簡論中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

金厚龍

摘 要：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要基礎(chǔ)和特征，中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是中學(xué)物理教師核心素養(yǎng)的重要組成部分。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的各種價(jià)值及其提升功能在追逐應(yīng)試教育“蠅頭小利”的教學(xué)氛圍中逐漸被稀釋或弱化的現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)。反思現(xiàn)狀，迫切需要提升中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)基本功，大力提升中學(xué)物理教師的自我實(shí)驗(yàn)意識；不斷發(fā)展中學(xué)物理教師對實(shí)驗(yàn)的批判反思思維；積極倡導(dǎo)中學(xué)物理教師成為自力更生的終身實(shí)驗(yàn)者；努力進(jìn)階形成中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的文化。這是高質(zhì)量物理教育的生命所在。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理教師；實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）9-0077-4

審視當(dāng)下中學(xué)物理教師教學(xué)現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)理念的偏失以及教師教育培訓(xùn)課程結(jié)構(gòu)的失衡造成了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育弱化、淡化、碎片化，有必要對中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)狀況進(jìn)行反思，強(qiáng)化中學(xué)物理教師實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的應(yīng)有地位與價(jià)值。

1 具有自我實(shí)驗(yàn)意識的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是中學(xué)物理教師的核心素養(yǎng)之一

1.1 中學(xué)物理教師應(yīng)當(dāng)是積極實(shí)驗(yàn)者的角色，實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)不可或缺

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門自然科學(xué)，所以中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)者角色是由學(xué)科特點(diǎn)所決定的。江蘇省物理特級教師張善賢先生認(rèn)為：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理學(xué)科教學(xué)的源泉，是物理學(xué)科有效教學(xué)的核心工程[1]。輕視或淡化中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)者角色是不利于中學(xué)物理學(xué)科發(fā)展的。1976年12月6日，丁肇中教授在斯德哥爾摩舉行的諾貝爾物理學(xué)獎頒發(fā)典禮上，首次用流利的中文發(fā)表了一篇激動人心的致詞：“國王、王后陛下，王族們，各位朋友：得到諾貝爾獎，是一個科學(xué)家最大的榮譽(yù)。我是在舊中國長大的，因此，我想借這個機(jī)會向發(fā)展中國家的青年們強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)工作的重要性。中國有句古話：‘勞心者治人，勞力者治于人。這種落后的思想對在發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。由于這種思想，很多在發(fā)展中國家的學(xué)生們都傾向于理論研究，而避免實(shí)驗(yàn)工作。事實(shí)上，自然科學(xué)理論不能離開實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，特別是物理學(xué)更是從實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的。我希望由于我這次獲獎，能夠喚起在發(fā)展中國家的學(xué)生們的興趣，而重視實(shí)驗(yàn)工作的重要性?！盵2]

物理教師的實(shí)驗(yàn)意識及其積極性直接影響著其教學(xué)的風(fēng)格，影響著其所培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)與質(zhì)量。讓每位中學(xué)物理教育工作者從超越學(xué)科本位的理念出發(fā)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐付諸行動，成為積極的實(shí)驗(yàn)者，是當(dāng)前中學(xué)物理教師教育培訓(xùn)的首要任務(wù)、核心要素。

1.2 實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的重要標(biāo)志是根植于實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的自我實(shí)驗(yàn)意識及其付諸的實(shí)驗(yàn)行動

實(shí)驗(yàn)意識來源于教學(xué)生活的方方面面，中學(xué)物理中的概念、規(guī)律、習(xí)題等教學(xué)任務(wù)都可用實(shí)驗(yàn)的方法來完成，需要教師主動感悟，積極開拓。

靜摩擦力及其方向教學(xué)一直是個教學(xué)難點(diǎn)，不少物理教師總采用定義介紹或利用力的作用效果來佐證等方法進(jìn)行理論教學(xué)，其實(shí)有實(shí)驗(yàn)意識的老師可采用身邊的物體如毛刷、牙刷等，很直觀形象地展示出靜摩擦力的存在及方向的判定。這樣，利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)就可以將抽象的物理問題直觀化。再比如，如圖1所示，A、B 是兩個相同的齒輪，A 被固定不能轉(zhuǎn)動。若B 齒輪繞A 齒輪運(yùn)動半周，到達(dá)圖中的C位置，則此時B齒輪上所標(biāo)出的水平方向的箭頭所指的方向是（ ）

A.豎直向上 B.豎直向下

C.水平向左 D.水平向右

這個題既不涉及深奧的物理知識，也用不著繁雜的計(jì)算。就是考查被測試者的空間想象能力和實(shí)驗(yàn)意識。在一次研訓(xùn)時，筆者讓接受培訓(xùn)的初中物理教師練習(xí)，結(jié)果錯得較多。在練習(xí)過程中，沒有發(fā)現(xiàn)一個教師想到拿出口袋中的兩個硬幣或類似物體來親自轉(zhuǎn)動一下，只顧埋頭思考。

