美國(guó)基于“口袋”實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及啟示

張景璐 徐海陽(yáng) 于海波

摘 要：現(xiàn)階段的物理實(shí)驗(yàn)大多是演示實(shí)驗(yàn)或在特定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。學(xué)生參與度較低，用于實(shí)驗(yàn)的時(shí)間十分有限。美國(guó)最新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器“口袋”實(shí)驗(yàn)室，具有適用面廣、使用方便、探索自由、資源共享等特點(diǎn)。它在物理教學(xué)中的應(yīng)用體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新理念。本文希望為致力于實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的教師提供一些參考。

關(guān)鍵詞：物理教育；物理實(shí)驗(yàn)；“口袋”實(shí)驗(yàn)室；互聯(lián)網(wǎng)+

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）9-0036-5

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分重視與提倡。我國(guó)正處于教育改革的階段，互聯(lián)網(wǎng)的使用不可避免地會(huì)改變教學(xué)方式。為了讓學(xué)生的視野更開(kāi)闊、學(xué)習(xí)更靈活，如何利用新技術(shù)探索新的、更有效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)探索新型教育供給方式是我們應(yīng)該思考的問(wèn)題?！翱诖睂?shí)驗(yàn)室就是在這種背景下產(chǎn)生的新事物，給教育領(lǐng)域帶來(lái)啟示。

1 什么是“口袋”實(shí)驗(yàn)室？

“口袋”實(shí)驗(yàn)室是由美國(guó)Clifotn Roozeboom的團(tuán)隊(duì)于2015年3月份開(kāi)發(fā)研制的一種可測(cè)量多種物理量的小型、便攜式手持實(shí)驗(yàn)儀器。稱之為“口袋”實(shí)驗(yàn)室，是因?yàn)樗捏w積只有2.9厘米*6.7厘米*1.65厘米，方便隨身攜帶，可以隨時(shí)隨地通過(guò)內(nèi)部的傳感器進(jìn)行各種物理量的采集，并將數(shù)據(jù)傳到便攜式終端設(shè)備進(jìn)行顯示或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。[1]它的創(chuàng)始人之一Clifton Roozeboom是斯坦福大學(xué)的工程博士，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行此項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)是希望為教育工作者、學(xué)生、探險(xiǎn)家等群體帶來(lái)一個(gè)全新的探索科學(xué)和世界的方式，使教學(xué)與研究變得更加簡(jiǎn)捷方便。

“口袋”實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示：它由傳感器、無(wú)線傳輸裝置、云軟件、云端數(shù)據(jù)庫(kù)、便攜式數(shù)據(jù)終端五部分組成，其中的傳感器包括氣壓計(jì)、加速度計(jì)、溫度計(jì)、角速度計(jì)、磁力計(jì)，可以測(cè)量氣壓、線速度、線加速度、溫度、角速度、角加速度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)方向等物理量；無(wú)線傳輸裝置用于將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送給手機(jī)、平板電腦等便攜式設(shè)備；便攜式設(shè)備中的專用數(shù)據(jù)處理APP還可以控制手機(jī)或電腦進(jìn)行視頻錄制，并使之與傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)流相同步，即在電子設(shè)備的應(yīng)用軟件上可以同時(shí)看到被測(cè)量的變化過(guò)程以及相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)；該軟件還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理并形成曲線或圖像，也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；云端軟件可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)庫(kù)中以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更高級(jí)的分析并形成曲線、圖像和文件。[2]“口袋”實(shí)驗(yàn)室每秒鐘可以進(jìn)行50次數(shù)據(jù)信息采集，甚至可以同時(shí)記錄不同傳感器所測(cè)得的信息，傳感器與終端設(shè)備之間的傳輸距離可以達(dá)到30.5米。[3]終端設(shè)備上只需下載一個(gè)和“口袋”實(shí)驗(yàn)室對(duì)應(yīng)的APP就可以訪問(wèn)云端。因此，所有人都可以互相學(xué)習(xí)利用“口袋”實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的不同實(shí)驗(yàn)，也可以在線通過(guò)“口袋”實(shí)驗(yàn)室云端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

