[论文解读] Teaching vs. learning: Changing perspectives on problem solving in physics instruction

William D. Gerace, Ian D. Beatty|ArXiv.org|Aug 18, 2005

Science Education and Pedagogy参考文献 34被引用 22

一句话总结

本文主张，传统物理教学强调以教师为中心的问题解决方式，无法真正培养物理专业能力。基于物理教育研究（PER）的成果，本文倡导从以教学为中心的模式转向以学习为中心的模式，即教师设计引导性学习体验，帮助学生主动建构知识并自我监控理解程度——从而实现更深层次的概念掌握和问题解决能力的提升。

ABSTRACT

Problem solving is central to physics instruction. Results from Physics Education Research (PER), however, demonstrate that traditional ways of teaching with problem solving are inefficient and ineffective for promoting true physics expertise. PER findings give rise to a perspective on physics expertise, learning, and problem solving that can illuminate the reasons why problem solving in traditional instruction fares poorly and suggest remedies. At the heart of the remedies lies a rethinking of the instructional model in which teachers focus less on presenting subject material and more on engineering learning experiences and guiding students' learning efforts, while students strive to become active, selfmonitoring constructors of knowledge.

研究动机与目标

• 解决传统物理教学在培养真正物理专业能力方面持续低效的问题。
• 阐明传统物理问题解决方法为何无法促进深度学习。
• 提出从以教师为中心的教学转向以学生为中心的学习体验的范式转变。
• 指导教育工作者重新设计教学，支持学生作为主动的、自我监控的知识建构者。
• 提供基于证据的策略，通过以学习为中心的框架改进问题解决教学。

提出的方法

• 分析物理教育研究（PER）的发现，识别传统问题解决教学中的不足之处。
• 将物理专业能力重新定义为一种动态的、建构主义的过程，而非机械的程序性知识。
• 提出一种教学模型，将关注点从内容传授转向设计能支架化学生理解的学习体验。
• 强调形成性评估和元认知策略，帮助学生自我监控学习进展。
• 将学生反思和同伴讨论作为问题解决教学的核心组成部分。
• 运用认知科学原理，设计促进概念理解而非算法记忆的学习环境。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何传统物理教学中的问题解决方法无法产生持久的概念理解？
• RQ2 以教学为中心与以学习为中心的物理教学模式之间存在哪些关键差异？
• RQ3 教师如何重新设计问题解决活动，以促进学生主动建构知识？
• RQ4 元认知在有效物理问题解决中发挥什么作用？如何在课堂中支持元认知？
• RQ5 来自PER的哪些证据支持从以教师为中心转向以学生为中心的教学方法？

主要发现

• 传统问题解决教学往往导致肤浅的理解，并且难以将知识迁移到新问题中。
• 通过传统方法教学的学生通常依赖记忆的解题步骤，而非概念性推理。
• 以学习为中心的方法，即引导学生通过反思和自我监控来建构知识，能带来更深层次的概念掌握。
• 关注设计学习体验而非内容讲授的教师，能显著提升学生的参与度和问题解决表现。
• 元认知策略如自我解释和同伴讨论，能显著增强学生解决复杂物理问题的能力。
• PER研究一致表明，以学生为中心、基于探究的学习模式在促进物理概念的长期保持和应用方面，优于直接讲授。