正功時(shí), 系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)的勢(shì)能增加.

(2)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)一閉合路徑，保守力對(duì)質(zhì)點(diǎn)做的功為零.

(3)作用力和反作用力大小相等、方向相反,兩者所做功的代數(shù)和必為零.

A.(1)、(2)是正確的

B.(2)、(3)是正確的

C.只有(2)是正確的

D.只有(3)是正確的

第二組問題是關(guān)于沖量和動(dòng)量守恒的題目.

【例4】砂子從h=0.8 m高處下落到以3 m/s的速率水平向右運(yùn)動(dòng)的傳送帶上，如取重力加速度為10 m/s,傳送帶給予剛落到傳送帶上的砂子的作用力的方向

A. 與水平夾角53°向下

B. 與水平夾角53°向上

C. 與水平夾角37°向上

D. 與水平夾角37°向下

【例5】一個(gè)α粒子飛過一金原子核而被散射，金核基本上未動(dòng)，在這一過程中

A.對(duì)金核中心來說，α粒子的角動(dòng)量守恒

B.對(duì)金核中心來說，α粒子的角動(dòng)量不守恒

C.α粒子的動(dòng)量守恒

D.α粒子的動(dòng)量不守恒

【例6】在核反應(yīng)堆中利用中子和“減速劑”的原子核發(fā)生完全彈性碰撞而使中子減速，則

A.減速劑應(yīng)使用原子質(zhì)量比較大的元素

B.減速劑應(yīng)使用原子質(zhì)量比較小的元素

C.無法判斷

第三組題目是關(guān)于剛體和角動(dòng)量守恒的題目.

【例7】關(guān)于剛體對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，下列說法中正確的是

A.只取決于剛體的質(zhì)量，與質(zhì)量的空間分布和轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)

B.取決于剛體的質(zhì)量和質(zhì)量的空間分布，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)

C.取決于剛體的質(zhì)量、質(zhì)量的空間分布和轉(zhuǎn)軸的位置

D.只取決于轉(zhuǎn)軸的位置，與剛體的質(zhì)量和質(zhì)量的空間分布無關(guān)

【例8】一個(gè)人站在有光滑固定轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上, 雙臂伸直水平地舉起二啞鈴, 在該人把此二啞鈴水平收縮到胸前的過程中, 人、啞鈴與轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)組成的系統(tǒng)的

A.機(jī)械能守恒, 角動(dòng)量守恒

B.機(jī)械能守恒, 角動(dòng)量不守恒

C.機(jī)械能不守恒, 角動(dòng)量守恒

D.機(jī)械能不守恒, 角動(dòng)量不守恒

【例9】有兩個(gè)力作用在一個(gè)有固定轉(zhuǎn)軸的剛體上：

(1)這兩個(gè)力都平行于轉(zhuǎn)軸作用時(shí)，它們對(duì)轉(zhuǎn)軸的合力矩一定是零．

(2)這兩個(gè)力都垂直于轉(zhuǎn)軸作用時(shí)，它們對(duì)轉(zhuǎn)軸的合力矩可能是零．

(3)當(dāng)這兩個(gè)力的合力為零時(shí)，它們對(duì)轉(zhuǎn)軸的合力矩也一定是零．

(4)當(dāng)這兩個(gè)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的合力矩為零時(shí)，它們的合力也一定是零．

在上述說法中

A.只有(1)是正確的

B.(1)、(2)正確，(3)、(4)錯(cuò)誤

C.(1)、(2)、(3)正確，(4)錯(cuò)誤

D.(1)、(2)、(3)、(4)都正確

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及效果分析

由于這三組題目是在新課結(jié)束后準(zhǔn)備的，用來復(fù)習(xí)鞏固、深化理解，所以題目的覆蓋面較廣．鑒于易—難—難的題目設(shè)計(jì)原則，第一題偏易用于學(xué)生鞏固概念，因此每組題的第一題答對(duì)率很高；第二題加深難度后利于學(xué)生深入思考，理解其中物理含義，答對(duì)率相對(duì)較低；第三題則用于學(xué)生綜合課堂所學(xué)知識(shí)，深層次的運(yùn)用課堂知識(shí)，答對(duì)率有所回升．三組題的學(xué)生答題正確率如表1所示．