“口袋”實(shí)驗(yàn)室得到使用者的廣泛認(rèn)可，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)：1.性價(jià)比高：“口袋”實(shí)驗(yàn)室與一些價(jià)格較為昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備具有相同的作用，但是價(jià)格卻十分低廉。2.適用面廣：由于“口袋”實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部傳感器種類多，可以完成對(duì)多種物理量的測(cè)量，其測(cè)量范圍幾乎涵蓋了高中物理的所有基礎(chǔ)物理量，所以，可以適用于不同實(shí)驗(yàn)要求。3.使用方便：有終端設(shè)備和傳感器模塊就可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，不需要復(fù)雜的操作，因此，實(shí)驗(yàn)者可以將注意力放在如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，從而提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。4.探索自由：“口袋”實(shí)驗(yàn)室允許使用者不再受到時(shí)間、地點(diǎn)的限制開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，其靈活的使用方式也使學(xué)生能夠充分自主地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而最大限度地激發(fā)學(xué)生探索世界的興趣。5.資源共享：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)，可使教育者和學(xué)習(xí)者分享實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和體驗(yàn)，共同學(xué)習(xí)和進(jìn)步，從而提高教學(xué)水平。

目前，“口袋”實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)初步開(kāi)始應(yīng)用，已經(jīng)被嘗試應(yīng)用于斯坦福大學(xué)的物理課程和機(jī)械工程課程、美國(guó)高中的AP課堂、初中科學(xué)課堂教學(xué)中，取得了很好的效果并引起了大家的關(guān)注。[4]很多教育者和科學(xué)愛(ài)好者通過(guò)網(wǎng)站分享他們自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，旨在讓更多的人開(kāi)發(fā)出更多實(shí)驗(yàn)用于教育工作。一些科學(xué)愛(ài)好者也開(kāi)始使用“口袋”實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)探索。

2 “口袋”實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)物理教學(xué)中的應(yīng)用

“口袋”實(shí)驗(yàn)室從應(yīng)用至今，已經(jīng)被美國(guó)的教育工作者用于眾多實(shí)驗(yàn)，例如，分析拋體運(yùn)動(dòng)；測(cè)量具有不同大小引擎的模型火箭的彈射力；校準(zhǔn)機(jī)械臂的力和加速度；測(cè)試電磁鐵周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度；驗(yàn)證玻意耳定律中體積和壓強(qiáng)的關(guān)系；可視化滑冰運(yùn)動(dòng)員的旋轉(zhuǎn)速度等。下面舉例說(shuō)明“口袋”實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用方法：

2.1 在自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

落體運(yùn)動(dòng)在生活中處處可見(jiàn)，與日常生活聯(lián)系密切，探究其本質(zhì)和原理能讓物理的學(xué)習(xí)回歸到真實(shí)生活情景中。美國(guó)的教育工作者利用“口袋”實(shí)驗(yàn)室引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了自由落體運(yùn)動(dòng)的研究。其實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮瓦^(guò)程設(shè)計(jì)如下：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模号袛嗖煌矬w是否會(huì)以不同的加速度自由下落，并用物理知識(shí)解釋所采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)器材：“口袋”實(shí)驗(yàn)室、大軟質(zhì)球（內(nèi)部能放置“口袋”實(shí)驗(yàn)室）、小軟質(zhì)球（內(nèi)部能放置“口袋”實(shí)驗(yàn)室）。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在實(shí)驗(yàn)之前，教師通過(guò)向真空管里充氣和抽氣讓學(xué)生觀察真空管里的羽毛和硬幣在兩種情況下的下落情況，已經(jīng)讓學(xué)生對(duì)空氣阻力有了基本認(rèn)識(shí)。在自由落體實(shí)驗(yàn)中，首先教師將學(xué)生領(lǐng)到戶外，然后取出大軟質(zhì)球和小軟質(zhì)球讓學(xué)生討論或猜想哪個(gè)物體下落得更快？通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生猜想可以激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索的好奇心，產(chǎn)生動(dòng)手實(shí)踐的動(dòng)力。然后，教師指導(dǎo)學(xué)生將大軟質(zhì)球剖開(kāi)，把“口袋”實(shí)驗(yàn)室盡量塞到球體中心（如圖2），再選擇高處將大球釋放，在大球的下落過(guò)程中通過(guò)手機(jī)終端錄制大球下落的視頻，并同步記錄加速度計(jì)所測(cè)得的加速度數(shù)據(jù)，也可以實(shí)時(shí)觀測(cè)下落過(guò)程中加速度的變化曲線。在相同高度，重復(fù)上述步驟。然后，再按照相同的方法將“口袋”實(shí)驗(yàn)室塞到小軟質(zhì)球的球體中心，測(cè)量小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度變化。最后，教師將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)APP一鍵上傳到云端數(shù)據(jù)庫(kù)。

