課改背景下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

作者簡介：羅維治教授，桃源縣深水港鄉(xiāng)人(后遷居泥窩潭鄉(xiāng))，生于1931年1月。曾任湖南師范大學(xué)副校長，長沙大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會(huì)主席，兼物理與電子技術(shù)系主任，并被該校聘為“終身教授”?，F(xiàn)任長沙大學(xué)評估辦首席專家，全國高等物理教學(xué)研究會(huì)副理事長，《大學(xué)物理》（教育?？└敝骶帲L沙市物理會(huì)理事長等職。曾先后在全國學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文30多篇，學(xué)術(shù)著作8部，獲省級教學(xué)成果一等獎(jiǎng)三項(xiàng)，國家級教學(xué)成果一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，曾憲梓教學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，1996年起享受國務(wù)院政府特殊津貼。

最近，作者在進(jìn)行湖南省“十五”教育規(guī)劃課題“現(xiàn)代教育技術(shù)與物理學(xué)科整合研究”的過程中，接觸了不少中學(xué)物理教師和學(xué)生家長，他們對新課程改革極為關(guān)注，也存在不少困惑：新課程新在哪里？教學(xué)質(zhì)量能否得到提高？新課程的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與以前有何不同？現(xiàn)代教育技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)有何關(guān)系？探究性實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有何區(qū)別等等。本文試圖就這些問題進(jìn)行一些分析。

1 課改背景

這次課改是在黨中央的直接領(lǐng)導(dǎo)下，充分依靠廣大群眾和專家，研究了國內(nèi)外有關(guān)基礎(chǔ)教育的歷史和現(xiàn)狀，頒布了“基礎(chǔ)教育課程改革綱要”，對課程改革的目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、過程、教材的開發(fā)與管理，教師的培養(yǎng)和培訓(xùn)以及組織和實(shí)施都提出了十分明確和科學(xué)的規(guī)定。新的課程改革包含目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、實(shí)施、評價(jià)、管理六大功能。

（1）課程的三維目標(biāo)：過去的物理教學(xué)目標(biāo)是一維的，它過于注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)基本知識(shí)和基本技能的傳授。新的課程是三維的課程目標(biāo)：知識(shí)和技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得知識(shí)與技能的過程成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程。這三維目標(biāo)也是國際上通用的衡量一個(gè)國民素質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）課程結(jié)構(gòu)：新的物理課程改變過去物理課程結(jié)構(gòu)過于強(qiáng)調(diào)學(xué)科本位，科目過多和缺乏整合的現(xiàn)狀。

（3）課程內(nèi)容：新的物理課程改變過去物理課程內(nèi)容繁、難、偏、舊和過于注重書本知識(shí)的現(xiàn)狀，加強(qiáng)了課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)、科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)，精選終生學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識(shí)和技能，使物理由生活走向課程，又從課程走向社會(huì)。

（4）課程的實(shí)施：新的物理課程有效地轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，過去的物理課程過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)，死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的單一學(xué)習(xí)方式。新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)方式多元化，它除保留接受學(xué)習(xí)方式之外，還特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力，獲取新知識(shí)的能力，分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力。這些多元化的學(xué)習(xí)方式中，新課程改革十分重視發(fā)揮教師的引導(dǎo)與組織作用。學(xué)生三維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，教師水平仍然是關(guān)鍵。

（5）課程的評價(jià)：新的物理課程改變過去過分強(qiáng)調(diào)評價(jià)的甄別與選拔的功能，發(fā)揮評價(jià)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展、教師提高和改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐的功能。

從上面簡要分析看出，新的物理課程注重了基礎(chǔ)性，體現(xiàn)了時(shí)代性，反映選擇性，強(qiáng)調(diào)可操作性。這次新課程改革繼承了我國中學(xué)物理教材的精華，立足國際大平臺(tái)，促進(jìn)了我國物理教材的新發(fā)展。

2 課改背景下深化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

新的《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“實(shí)驗(yàn)是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)”。新的物理課程要求學(xué)生能動(dòng)手動(dòng)腦地“學(xué)”科學(xué)，改變過去以書本為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)方式，把實(shí)驗(yàn)地位空前提升。因此，新的物理課程實(shí)驗(yàn)是加強(qiáng)了，不是削弱了。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，它既是物理教學(xué)的內(nèi)容，又可看作是物理教學(xué)的方法和手段。下面我們從四個(gè)方面談深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

2.1 把握新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的新特點(diǎn)

（1）比較新課程物理實(shí)驗(yàn)與過去的物理實(shí)驗(yàn)，新課程中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)與過去有如下幾點(diǎn)不同：