經(jīng)過這次力學(xué)部分診斷性教學(xué)的研究可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課堂上較易吸收力學(xué)的一些物理概念，但是學(xué)生對(duì)守恒定律的理解不夠徹底，尤其在需要學(xué)生綜合考慮兩種守恒定律(動(dòng)量和機(jī)械能守恒)的時(shí)候．因此教師在學(xué)生答完第二題后對(duì)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的條件加以強(qiáng)調(diào)，希望引起學(xué)生注意．在第二套題的第二題中，同樣涉及了兩種守恒定律(動(dòng)量和角動(dòng)量守恒)，用來檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況．此題的回答正確率較上一組的第二題有所上升，說明上次教師對(duì)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的條件加以強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有了很大的幫助，達(dá)到了一定的教學(xué)效果．此時(shí)，教師再次重點(diǎn)對(duì)機(jī)械能守恒，動(dòng)量守恒和角動(dòng)量守恒做一次全面的分析和復(fù)習(xí)．最后，我們?cè)诘谌M題目的第二題中同樣涉及了兩種守恒定律(機(jī)械能和角動(dòng)量守恒)來檢測(cè)我們的教學(xué)效果．第三組題中，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生第二題的答題正確率已升高到了71%(見表1)，與前兩組題的第二題的答題正確率相比有了較大程度的提高．

該試驗(yàn)在華中師范大學(xué)的大學(xué)物理課堂上進(jìn)行，每組問題之間的間隔都為8個(gè)課時(shí)(一個(gè)月)．首先，從學(xué)生三組題的答題正確率來看，這三組題的難度系數(shù)相差不大(見表1)．其次，三組題答題時(shí)間都為5 min，分別是第一題為1 min，第二題為1.5 min，第三題為2.5 min，留給學(xué)生的思考時(shí)間一樣．

表1 clicker診斷評(píng)估性教學(xué)中學(xué)生答題正確率

分析以上條件，將三組題目進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)第一題的正確率由第一組題目的89.11%提高到第三組題目的95.19%，第二題的正確率由第一組題目的38.6%提高到第三組題目的71%，第三題的正確率由第一組題目的90%提高到第三組的95.57%．由此可見，CRS診斷性教學(xué)在實(shí)踐應(yīng)用中給物理教學(xué)帶來比較大的幫助．就這樣，我們通過不同時(shí)間的三組類似的題目，達(dá)到發(fā)現(xiàn)問題、檢驗(yàn)問題和解決問題的診斷性教學(xué)的目的．

另外，由于本文調(diào)研的對(duì)象是華中師范大學(xué)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院2010級(jí)數(shù)學(xué)系專業(yè)的學(xué)生，總?cè)藬?shù)為312人，選課系統(tǒng)按學(xué)號(hào)隨機(jī)將學(xué)生平均分配到三個(gè)班級(jí)，任課教師也由三位教職能力相當(dāng)?shù)慕淌趽?dān)任．本文選擇其中一個(gè)班級(jí)作為CRS實(shí)驗(yàn)班，另外兩個(gè)班級(jí)則為對(duì)照班．在本學(xué)期期末考試結(jié)束后，將三個(gè)班的平均成績(jī)做了對(duì)照(如表2)．經(jīng)過簡(jiǎn)單地計(jì)算，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)班的平均分高出年級(jí)平均分3個(gè)百分點(diǎn)．因此，可初步得出結(jié)論，CRS課堂應(yīng)答系統(tǒng)的使用能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，更好得到達(dá)教學(xué)目標(biāo)．

表2 期末班級(jí)平均成績(jī)對(duì)照表

5 結(jié)論

總之，交互式課堂應(yīng)答系統(tǒng)可以幫助同學(xué)之間還有教師同學(xué)之間建立對(duì)話，并且是在大學(xué)里很受歡迎的一種教學(xué)模式．用CRS診斷性教學(xué)可以使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)去測(cè)試自己對(duì)每個(gè)概念的掌握程度，從而在短期內(nèi)幫助學(xué)生深入理解物理概念，雖然長時(shí)間的幫助效果還需要繼續(xù)研究．可以肯定的是，在力學(xué)部分，Clicker診斷性教學(xué)要比普通習(xí)題教學(xué)更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平．通過Clicker診斷性教學(xué)，可以達(dá)到教學(xué)中發(fā)現(xiàn)問題、檢驗(yàn)問題和解決問題的目的．我們以后還會(huì)利用clicker對(duì)大學(xué)物理的其他章節(jié)作更完整的分析，希望我們的研究成果能給物理教學(xué)帶來幫助[2]．

參考文獻(xiàn)

1 黃致新.基于clicker的交互式探究型課堂教學(xué)及其研究進(jìn)展.物理教學(xué)探討，2010(9)

2 N.W.Reay,P.F.Li,L.Bao.Testing a new voting machine question methodology.American Journal of Physics，2008.171