實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織

艾倫

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織

艾倫

討論了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織問題，它由實(shí)驗(yàn)過程組織、實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)三方面構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)過程組織關(guān)乎實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成敗，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略和實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)則是能力本位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的保障。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；過程組織；教學(xué)策略；實(shí)驗(yàn)報(bào)告

中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織(teaching organization)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)(詳見本刊《實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)》一文)中的重要環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣直接影響著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，而以提高學(xué)生能力為主要目的(能力本位)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)組織方面具有更多的問題需要關(guān)注，所以在此必須對(duì)其做進(jìn)一步的詳細(xì)討論。實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織包括實(shí)驗(yàn)過程組織、實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)三方面內(nèi)容。

一、實(shí)驗(yàn)過程組織

在中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師對(duì)即將開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的過程進(jìn)行計(jì)劃組織是十分重要的教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容，其中包括了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間組織、空間組織、學(xué)生組織以及器材組織。

1.時(shí)間組織

學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成率(SF)是評(píng)價(jià)中小學(xué)分組實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要指標(biāo)，一般我們定義SF=GF/GS，其中GF為學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成預(yù)期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的分組數(shù)，GS為學(xué)生全部分組數(shù)。SF=100%是我們追求的目標(biāo)，這是因?yàn)橹挥性谌缙谕瓿闪巳繉?shí)驗(yàn)內(nèi)容的情況下學(xué)生才能進(jìn)一步思考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的發(fā)散性問題，才有可能培養(yǎng)創(chuàng)新型思維。對(duì)學(xué)生來說，影響實(shí)驗(yàn)完成率的客觀因素(主觀因素與學(xué)生各自的能力有關(guān))主要有兩個(gè)，一個(gè)是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)器材的復(fù)雜程度，另一個(gè)就是教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作上的時(shí)間分配。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)器材的復(fù)雜程度往往與學(xué)生學(xué)段有直接關(guān)系，所以在實(shí)際教學(xué)中，小學(xué)實(shí)驗(yàn)的完成率一般較高，而高中的實(shí)驗(yàn)完成率相對(duì)較低，初中情況居中。

中小學(xué)分組實(shí)驗(yàn)課多為一個(gè)學(xué)時(shí)(40～50分鐘)，教師在時(shí)間分配上需要占用一段時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、原理、儀器使用、注意事項(xiàng)等問題進(jìn)行講解，然后才是學(xué)生自己動(dòng)手操作的時(shí)間。兩段時(shí)間的分配必須十分合理，過分強(qiáng)調(diào)教師講解的作用或過分強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己動(dòng)手操作的作用都是片面的，應(yīng)該進(jìn)行綜合考慮。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)間分配的問題上需要考慮的因素有以下幾點(diǎn)。

(1)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力水平

對(duì)于我國的中小學(xué)生，實(shí)驗(yàn)操作能力水平是具有差異性的，通過有目的的訓(xùn)練后還會(huì)發(fā)生變化，但是差異性的總體值不應(yīng)太大。此處，我們定義全班學(xué)生實(shí)驗(yàn)平均操作能力水平為OA，并且規(guī)定較低的操作水平對(duì)應(yīng)較小的OA值，較高的操作水平對(duì)應(yīng)較大的OA值。

(2)實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度

這是個(gè)相對(duì)的因素，確定它需要考慮的問題較多，其中包括實(shí)驗(yàn)課程的相關(guān)學(xué)科、學(xué)生學(xué)段和年級(jí)、學(xué)生性別比例等。中小學(xué)具有實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)科有多種，物理、化學(xué)、生物以及科學(xué)課程所占比重較大，這些學(xué)科的實(shí)驗(yàn)課程復(fù)雜程度各不相同，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織時(shí)必須加以充分考慮。小學(xué)、初中、高中3個(gè)學(xué)段一共可以分為12個(gè)年級(jí)，不同的學(xué)段和年級(jí)其實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度也有較大區(qū)別，也是需要加以考慮的內(nèi)容。中小學(xué)男學(xué)生的動(dòng)手能力比女學(xué)生強(qiáng)，這是一個(gè)不容忽視的問題，實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度對(duì)于他們表現(xiàn)不同，所以男女生比例也是一個(gè)重要問題。此處，我們定義實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度為CD，并規(guī)定實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度低對(duì)應(yīng)CD的較小值，復(fù)雜程度高對(duì)應(yīng)CD的較大值。