第一，更加重視利用身邊容易獲得的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使生活走向物理，通過實(shí)驗(yàn)又使物理走向社會(huì)；第二，新課程物理實(shí)驗(yàn)除按規(guī)程進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)（如正確使用儀器，用圖像作圖法找出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的關(guān)系，規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)步驟等）之外，還特別重視用科學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法處理生活、生產(chǎn)中與物理相關(guān)的問題，如探究水餃煮沸后上浮的原因，家中搖控器紅外線穿透能力與物理材料的關(guān)系的探討，閱讀說明書并學(xué)習(xí)使用電器和儀器等；第三，新課程物理實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)、探索，而不是死記硬背教師事先設(shè)計(jì)好了的實(shí)驗(yàn)步驟；第四，新課程中學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)大大增加了，真正讓學(xué)生“做中學(xué)，學(xué)中做”，以更好地激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

（2）新課程標(biāo)準(zhǔn)（高中）專門規(guī)定開設(shè)“物理實(shí)驗(yàn)專題”模塊。該模塊注重從以下四方面培養(yǎng)學(xué)生：①經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程；②強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)方案的自我設(shè)計(jì)；③深入對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)誤差的分析；④重視對實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評估。

2.2 按課改要求，開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育功能

（1）從課改理念看物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。雖然新課程與過去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型變化不大，但它們的教育理念、教育功能卻有顯著不同。過去的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過分強(qiáng)調(diào)傳承知識(shí)，因此它突出的是“雙基”（基本知識(shí)和基本技能），仍然是“三中心”（教師中心、課堂中心、書本中心）。新的課程物理實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，體現(xiàn)以學(xué)生為本，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣和能力，著力培養(yǎng)學(xué)生親身經(jīng)歷、體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度、情感，形成熱愛科學(xué)、熱愛物理，有振興中華的使命感與責(zé)任感。

（2）從課改理念看科學(xué)探究。初、高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》在闡述科學(xué)探究時(shí)，都提到了七個(gè)要素：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。談到科學(xué)探究，正如《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出的：“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。將科學(xué)探究引入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在將學(xué)習(xí)重心從過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神。”從這里可以看出，科學(xué)探究的問題可以是教師提出的，也可以是學(xué)生提出的；探究的內(nèi)容可以是課程中的，也可以是與課程有關(guān)的交叉學(xué)科的；探究的形式可以是課堂的，也可以是課外的；探究的手段主要是實(shí)驗(yàn)的，也可以是實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的。在這里，有幾點(diǎn)必須引起教師注意：一是科學(xué)探究僅是重要的教學(xué)方式之一，不是什么問題都要用探究，探究的問題要有價(jià)值。二是從《標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于科學(xué)探究的闡釋可以看出，科學(xué)探索的手段主要是實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然也可以與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，例如“探究大容量電容器對電路的影響”這一課題，學(xué)生可以查找有關(guān)網(wǎng)站和資料，了解這一課題當(dāng)前的研究狀況，然后提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行評估。在這里，學(xué)生查找有關(guān)網(wǎng)站和資料就是利用的現(xiàn)代信息技術(shù)，但要得出大電容對電路有哪些影響最終必須通過實(shí)驗(yàn)探究；三是無論課內(nèi)還是課外的科學(xué)探究，都必須發(fā)揮教師的主導(dǎo)和組織作用；四是科學(xué)探究的成敗必須用三維的教學(xué)目標(biāo)來檢驗(yàn)，看學(xué)生是否自主地參與了這一探究過程，真正體驗(yàn)到了科學(xué)探究的樂趣，從而能使學(xué)生形成正確的情感態(tài)度和價(jià)值觀。

（3）用課改理念看科學(xué)探究與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的差別。新課程特別突出探究性實(shí)驗(yàn)，但驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)仍然需要，例如，安培計(jì)和伏特計(jì)的使用，學(xué)會(huì)正確聯(lián)結(jié)線路等。探究性實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有四大區(qū)別：①驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是步驟性實(shí)驗(yàn)，而探究性實(shí)驗(yàn)是問題趨使性實(shí)驗(yàn)，例如，如何使水火箭飛得更高？學(xué)生要解決這一問題，趨使學(xué)生選擇不同變量（火箭的材料、噴口的大小、火箭中水的質(zhì)量），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以使水火箭飛得最高；②驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有助于掌握陳述性知識(shí)，探究性實(shí)驗(yàn)有助于掌握程序性知識(shí)；③驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是以已知的概念、關(guān)系為基礎(chǔ)，驗(yàn)證它們之間的規(guī)律，而探究性實(shí)驗(yàn)是以發(fā)現(xiàn)新的概念和關(guān)系為主要目標(biāo)的；④驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有較大的確定性，而探究性實(shí)驗(yàn)具有較大的不確定性，因此，探究性實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)人的發(fā)展上具有更大的價(jià)值。