所有“口袋”實(shí)驗(yàn)室的持有者在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)所采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都可以方便地上傳到云端數(shù)據(jù)庫(kù)供數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶共享，所有數(shù)據(jù)庫(kù)用戶也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地將數(shù)據(jù)下載到本地電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)心得和實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果也可以上傳到云端數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行共享。因此，在分析和討論環(huán)節(jié)，教師可以不受地點(diǎn)限制，組織學(xué)生從云端下載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析討論，也可以共享其他實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)成果。在本實(shí)驗(yàn)中，教師可以要求學(xué)生用所獲得的數(shù)據(jù)解釋直觀看到的球的運(yùn)動(dòng)情況，并與實(shí)驗(yàn)前的猜想相對(duì)比，分析現(xiàn)象背后的原因。[5]

在傳統(tǒng)課堂中，教師通常只是引導(dǎo)學(xué)生憑借感官的認(rèn)識(shí)和猜測(cè)得出“物體下落快慢和質(zhì)量無(wú)關(guān)”的結(jié)論，而難以通過(guò)直觀的實(shí)驗(yàn)科學(xué)展示不同質(zhì)量的物體在下落過(guò)程中的速度、加速度的關(guān)系。通過(guò)將“口袋”實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用到課堂上，學(xué)生就能科學(xué)、直觀、方便地通過(guò)測(cè)量，觀測(cè)到質(zhì)量不同的兩個(gè)球在實(shí)際下落過(guò)程中速度和加速度的變化。和課前的猜測(cè)形成對(duì)比，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，然后學(xué)生可以結(jié)合自己所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，分析得到的數(shù)據(jù)，猜想可能的原因。在傳統(tǒng)的自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究中，通常使用頻閃照相法，但是由于這種實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價(jià)格較為昂貴，且在課堂上不方便操作，所以一般采用播放視頻然后直接將小球下落軌跡的圖片發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生計(jì)算加速度的方式。與這種方式相比，使用“口袋”實(shí)驗(yàn)室更能直觀準(zhǔn)確地看到自由下落物體的加速度的變化以及大小，更能夠增加實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力，同時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)不受限制，可以最大限度地引發(fā)學(xué)生思考與探究，充分激發(fā)學(xué)生的思維主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣。

2.2 在氣體定律實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

翻看關(guān)于氣體定律這部分的教材，發(fā)現(xiàn)鮮有實(shí)驗(yàn)，開(kāi)篇即介紹定義和概念，即使有實(shí)驗(yàn)也是放在該節(jié)的最后。這樣的一種安排其實(shí)體現(xiàn)了我國(guó)教育者對(duì)理論知識(shí)的偏愛(ài)，但是未免使展現(xiàn)給學(xué)生的物理是枯燥的、死板的。美國(guó)教育者采用“口袋”實(shí)驗(yàn)室研究氣體定律的方式如下：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模捍_定氣體體積和壓強(qiáng)的關(guān)系；通過(guò)自己的探索思考高度計(jì)是怎樣工作的；通過(guò)探究出的關(guān)系推出理想氣體的比例式。