(3)實(shí)驗(yàn)器材情況

實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)劣、技術(shù)先進(jìn)程度等將嚴(yán)重影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成率。以高中驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)為例，在測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體加速度時(shí)，使用輪式小車、紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與使用氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器相比，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間具有明顯的區(qū)別。此處，我們定義實(shí)驗(yàn)器材情況為EA，并規(guī)定先進(jìn)程度較高的實(shí)驗(yàn)器材對(duì)應(yīng)EA的較大值，先進(jìn)程度較低的實(shí)驗(yàn)器材對(duì)應(yīng)EA的較小值。

(4)學(xué)生分組數(shù)

這也是一個(gè)影響實(shí)驗(yàn)完成率的重要因素，學(xué)生分組數(shù)過多有可能導(dǎo)致教師指導(dǎo)不及時(shí)，自然會(huì)延長實(shí)驗(yàn)時(shí)間。此處，我們使用本文前面定義的全部學(xué)生實(shí)驗(yàn)分組數(shù)為GS。

綜合上述考慮后就可以估算出實(shí)驗(yàn)課上教師講解和學(xué)生動(dòng)手操作兩個(gè)時(shí)間段的分配比例關(guān)系。此處，定義學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手操作的時(shí)間占全部時(shí)間的比例TS=(CD·GS)/(OA·EA)。其中CD，GS，OA，EA的取值范圍是一些經(jīng)驗(yàn)值，在本欄以后的文章中還要進(jìn)一步討論，并給出參考值范圍。

2.空間組織

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間組織包括的內(nèi)容雜多，教師需要考慮實(shí)驗(yàn)桌凳的擺放、實(shí)驗(yàn)器材的擺放、實(shí)驗(yàn)室的布局等多方面的問題。這些問題對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成同樣是有影響的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)室空間布局的情況雖然不多，但是其作用也不應(yīng)完全忽視。一節(jié)優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行充分考慮。

3.學(xué)生組織

學(xué)生組織就是學(xué)生實(shí)驗(yàn)分組問題，而實(shí)驗(yàn)分組主要涉及組額的大小和分組的性質(zhì)。組額就是小組成員數(shù)，目前中小學(xué)實(shí)驗(yàn)分組是以兩人一組為主，但組員人數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行靈活制定為好。在條件允許的情況下，可根據(jù)器材和實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度做相應(yīng)調(diào)整，組員人數(shù)一般最多不應(yīng)超過5人。分組的性質(zhì)是指采取同質(zhì)分組還是異質(zhì)分組，中小學(xué)分組實(shí)驗(yàn)宜采用異質(zhì)分組，即將知識(shí)與能力水平不同的學(xué)生、將男女學(xué)生交錯(cuò)地分配在每個(gè)組里，也就是在一個(gè)小組中應(yīng)該既有能力水平高的學(xué)生也有水平低的學(xué)生，既有男生也有女生，以便于學(xué)生之間的相互幫助和協(xié)作。

4.器材組織

將實(shí)驗(yàn)器材合理地匹配好也是實(shí)驗(yàn)組織的重要內(nèi)容。使用技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)器材對(duì)培養(yǎng)學(xué)生能力并非是最好的選擇，應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇儀器設(shè)備。有時(shí)，落后陳舊而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備對(duì)學(xué)生能力訓(xùn)練反而具有更好的效果。前文說到器材情況將會(huì)影響時(shí)間組織分配，所以器材選擇不是一個(gè)孤立的問題，更何況對(duì)于邊遠(yuǎn)貧窮地區(qū)的學(xué)校，器材根本無從選擇。即便如此，器材組織問題仍然是一個(gè)重要的研究課題，在條件允許的情況下，應(yīng)提倡讓學(xué)生使用不同水平的器材來做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

以提高能力為目的(能力本位)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織有著本質(zhì)的不同，其中最突出的地方就表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)策略方面。