2.3 運(yùn)用信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

如何運(yùn)用信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題，有兩個(gè)極端情況值得我們注意：一是信息技術(shù)萬能論。最近作者參觀了一所條件十分優(yōu)越的中學(xué)，他們提出的口號是“一切現(xiàn)代化”、“消滅粉筆和黑板”，他們的現(xiàn)代化指的是所有課程均用多媒體課件，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)也都在電腦上完成，有仿真實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測量等?！跋麥绶酃P和黑板”實(shí)質(zhì)上是消滅一切傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，這是信息技術(shù)萬能論的典型。二是信息技術(shù)無用論。我們認(rèn)為這兩種極端情況都是不對的。如何運(yùn)用信息技術(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)？我們認(rèn)為真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)始終是為主的，現(xiàn)代教育技術(shù)始終是為輔的，只能用信息技術(shù)優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)而不能用物理實(shí)驗(yàn)去優(yōu)化現(xiàn)代信息技術(shù)。在物理教學(xué)中，凡是能做的實(shí)驗(yàn)都必須做，盡管物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有不可替代的重要作用，但它在教學(xué)中也有許多不足：

（1）一些宏觀的物理現(xiàn)象無法搬到講臺(tái)上，如“船閘”，“神六”上天、返回，推土機(jī)推土，起重機(jī)吊重物等等。現(xiàn)代信息技術(shù)能把視頻、動(dòng)畫、聲音、文字集于一體，形象生動(dòng)；

（2）一些眼睛看不到的微觀現(xiàn)象，如摩擦起電、分子的熱運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)體的靜電平衡過程、感應(yīng)起電機(jī)的起電過程等，可以用計(jì)算機(jī)模擬顯示；

（3）有一些實(shí)驗(yàn)的過程極短，如自由落體、電路的暫態(tài)過程，可以用慢鏡頭或動(dòng)畫表示；

（4）一些不能做的實(shí)驗(yàn)，如原子核的聚變、裂變，可用動(dòng)畫顯示；

（5）一些復(fù)雜的外科手術(shù)、汽車、飛機(jī)的駕駛、信息戰(zhàn)爭等，我們可以用現(xiàn)代仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等進(jìn)行模擬。

此類例子歸結(jié)到一點(diǎn)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)可以使課堂教學(xué)生動(dòng)、形象、感染力強(qiáng)，不但能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，縮短掌握知識(shí)的過程，提高接受知識(shí)的能力。

2.4 利用日常器具在課外做物理實(shí)驗(yàn)

用一些身邊簡單易得的器材或自己動(dòng)手制作一些簡易的裝置，在課外獨(dú)立或合作完成的實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生理解到物理無處不在。如用一個(gè)吸管，將它的一端剪成喇叭口，放在嘴中吹，可發(fā)出某一個(gè)音調(diào)的聲音，然后用剪刀將吸管一段段的剪去，可聽到音調(diào)越來越高；又如，可用一個(gè)裝1升牛奶的紙盒，待牛奶用完后，在紙盒中裝滿清水，在紙盒頂端開一個(gè)孔，在紙盒底端的側(cè)壁開一個(gè)小孔。在夜晚或暗室中用一燈光照射紙盒的頂端開孔，可觀察到光線隨水從底部側(cè)壁射出，這就是有名的“丁達(dá)爾效應(yīng)”，也就是今天光纖通信的原理。南京師范大學(xué)博士生導(dǎo)生劉炳升教授編制了許多這樣的實(shí)驗(yàn)，在全國產(chǎn)生了很大影響。

這些課外活動(dòng)實(shí)驗(yàn)，是課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，教師不一定現(xiàn)場指導(dǎo)，而是學(xué)生自己設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)，自己觀察思考得出結(jié)論，對學(xué)生是很好的鍛煉，能培養(yǎng)學(xué)生研究生活中與物理有關(guān)的實(shí)際問題的科學(xué)探究意識(shí)、探究能力和科學(xué)態(tài)度。因此，新的課改對此十分重視，在新課標(biāo)教材中專門開辟了“做一做”欄目和“大家做”欄目。

以上僅是作者學(xué)習(xí)“課改”的一些膚淺體會(huì)，不足之處，請批評指正。

(欄目編輯廖伯琴)