初中物理實驗教學(xué)與自制教具研究綜述

(1.北京市第三十五中學(xué) 高中部，北京 100032;2.首都師范大學(xué) 基礎(chǔ)教育發(fā)展研究院，北京 100048)

實驗是物理學(xué)的重要組成部分，在初高中物理教學(xué)中有著特殊的地位和作用.我們聚焦于中外初中物理實驗教學(xué)的理論和實踐研究，進行了系統(tǒng)的綜述.經(jīng)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)檢索查詢，我們共查閱了2001—2011年“課改十年”中發(fā)表的逾610篇文獻.在仔細(xì)研讀的基礎(chǔ)上，我們梳理了如下相關(guān)主題.

1 我國初中物理實驗實施現(xiàn)狀研究

涉及物理實驗實施現(xiàn)狀的論文的關(guān)注點主要包括：在物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和動手能力、滲透STS教育，提高實驗教學(xué)的有效性等.

徐鳳先指出：有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)校，由于長期受應(yīng)試教育思想的影響和現(xiàn)實條件的制約，物理實驗處于“講起來重要，做起來次要，考起來少要”的狀態(tài)，導(dǎo)致實驗教學(xué)成為中學(xué)物理教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié).采用“以講代做，演示代分組”的教學(xué)方式大有人在，實驗室和儀器設(shè)備使用率低下，造成教育資源嚴(yán)重浪費.亦有論者則指出：教學(xué)現(xiàn)狀中學(xué)生實驗開出率較低；探究實驗開出率較高，但教學(xué)效果欠佳；實驗儀器較為欠佳，自制儀器少.

由上可見，實驗課程的實施是由實驗設(shè)備條件與教師的教學(xué)態(tài)度共同決定的，只有好的設(shè)備而不進行充分利用也可能造成課程開展的不順利.而我國初中物理實驗教學(xué)實施的情況和主要制約因素又是怎么樣的呢？這亦須需實地的調(diào)查訪談來搜集相關(guān)資料，完成課程實施現(xiàn)狀的具體調(diào)研.

總體而言，不同地域的城鎮(zhèn)與農(nóng)村的初中物理實驗條件存在不小的差異，總體來講城鎮(zhèn)的實驗設(shè)備水平優(yōu)于農(nóng)村學(xué)校，但與新課標(biāo)的要求相比較還有一定差距.這必然是影響學(xué)生物理實驗技能提高的因素之一.然而，現(xiàn)在有關(guān)初中物理實驗條件的調(diào)研還不是很深入，是實驗設(shè)備跟上了新課標(biāo)的水平而沒有達到物盡其用，還是條件欠缺，抑或是儀器設(shè)備的條件對學(xué)生的實驗?zāi)芰τ绊懖⒉淮?？這些問題都需要做出深入調(diào)研.

2 我國物理實驗教學(xué)中的“自制教具”研究

“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”是我國中學(xué)物理教學(xué)傳統(tǒng)的開創(chuàng)者之一朱正元先生的名言.中學(xué)物理自制教具也是我國老一輩物理教學(xué)研究與實踐者開創(chuàng)的物理實驗教學(xué)重要而優(yōu)秀的傳統(tǒng).文革前江蘇師院物理系的演示實驗和自制教具在全國很有影響，朱先生回憶說：“在文革前，我設(shè)計了一套用馬糞紙代替金屬，用塑料筷當(dāng)絕緣體，將包香煙的鋁紙作導(dǎo)體，以泥巴作底座所做成的靜電儀器，其實驗效果不亞于正規(guī)儀器”，1966年暑期在北京舉行的世界四大洲物理討論會上受到了各國科學(xué)家的注意.一位智利科學(xué)家在用它成功地完成了十多個靜電實驗后，連聲贊揚中國科學(xué)家的創(chuàng)造精神.

對于自制教具，朱老師提出了明確的要求：“簡單、明了、尺寸大.”朱先生解釋說：“簡單能夠省工省料，符合勤儉原則；明了就是重點突出，一目了然；尺寸大是便于全班同學(xué)可見.”根據(jù)這樣的指導(dǎo)思想設(shè)計的自制教具深受有關(guān)部門和廣大師生的歡迎.

文革前老一輩的物理教學(xué)專家對于自制教具的制作都甚為重視.此后，越來越多的教育研究者開始研發(fā)自制教具，并將自己的成果通過書籍、刊物等系統(tǒng)地展現(xiàn)出來.尤其近幾年，教師自制教具技能的比賽也越來越正規(guī).其中，受到多數(shù)物理教育界人士一致認(rèn)可的專著有劉炳昇先生等主編的《中學(xué)物理實驗教學(xué)與自制教具》，該書從物理實驗與科學(xué)素質(zhì)教育、物理實驗方法、開發(fā)物理實驗的教學(xué)功能、改進教學(xué)儀器和自制教具的創(chuàng)新方法及中學(xué)物理創(chuàng)新性實驗專題研究五個方面，將物理實驗的理論層面與制作教具的技術(shù)層面緊緊相扣，介紹了多種開發(fā)自制教具的方法.更值得一提出的是，劉先生等人還將多媒體技術(shù)融入了創(chuàng)新性實驗專題研究.