1.協(xié)作策略

評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)劣的另一個(gè)重要指標(biāo)是學(xué)生動(dòng)手操作率(OS)，它是實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行了動(dòng)手操作的學(xué)生數(shù)與學(xué)生總數(shù)之比，OS=100%是我們追求的目標(biāo)。學(xué)生動(dòng)手能力水平的普遍提高與OS有很大關(guān)系，而使得學(xué)生動(dòng)手操作率保持一個(gè)較高水平的重要組織策略就是協(xié)作策略。關(guān)于協(xié)作與合作的區(qū)別以及協(xié)作方式的特點(diǎn)在本欄刊出的《實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)能力分析(3)：操作與社交能力類》一文中有較為詳細(xì)的論述。協(xié)作是讓學(xué)生在進(jìn)行計(jì)劃協(xié)調(diào)之后再分工各自完成一件事中的每個(gè)部分，協(xié)作方式還使得學(xué)生在完成一項(xiàng)工作的指導(dǎo)性與計(jì)劃性方面得到鍛煉，同時(shí)他們又都經(jīng)歷了獨(dú)立完成各自一部分任務(wù)的過程，而又不失對(duì)整體事物的了解。

協(xié)作策略的實(shí)施是一件非常煩瑣而細(xì)致的工作，需要教師對(duì)每個(gè)學(xué)生分組中的情況非常了解，并能將任務(wù)布置到每名學(xué)生，或者通過小組負(fù)責(zé)學(xué)生將任務(wù)分配到個(gè)人。協(xié)作策略的有效實(shí)施需要有一個(gè)過程，學(xué)生需要在不斷的訓(xùn)練中逐步理解和熟悉協(xié)作的意義與內(nèi)容。

2.置疑策略

此處使用“置疑”而未使用“質(zhì)疑”是希望說明這個(gè)策略的教師主導(dǎo)作用。置疑就是教師啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逆向思維、發(fā)散性思維，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果大膽提出疑問和猜想。雖然有些教材中已經(jīng)為此對(duì)學(xué)生提出了一些思考問題，但教師和學(xué)生應(yīng)該善于突破教材內(nèi)容，不受其限制，提出更多的疑問和猜想。以一個(gè)典型的中學(xué)實(shí)驗(yàn)——“探究火焰結(jié)構(gòu)”為例：將酒精燈點(diǎn)燃，用一根竹牙簽(或火柴梗)橫放在酒精燈火焰上加熱，取出后觀察到牙簽與外焰接觸的部分變焦(炭化)，由此證明火焰的外焰部分溫度最高。教材上要求的探究實(shí)驗(yàn)到此為止，而置疑策略則要求教師或?qū)W生能夠進(jìn)一步提出疑問和猜想：牙簽變焦說明外焰部分接觸空氣，牙簽被氧化；中間部分未變焦是因?yàn)檠嫘暮蛢?nèi)焰部分缺乏氧氣，溫度雖然可能更高但不能使得牙簽燃燒。即使這些猜想被后來的實(shí)驗(yàn)證明是錯(cuò)誤的，對(duì)于提高學(xué)生創(chuàng)新能力也十分有意義。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)后在學(xué)生心中留下一些疑問其實(shí)是件好事，留下疑問就是為今后進(jìn)一步探索知識(shí)留下動(dòng)力。完全按照課本所述的操作和思路完成實(shí)驗(yàn)過程是非?？杀氖?。

3.思想實(shí)驗(yàn)策略

實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注學(xué)生的動(dòng)手操作，但是更應(yīng)該重視學(xué)生的思維訓(xùn)練，提倡學(xué)生動(dòng)手操作的目的是為了激發(fā)他們動(dòng)腦，思想實(shí)驗(yàn)策略就是希望通過邏輯思維訓(xùn)練提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中都可以采取思想實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略，但其中最適宜的階段是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，下面舉例說明。