實(shí)驗(yàn)器材：“口袋”實(shí)驗(yàn)室、注射器（能裝下“口袋”實(shí)驗(yàn)室）。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在實(shí)驗(yàn)之前，教師讓學(xué)生猜測(cè)怎樣利用手里的注射器改變氣體的壓強(qiáng)，以及氣體體積的變化會(huì)給它的壓強(qiáng)帶來(lái)什么變化。并嘗試先將活塞拔出后放入“口袋”實(shí)驗(yàn)室（如圖3所示），并在沒(méi)有活塞的情況下讀取“口袋”實(shí)驗(yàn)室氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)，觀察壓強(qiáng)變化；然后將活塞裝回，來(lái)回推動(dòng)活塞并觀察氣壓計(jì)讀數(shù)所體現(xiàn)的壓強(qiáng)變化。然后，再用手指堵住注射器出口，來(lái)回推動(dòng)活塞觀察氣壓計(jì)讀數(shù)變化。

開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求學(xué)生首先將手指移開(kāi)，并將活塞拉到最邊緣刻度處，然后用手指堵住出口并記錄此刻注射器上所標(biāo)注的體積值（如140 mL）和氣壓計(jì)的讀數(shù)；保持手指堵住出口，將活塞往下推一單位刻度，并記下體積值和氣壓計(jì)的讀數(shù)，依次類推，直到感覺(jué)不再能推動(dòng)活塞為止。最后，用手指堵住出口，并保持其中氣體體積不變，用加熱燈或蠟燭加熱注射器，讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)和壓力計(jì)的數(shù)據(jù)，改變溫度重復(fù)實(shí)驗(yàn)。隨后，教師讓學(xué)生將所測(cè)得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，例如，發(fā)現(xiàn)體積和壓強(qiáng)、溫度和壓強(qiáng)之間的變化關(guān)系，并試著列出等式來(lái)表示這種關(guān)系。還讓學(xué)生解釋觀察到的現(xiàn)象和獲得的數(shù)據(jù)并將結(jié)論推廣，例如，讓學(xué)生思考不同海拔的氣體壓強(qiáng)不同的原因，鼓勵(lì)學(xué)生將“口袋”實(shí)驗(yàn)室設(shè)置為同時(shí)測(cè)量高度和壓強(qiáng)，改變注射器內(nèi)的壓強(qiáng)，觀察不同壓強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的海拔高度，還可以找一些著名景點(diǎn)或城市的海拔，觀察此海拔下對(duì)應(yīng)的氣壓，從而擴(kuò)展學(xué)生的視野。[6]

使用“口袋”實(shí)驗(yàn)室后，不僅解決了氣體實(shí)驗(yàn)物理量測(cè)量困難、實(shí)驗(yàn)儀器復(fù)雜的問(wèn)題，還使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更符合科學(xué)的探究過(guò)程，即側(cè)重于從觀察到的現(xiàn)象去分析現(xiàn)象背后的原因，歸納現(xiàn)象背后的規(guī)律。正如氣體定律的實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有直接告訴學(xué)生體積、溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系，而是讓學(xué)生自己進(jìn)行猜想、觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論。

在生活中，有很多物理情景都可以用“口袋”實(shí)驗(yàn)室來(lái)直觀地描述，比如當(dāng)我們跑步時(shí)可以測(cè)得自己的速度、加速度，可以測(cè)得自己所處的某個(gè)地方的溫度等等。而在物理課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，“口袋”實(shí)驗(yàn)室也可以解決很多問(wèn)題，有很多以前不能做的實(shí)驗(yàn)都可以借助“口袋”實(shí)驗(yàn)室展現(xiàn)給學(xué)生。并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的使用，可以讓實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)有更多靈活性、參考性和共享性，有效提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平，有利于學(xué)生真正構(gòu)建一種基于實(shí)驗(yàn)的物理思維方式?！翱诖睂?shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，使得物理的學(xué)習(xí)并不只局限在課堂或固定的實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以隨身攜帶“口袋”實(shí)驗(yàn)室在任何地方、任何時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，不必再擔(dān)心靈感的稍縱即逝，當(dāng)親眼看到平時(shí)不易注意和難以理解的現(xiàn)象在電子設(shè)備上顯示出數(shù)據(jù)變化時(shí)，可以使學(xué)生充滿成就感從而激發(fā)物理探究的興趣。“口袋”實(shí)驗(yàn)室會(huì)讓每個(gè)學(xué)生都成為問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)者和研究者，回歸物理學(xué)習(xí)與研究的自然過(guò)程。