在物理新課程改革的背景下，內(nèi)蒙古師范大學(xué)張偉提出了“非常規(guī)”物理實驗的概念，他從資源利用與開發(fā)的視角，將物理實驗分為兩大類：“非常規(guī)”物理實驗和常規(guī)物理實驗，并基于情景學(xué)習(xí)理論提出了生態(tài)化物理教學(xué)理念.劉炎松老師基于此著成了《物理實驗創(chuàng)新研究——“非常規(guī)”物理實驗設(shè)計制作能力培養(yǎng)》，該書詳細(xì)地介紹了“非常規(guī)”物理實驗方案與器具開發(fā)設(shè)計及制作技巧.

“非常規(guī)”物理實驗與自制教具關(guān)系密切.所以，自制教具是實施“非常規(guī)”物理實驗的重要基礎(chǔ)之一.自制教具一般指制作出有形的器具進行實驗，而“非常規(guī)”物理實驗則包括隨時用身體、四肢及徒手感知物理量及其變化或人體自身充當(dāng)實驗器具來進行實驗.

在期刊數(shù)據(jù)庫資料中，也有不少論者對于自制教具有著自己獨特的見解，例如四川師范大學(xué)的王永剛碩士對于中學(xué)物理自制教具進行了研究，四川師范大學(xué)的徐斐研究了新課標(biāo)下以自制教具促進物理探究實驗，天津師大的李明則研究了以自制教具促進物理探究實驗的發(fā)展，他們的研究均概括總結(jié)了自制教具的特點、內(nèi)涵及開發(fā)現(xiàn)狀等.

3 國外中學(xué)物理實驗教學(xué)概況

實驗教學(xué)是伴隨著理科教學(xué)而誕生和發(fā)展的，至今已有200多年的歷史.相對來說，西方工業(yè)發(fā)達國家比較重視實驗教學(xué).從上世紀(jì)60年代開始，西方各國為了提高科學(xué)教育的質(zhì)量，紛紛進行實驗教學(xué)方面的改革.

在美國中學(xué)物理教學(xué)中，只要教師能夠用實驗說明的一般就不用語言說明.同時，理科教師在傳授知識之前，鼓勵學(xué)生觀察思考和實驗，一節(jié)課中往往先做實驗，有時甚至大部分時間在做實驗.并且美國中學(xué)提倡用低成本、隨手可得的器具做物理實驗.一支筆、一張紙、一枚硬幣、一個可樂瓶、一個雞蛋……經(jīng)過教師匠心獨運的設(shè)計，就可以用來做各種實驗.

在英國，科學(xué)教學(xué)備受重視，在科學(xué)教學(xué)中以“科學(xué)探究”為其首要特色.如同美國一樣，他們也極為重視科學(xué)探究活動，但在科學(xué)活動設(shè)計中，所有活動對器材的依賴程度都不高，大部分只需要一些取自日常生活及周圍環(huán)境的物品.

在德國物理教學(xué)界流傳著這樣一種說法：“沒有演示實驗的一堂課是不可想象的”.一般每堂物理課要做2到3個演示實驗.

在日本有一個中學(xué)教師自愿組織起來的“山貓”學(xué)會，他們致力于開發(fā)隨手取材的實驗裝置，千方百計地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造熱情，使教學(xué)充滿樂趣，從而成功地吸引了大批學(xué)生.

許多國外理科教育家都認(rèn)同：實驗室在講授物理事實、原理、解題技巧等方面的作用不一定比課堂講授好，并要花費更多的時間與金錢，.但是他們期望用自己的設(shè)備作實驗，得到對科學(xué)更深刻、更持久的理解，從中體會實驗中的失敗和成功，體會體驗科學(xué)家探究的樂趣和沮喪.對于許多學(xué)生來說，要理解實驗和理論的相互關(guān)系，自己做實驗并討論自己所作的實驗是無可替代的.

由此可見，很多國家的科學(xué)教育非常重視實驗探究，在實驗課程的組織和設(shè)計上也都別具匠心，并且擁有很好的實驗條件.

相對于我國具有鮮明特色與傳統(tǒng)的“自制教具”，國際上通常把自制教具稱為“無花費”(Non-cost)或“廉價”(Low-cost)教具.這種稱呼只是指花費少，而不是指教具本身的使用價值.國外教育界的人士，非但不小看廉價教具，相反還非常推崇它.

美國的教師非常注重實驗教學(xué)，他們花很多功夫在物理實驗儀器的設(shè)計與制作上面.比如物理課本上“射擊猴子”一例，美國老師自己設(shè)計器具讓學(xué)生通過觀察得出結(jié)論，而我們的老師則多進行理論的推導(dǎo).

不僅教師善于多動手自制教具，在國外的中學(xué)物理教學(xué)課堂上，教師還很重視學(xué)生自己動手自制儀器.例如英國Tom Decan著的中學(xué)物理教材中，他在講述胡克定律時，就要求學(xué)生用新的裸銅線自制彈簧秤.他要求每個學(xué)生用長為1米左右銅絲，在圓鉛筆上繞25～30圈后，每次用10克砝碼將彈簧拉長，做出記錄，以此來總結(jié)出胡克定律的基本思想.

4 總結(jié)與啟示

縱觀以上對中外初中物理實驗教學(xué)研究的梳理，雖然自制教具是我國物理實驗教學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)，然而我們了解到，現(xiàn)在一線教師由于缺少開發(fā)自制教具的經(jīng)驗和指導(dǎo)等原因，對自制教具的開發(fā)關(guān)注度還有待提高，并且現(xiàn)在開發(fā)自制教具的一線教師的隊伍還不夠龐大.有鑒于此，我們希望初中物理實驗研究者可以為廣大一線教師提供更多可以借鑒的開發(fā)自制教具過程的經(jīng)驗.

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