初中物理有一個(gè)“探究并聯(lián)電路電流強(qiáng)度等于各支路電流強(qiáng)度之和”的分組實(shí)驗(yàn)。做實(shí)驗(yàn)之前教師可以引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中先做一個(gè)簡單的思想實(shí)驗(yàn)：設(shè)想將一個(gè)阻值為R1的電阻接到端電壓為U的電池兩端，根據(jù)歐姆定律，R1中的電流強(qiáng)度為一個(gè)固定值I1；同理，將一個(gè)阻值為R2的電阻單獨(dú)接到該電池兩端其電流強(qiáng)度為固定值I2?，F(xiàn)在，將R1與R2并聯(lián)起來，同時(shí)接到上述電池的兩端，因?yàn)槎穗妷篣沒有發(fā)生變化，兩個(gè)電阻的阻值也沒有發(fā)生變化，則根據(jù)歐姆定律，R1和R2中的電流強(qiáng)度必然仍分別保持為I1和I2，所以總的電流強(qiáng)度一定為I1+I2。通過這個(gè)簡單的邏輯推理過程證明了物理結(jié)論的正確性，則原來那個(gè)探究物理結(jié)論的實(shí)驗(yàn)就變成了驗(yàn)證思想實(shí)驗(yàn)正確性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。但是這種邏輯思維訓(xùn)練對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生思想實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓM(jìn)而提高創(chuàng)新能力是十分必要的。

三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)

中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般沒有統(tǒng)一格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，多為教師自行設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容、體例也由教師規(guī)定。一節(jié)完整的實(shí)驗(yàn)課，教師的小結(jié)和學(xué)生填寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是必要的環(huán)節(jié)，而作為能力本位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容應(yīng)該具備以下幾個(gè)主要內(nèi)容。

(1)數(shù)據(jù)處理

這是一般傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告都具備的，是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求，同時(shí)也是對(duì)學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手操作訓(xùn)練的繼續(xù)。

(2)誤差分析

測(cè)量誤差涉及精確度，即測(cè)量值與“真值”之間的差距或測(cè)量誤差的大??；還涉及分辨率，即測(cè)得數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)的多少。有效數(shù)字的處理屬于上述數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容，應(yīng)該在那里解決。誤差分析主要討論精確度問題，在實(shí)驗(yàn)過程中一般存在兩種精確度誤差，一個(gè)是構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的儀器設(shè)備由于制造不精準(zhǔn)而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，另一個(gè)是實(shí)驗(yàn)者由于生理和心理的影響使得操作上產(chǎn)生的隨機(jī)誤差。通常，減少系統(tǒng)誤差的方法是盡量使用精度高的儀器設(shè)備和經(jīng)常地對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，而減少隨機(jī)誤差的方法則是在實(shí)驗(yàn)中對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，對(duì)剛剛進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該讓學(xué)生做細(xì)致的系統(tǒng)誤差分析，盡量多地發(fā)現(xiàn)和找出造成系統(tǒng)誤差的各種原因，為下面的改進(jìn)建議創(chuàng)造條件。

(3)改進(jìn)建議

學(xué)生對(duì)剛做完的實(shí)驗(yàn)過程與方法提出改進(jìn)意見，甚至提出新的設(shè)計(jì)方案對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析、綜合與設(shè)計(jì)能力都是非常有益的。鼓勵(lì)學(xué)生充分思考并提出降低測(cè)量誤差的各種方法，即使不能立即實(shí)現(xiàn)，只要敞開思路就都是有效的。例如，在完成使用輪式小車、紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)后，可以啟發(fā)學(xué)生思考降低測(cè)量誤差的改進(jìn)措施：通過在小車輪軸、定滑輪軸上添加機(jī)油以減小摩擦力，通過調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電磁鐵彈簧強(qiáng)度以減小打點(diǎn)阻力，通過使用手機(jī)與自拍桿開關(guān)替代紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)……

(4)成長記錄

學(xué)生在此記錄每次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中協(xié)作分工的情況、自己充當(dāng)?shù)慕巧?、?dòng)手操作的時(shí)間、自己解決的問題、思想實(shí)驗(yàn)的結(jié)論等信息。這些信息為對(duì)學(xué)生做能力水平提高的評(píng)價(jià)提供了可靠依據(jù)，也是我們提倡的形成性評(píng)價(jià)方式的具體實(shí)現(xiàn)。

作者信息

艾倫，教授，本刊特約撰稿人。首都師范大學(xué)，100048

Teaching Organization of Experiment Class

Ai Lun

The organization of the experimental class is discussed, which is composed of three aspects: the experimental procedure, the teaching strategy and the experimental report. The experimental process organization is related to the success or failure of the experiment teaching, and the experiment teaching strategy and experiment report design is the guarantee of the ability standard experiment teaching target.

experiment teaching; teaching organization; teaching strategy; experiment report