綜上所述，“口袋”實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)物理教學(xué)中的使用符合新時(shí)期的教育發(fā)展趨勢(shì)，正如2015年《地平線報(bào)告》中預(yù)測(cè)的一樣，是一種用于學(xué)習(xí)的“自帶設(shè)備”，突出了“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。它的使用更注重的是學(xué)生對(duì)真實(shí)世界中的問(wèn)題的探索發(fā)現(xiàn)以及解決能力，可以很好地幫助學(xué)生培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、轉(zhuǎn)變思維方式、正確認(rèn)識(shí)世界，并且有利于學(xué)生正確的科學(xué)觀念和素養(yǎng)的樹(shù)立。

3 對(duì)我國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

“口袋”實(shí)驗(yàn)室作為一種自帶設(shè)備在物理教學(xué)中的使用是一種新教學(xué)思想的體現(xiàn)。隨著科技的發(fā)展和文化的變遷，我們?cè)絹?lái)越意識(shí)到傳統(tǒng)教育存在“重知識(shí)、輕方法；重講授、輕活動(dòng)；重結(jié)論、輕過(guò)程；重機(jī)械訓(xùn)練、輕實(shí)質(zhì)體驗(yàn)；重統(tǒng)一要求、輕個(gè)體差異”的問(wèn)題。[7]與此同時(shí)，“高考”這根指揮棒也在發(fā)生變化，引發(fā)由評(píng)價(jià)方式改變所帶來(lái)的教學(xué)變革?！翱诖睂?shí)驗(yàn)室的興起讓我們看到了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的革新，它的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)探索方式，也給我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)很多啟示：

3.1 探索更開(kāi)放、融合的教學(xué)方式

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間有限，只在固定時(shí)間、固定地點(diǎn)才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且操作時(shí)間較短，使得實(shí)驗(yàn)并未融入物理教學(xué)之中，而成了物理教學(xué)與學(xué)習(xí)的輔助品，加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊昂貴，實(shí)驗(yàn)操作缺少靈活性；教師的教學(xué)模式也較為呆板，依舊以教師為中心、為主體，學(xué)生被動(dòng)地按照既定的操作步驟和實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更有甚者，“講實(shí)驗(yàn)”和“看實(shí)驗(yàn)”代替動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)；加之實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容固化，很多實(shí)驗(yàn)都是學(xué)習(xí)過(guò)理論之后才進(jìn)行的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到很多理論是來(lái)自于實(shí)驗(yàn)，抹殺了學(xué)生的探索精神，扭曲了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)。教學(xué)方式根植于所處的社會(huì)文化，受文化形態(tài)、教育環(huán)境的影響和制約，體現(xiàn)一定的教育價(jià)值觀。[8]在新時(shí)期文化多元化、開(kāi)放化的背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)理念、方式和資源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要?；诋?dāng)下育人目標(biāo)的變化，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由“以課堂和講授為主”變?yōu)椤耙曰顒?dòng)和引導(dǎo)為主”，使學(xué)生由“被動(dòng)接受”變?yōu)椤爸鲃?dòng)尋求”。教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的相互作用使學(xué)生逐漸在教學(xué)中具備主體性。教學(xué)方式的改變并不是生硬地將國(guó)外的合作探究式教學(xué)移植到我們傳統(tǒng)的講授式教學(xué)之中，采用何種方式和手段恰如其分地和我國(guó)的教育目標(biāo)、教育環(huán)境相匹配是教育者應(yīng)不斷在實(shí)踐和理論中摸索的重要內(nèi)容。

