論物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?nèi)涵與培養(yǎng)

文 夏 丹

在中學(xué)物理教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)擔(dān)負(fù)著提供感性材料、培養(yǎng)物理思維、提升科學(xué)素養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹厝?。然而事?shí)上，當(dāng)前教學(xué)中忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，尤其是忽視學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬A向依然存在。鑒于此，本文就物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臉?gòu)成和培養(yǎng)展開討論。

一、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值與作用

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本目的主要包括：使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解和控制?shí)驗(yàn)條件，掌握實(shí)驗(yàn)方法，正確使用實(shí)驗(yàn)儀器，觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最終使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、物理思維及科學(xué)素質(zhì)方面得到一定的訓(xùn)練和提高。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要價(jià)值，主要在于：

首先，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)。物理學(xué)的一切理論或假說，都建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上；物理學(xué)上任何理論的結(jié)論，也都依賴于實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

其次，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容。這不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)是教師應(yīng)教、學(xué)主應(yīng)學(xué)的教學(xué)組成部分，而且體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)是激發(fā)興趣、調(diào)動(dòng)積極性的重要手段。

再次，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要方法。無論是物理概念教學(xué)，還是物理規(guī)律教學(xué)，實(shí)驗(yàn)都具備其他研究方法所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢。

最后，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要手段。它能夠使學(xué)生完成從感性到理性、從具體到抽象、從簡單到復(fù)雜的教學(xué)操作，不僅符合學(xué)生的身心特點(diǎn)，而且符合學(xué)習(xí)的認(rèn)識規(guī)律。

物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中還具有重要的作用：

第一，實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。物理實(shí)驗(yàn)在滿足學(xué)生好奇、好動(dòng)的天性之外，還可以讓學(xué)生從操作中體會(huì)并嘗試發(fā)現(xiàn)和成功的喜悅，從心理上增強(qiáng)學(xué)習(xí)的信心與動(dòng)機(jī)，進(jìn)而升華出熱愛科學(xué)的素質(zhì)和志向。

第二，實(shí)驗(yàn)?zāi)軇?chuàng)設(shè)出有效的“學(xué)習(xí)環(huán)境”。這是因?yàn)?，?jīng)過精心篩選、簡化并純化了的物理實(shí)驗(yàn)具有典型性、可重復(fù)性以及趣味性等特點(diǎn)，從而使其成為學(xué)生掌握知識、教師突破難點(diǎn)的教學(xué)形態(tài)或環(huán)境。

第三，實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生習(xí)得科學(xué)方法。事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)本身就是一種科學(xué)方法，不同的實(shí)驗(yàn)在不同程度上蘊(yùn)含了歸納法、演繹法(驗(yàn)證)、理想化等基本物理方法，而學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的過程就是經(jīng)受科學(xué)方法熏陶的過程。

第四，實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的物理能力。其主要體現(xiàn)在學(xué)生可以從實(shí)驗(yàn)中提高觀察能力、邏輯思維能力、數(shù)據(jù)處理能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等。此外，實(shí)驗(yàn)還能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?nèi)涵與構(gòu)成

物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ侵笇?shí)驗(yàn)者在為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟扇∵m當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法，通過操作實(shí)驗(yàn)儀器和器材，觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的整個(gè)過程中所表現(xiàn)出的行為與心理特征。

從狹義上講，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πú僮髂芰?、感知能力和思維能力。從廣義上講，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰€包括表達(dá)描述能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

其中，操作能力是指在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪^程中將所需使用的儀器、器材在操作空間內(nèi)進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)儀器間的配接，以及操作使用基本工具、基本量具時(shí)所體現(xiàn)的個(gè)性行為特征。感知能力是指在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪^程中，利用感覺器官捕捉發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、物理過程的個(gè)性心理特征。感知能力應(yīng)從感知的主動(dòng)性、靈敏性和全面性三個(gè)方面來衡量。思維能力是指在研究原因、分析結(jié)果、形成結(jié)論的過程中綜合性地進(jìn)行歸納、演繹的個(gè)性心理特征。

將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、過程、結(jié)論及規(guī)律以語言文字形式進(jìn)行交流的表達(dá)能力以及實(shí)驗(yàn)中團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力亦是實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的保障。實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)體現(xiàn)在嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，以及完成實(shí)驗(yàn)后歸整器材用具等實(shí)驗(yàn)習(xí)慣之中。