3.2 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)真實(shí)世界問(wèn)題的探索能力

過(guò)去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從教材出發(fā)，從實(shí)驗(yàn)條件出發(fā)來(lái)決定是否做實(shí)驗(yàn)，而不是從生活出發(fā)。[9]教育出來(lái)的學(xué)生對(duì)物理題目更加敏感，反而對(duì)生活中的物理現(xiàn)象毫無(wú)感知能力，更無(wú)法利用學(xué)到的知識(shí)解答現(xiàn)實(shí)中所看到的物理現(xiàn)象和問(wèn)題，學(xué)生潛意識(shí)中已經(jīng)將書(shū)本上的“物理”與物理的源頭──“生活”割裂開(kāi)來(lái)。即便學(xué)生體驗(yàn)過(guò)實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程，也僅僅是按照固定的思路動(dòng)手去做，并沒(méi)有學(xué)會(huì)解決實(shí)驗(yàn)手冊(cè)之外的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教育的目的并不僅是提高學(xué)生動(dòng)手操作、按部就班地做實(shí)驗(yàn)的能力，更應(yīng)該關(guān)注的是培養(yǎng)學(xué)生的思維方式。教育家杜威提出“教育即生活”，認(rèn)為學(xué)生不從活動(dòng)中，而從聽(tīng)課和課本上所獲得的知識(shí)都是虛渺的，應(yīng)從“做”中學(xué)。我們不應(yīng)該要求學(xué)生背離他們的發(fā)展特點(diǎn)轉(zhuǎn)而按照成人的理念在規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的地點(diǎn)按照規(guī)定的方式完成規(guī)定的操作任務(wù)。[10]學(xué)習(xí)最終要回歸到解決生活中的問(wèn)題上，所以教師的教學(xué)應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)所學(xué)的知識(shí)和技能是如何在解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題時(shí)相互連接和作用的，教師必須要提高自身的綜合素質(zhì)，既要會(huì)講授知識(shí)，還要懂得引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展實(shí)驗(yàn)思維，既要具備動(dòng)手技能，還要具備科研探究能力。

3.3 激發(fā)學(xué)生合作探究的興趣

合作學(xué)習(xí)越來(lái)越為教育者重視，但在實(shí)踐過(guò)程中卻貌合而神離。課堂上的小組討論多為形式化，因討論的話題和內(nèi)容并不能激發(fā)學(xué)生真正想探討問(wèn)題的欲望，教師也沒(méi)有對(duì)這種學(xué)習(xí)方式進(jìn)行深入的研究和探索，不能很好地把握其在課堂中開(kāi)展的要素及相應(yīng)的教學(xué)方法。我國(guó)古代的《禮記·學(xué)記》中就講到“獨(dú)學(xué)而無(wú)友，則孤陋而寡聞”。西方更有研究表明，與傳統(tǒng)個(gè)體化學(xué)習(xí)方式相比，合作學(xué)習(xí)能明顯促進(jìn)學(xué)生獲得深層次信息和高水平思維能力。[11]“口袋”實(shí)驗(yàn)室的使用為學(xué)生從傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式到合作學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變提供了興趣的橋梁、情景的鋪墊，這種合作學(xué)習(xí)不局限于課堂上，而拓展到課堂甚至校園之外，學(xué)生可以和教師、同伴甚至家人合作，針對(duì)想解決的問(wèn)題交流意見(jiàn)和方法。要想提高學(xué)生的合作意識(shí)和合作能力，教師必須為學(xué)生提供合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，我們通常布置的學(xué)習(xí)任務(wù)只要學(xué)生遵循一定的程序和方法便能找到答案，而通常這類問(wèn)題和真實(shí)的生活無(wú)關(guān)，真正需要合作、需要探究的開(kāi)放性問(wèn)題通常與真實(shí)生活的不確定性和復(fù)雜性相關(guān)。[12]正是這樣的問(wèn)題才能啟發(fā)學(xué)生，真正促進(jìn)學(xué)生間的交流互動(dòng)、共同提高。

3.4 重視對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題能力的評(píng)價(jià)

在使用“口袋”實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，能充分培養(yǎng)和體現(xiàn)學(xué)生對(duì)未知問(wèn)題的探究能力和解決問(wèn)題的能力。而在我國(guó)以應(yīng)試為主的傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)基本是“以分定人”，忽略了對(duì)學(xué)生發(fā)散性思維、創(chuàng)新能力、合作能力的評(píng)價(jià)，使“高分低能”現(xiàn)象為世人所詬病。評(píng)價(jià)往往決定了過(guò)程，而教育的過(guò)程又決定著最終能培養(yǎng)出什么樣的人。相比學(xué)生只會(huì)“做題”或者只知道課本上的理論知識(shí)，讓學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)習(xí)的知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，或者解決日常生活中的問(wèn)題變得更加重要。值得欣喜的是，新一輪中高考制度的改革正逐漸回歸學(xué)習(xí)的本質(zhì)，強(qiáng)調(diào)在全面考核學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上，注重加強(qiáng)對(duì)運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力考查，確保學(xué)生能力得到提升。因此，應(yīng)該選定哪些維度、采取哪些手段進(jìn)行能力評(píng)價(jià)是教育者面臨的新問(wèn)題。