除上述能力外，諸如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰罢`差分析能力等，也是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)必備的能力，但在中學(xué)階段，對這些能力僅作初步要求。

三、物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的意義與途徑

在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膶?shí)質(zhì)是將知識轉(zhuǎn)化為能力。從思維模式上看，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)方法、知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序過渡，而后完成變通與遷移的飛躍，即形成實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。在?shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)過程中，實(shí)驗(yàn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有序性過渡是能力培養(yǎng)的核心因素，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變通和遷移之后，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)才能真正落實(shí)。

基于這種轉(zhuǎn)化的思維模式，形成實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ倪^程被分為三個(gè)層次：首先，掌握實(shí)驗(yàn)技能、理解實(shí)驗(yàn)方法、把握知識結(jié)構(gòu)。其次，將相互分離的知識點(diǎn)聯(lián)系為有機(jī)的系統(tǒng)，即建立明確的關(guān)聯(lián)，使其有序化，這種有序過渡將直接導(dǎo)致穩(wěn)定心理特征的形成。最后，在結(jié)構(gòu)有序的基礎(chǔ)上，就是變通和遷移，但是這種變通和遷移需要在應(yīng)用過程中真正落實(shí)。歸結(jié)起來，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)應(yīng)把握如下途徑：

1.訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)操作技能

操作技能的掌握應(yīng)當(dāng)有足夠數(shù)量的實(shí)驗(yàn)操作加以保證，并有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為依托。首先，教師的演示應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程并具備嫻熟的操作技巧，甚至實(shí)現(xiàn)具有美感的操作動(dòng)作，這是教好學(xué)生并感染學(xué)生的前提。其次，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的指導(dǎo)，提出明確的操作要求，并經(jīng)常比較不同操作方法的優(yōu)缺點(diǎn)。第三，重視實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)習(xí)和考查。事實(shí)上，提高操作技能的一個(gè)有效手段就是定期安排實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)習(xí)檢查。

2.培養(yǎng)觀察意識與觀察習(xí)慣

“現(xiàn)象是物理學(xué)的根源”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有目的地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，是指要明確觀察目標(biāo)以及觀察計(jì)劃，并將其作為實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的之一，有針對性地逐步深化學(xué)生對物理現(xiàn)象、物理過程的觀察意識和深度，并提高學(xué)生觀察的全面性以及對相關(guān)細(xì)節(jié)點(diǎn)的敏銳程度。應(yīng)該予以強(qiáng)調(diào)的是，觀察意識與習(xí)慣的培養(yǎng)，應(yīng)該在準(zhǔn)確的前提下訓(xùn)練全面與深度。

3.形成完整的物理實(shí)驗(yàn)知識結(jié)構(gòu)

沒有有序的、明晰的實(shí)驗(yàn)知識結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蜔o從談起。因此，全面、完整的實(shí)驗(yàn)知識結(jié)構(gòu)是物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕疽?。有論者指出：事?shí)上，如果不持有一定的理論信念，也就根本無法辨別實(shí)驗(yàn)中哪兒是結(jié)論、哪兒是誤差。所以，教學(xué)生認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)誤差等問題的同時(shí)，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生深入體會(huì)物理知識結(jié)構(gòu)背后的物理本質(zhì)[1]。

4.掌握物理實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法

掌握物理實(shí)驗(yàn)中使用的科學(xué)方法是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ年P(guān)鍵。教學(xué)中應(yīng)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的研究方法。物理實(shí)驗(yàn)中涉及的諸如實(shí)驗(yàn)歸納法、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法、理想實(shí)驗(yàn)法等實(shí)驗(yàn)方法均具有特殊的內(nèi)涵，需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)的主旨，以科學(xué)方法為主線[3]，有意識地區(qū)分，并強(qiáng)化對二者特殊性及共性的認(rèn)知，習(xí)得物理實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)方法。

[1] 胡揚(yáng)洋,耿愛霞.物理教材“牛頓第三定律”編寫存在的三個(gè)疑難問題[J].課程教學(xué)研究,2014(1)：76-79.

[2] 李立娟.高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)方法教育內(nèi)容顯化研究[D].北京：首都師范大學(xué),2013.

[3] 廖宅仁.中學(xué)物理教學(xué)法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社,1987.