3.5 加強(qiáng)教學(xué)資源共享、鼓勵(lì)合作創(chuàng)新

“口袋”實(shí)驗(yàn)室通過(guò)共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)成果促進(jìn)了教師和學(xué)生的共同進(jìn)步。在“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息全球化的背景下，傳統(tǒng)教育的封閉性和固守性已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教育的需求，正是“問(wèn)君哪得清如許，為有源頭活水來(lái)”，唯有變化才能創(chuàng)新，唯有創(chuàng)新才能進(jìn)步。而教育更需要“活水”來(lái)滋養(yǎng)成長(zhǎng)中的學(xué)生的思維和能力，教師也更需要通過(guò)合作交流來(lái)獲取新知識(shí)、新方法。目前教學(xué)模式單一、教學(xué)思維固化、教學(xué)資源短缺正束縛著我國(guó)基礎(chǔ)教育的發(fā)展。因此，借助互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建廣泛的教學(xué)資源共享平臺(tái)，為教學(xué)提供豐富、優(yōu)質(zhì)的資源，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)外教師間合作溝通、共同創(chuàng)新是未來(lái)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

總之，“口袋”實(shí)驗(yàn)室作為一種與時(shí)俱進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置，更契合培養(yǎng)新型人才的要求。通過(guò)這種方式可以使更多的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源得到共享，不再讓學(xué)生將知識(shí)與生活割裂開(kāi)來(lái)，同時(shí)帶給我們更多新的關(guān)于教學(xué)的思考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Dan Moren.Tiny Sensor Package Will Let Students Design Their Own Physics Eeperiments——Measure Everything From Acceleration To Magnetic Fields [EB/OL].http：//www.popsci.com/tiny-sensor-package-lets-students-design-their-own-experiments，2015-03-17.

[2]Natasha Lomas.PocketLab Is Simplified Wireless Sensing For Science Class[EB/OL]. http：//techcrunch.com/2015/03/16/pocketlab/，2015-03-16.

[3]Dan Moren.Tiny Sensor Package Will Let Students Design Their Own Physics Eeperiments——Measure Everything From Acceleration To Magnetic Fields [EB/OL].http：//www.popsci.com/tiny-sensor-package-lets-students-design-their-own-experiments，2015-03-17.

[4]Natasha Lomas.PocketLab Is Simplified Wireless Sensing For Science Class[EB/OL]. http：//techcrunch.com/2015/03/16/pocketlab/，2015-03-16.

[5]Robby.Free falling objects of different mass[EB/OL].http：//support.thepocketlab.com/collection/curriculum？page=2，

2016-02-08.

[6]Robby.Barometer：Pressure and Volume with Syringe.[EB/OL].http：//support.thepocketlab.com/blog/experiment-23-barometer-pressure-and-volume-with-a-syringe，2016-02-09.

[7]魯世明.新課改下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討[J].物理教學(xué)探討，2011，29（5）：23—25.

[8]康淑敏.信息化背景下的教學(xué)方式變革研究[J].教育研究，2015（6）：96—102.

[9]朱光華.看美國(guó)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，反思我國(guó)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理通報(bào)，2006（3）：39—41.

[10]胡平.中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值簡(jiǎn)論[J].物理教師，2007，28（11）：36—40.

[11]林眾，馮瑞琴，羅良.自主學(xué)習(xí)合作學(xué)習(xí)探究學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)及其關(guān)系[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011（6）：30—36.

[12]丁桂鳳.合作學(xué)習(xí)研究的基本走勢(shì)[J].南京師大學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2005（4）：110—114.

（欄目編輯 羅琬華）