此題真是一個妙題，既考查對知識是否真正理解，更重要的是考查學(xué)員有沒有實(shí)驗(yàn)意識。在考場內(nèi)可以方便地做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的問題，大部分教師竟然毫無這種感覺。問題出在哪里？與物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是否存在關(guān)聯(lián)？筆者認(rèn)為，沒有教師的實(shí)驗(yàn)意識就沒有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識。

1.3 物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是其核心素養(yǎng)之一

物理學(xué)科作為自然科學(xué)領(lǐng)域一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，倡導(dǎo)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是體現(xiàn)物理課程目標(biāo)的價(jià)值追求。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中逐步形成、長期逐步積累的行動習(xí)慣和關(guān)鍵能力，體現(xiàn)物理學(xué)科的教育價(jià)值[3]。因此，中學(xué)物理教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)也是物理教師的核心素養(yǎng)。江蘇省物理特級教師許亞平先生1992年參加“江蘇省青年教師優(yōu)質(zhì)課評比”選拔賽，課題是“密度”起始課。因是現(xiàn)場抽題，參賽選手只能借用當(dāng)?shù)貙W(xué)校實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)標(biāo)配器材，各路選手各顯神通，有的在內(nèi)容編排上精彩紛呈，有的在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，有的在投影儀、課件等現(xiàn)代化設(shè)備的應(yīng)用上別具一格，許先生憑借兩個精彩的小動作獲得了一等獎第一名。動作之一是許先生用前一位賽課者放在墻角邊盛放儀器的提盒，放在講臺上將天平墊高；動作之二是在用天平比較相同體積鋁塊和銅塊質(zhì)量時，先將鋁塊放到一個托盤中，再將銅塊放到另一個托盤中。這兩個動作其實(shí)反映了許先生的實(shí)驗(yàn)意識及實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本功。教室的講臺不是太高，天平又太矮，實(shí)驗(yàn)是演示給學(xué)生看的，要讓所有學(xué)生都能看到、看清實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這本是教學(xué)常識，照理也算不上什么閃光點(diǎn)，可是實(shí)驗(yàn)意識不強(qiáng)的教師未能顧及到這一點(diǎn)，而許先生的靈機(jī)一動填補(bǔ)了評委們的缺憾。用天平比較相同體積不同質(zhì)量的鋁塊和銅塊，好像先將哪塊放到托盤中并不重要，其實(shí)效果大不一樣。試想，若先將銅塊放到天平左盤中，左盤下降，再將鋁塊放到右盤中，則天平?jīng)]有反應(yīng)。相反，先將鋁塊放到左盤中，左盤下降，再將銅塊放到右盤中，這時右盤會“咯噔”一下翻個身。顯然，后者比前者更具有視覺沖擊。這些不經(jīng)意間的小動作，被“內(nèi)行”的專家評委們看出了“門道”，其實(shí)的確能夠透視出教師的實(shí)驗(yàn)基本功，也反映了教學(xué)的機(jī)智與靈活。

2 中學(xué)物理教師實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展品質(zhì)是具有批判反思思維

物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)地位決定了實(shí)驗(yàn)不僅是一種重要的教學(xué)方法，也是學(xué)習(xí)物理的一種重要手段，它既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又可以讓學(xué)生輕松地獲得知識和技能，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和團(tuán)隊(duì)合作的精神。中學(xué)物理教學(xué)的主要目標(biāo)是使學(xué)生掌握好基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)技能，具備靈活運(yùn)用知識的能力，而這些知識、技能的形成和發(fā)展都離不開實(shí)驗(yàn)，所以要求教師具備更多、更高的實(shí)驗(yàn)技能是非常必要的，也是物理教師教學(xué)成功的一個基礎(chǔ)。而批判性思維被稱為“使您做得更好”的藝術(shù)。美國國家委員會支持優(yōu)秀批判性思考的專家們認(rèn)為，在每天的課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該把學(xué)生思維作為中心，鼓勵他們總結(jié)或摘要課本內(nèi)容或者其他人的表述，推敲各種概念與思想，能做應(yīng)用、分析、推理、批判等高層次思考，通過批判性實(shí)踐，使理解和思路變得深入廣闊，對原有知識進(jìn)行升級[4]。中學(xué)物理教師培訓(xùn)同樣適用這些原則，要鼓勵教師基于不同的知識水平、操作技能對相同的實(shí)驗(yàn)建構(gòu)出不同的實(shí)驗(yàn)方式與方法，將實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)內(nèi)化為教師自身的精神財(cái)富，支持教師成為具備批判反思意識的實(shí)驗(yàn)者。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主動進(jìn)行反思，對進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)、深化實(shí)驗(yàn)、完善實(shí)驗(yàn)起著重要的作用。通過反思可總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，揭示實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較注重的是實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過程的操作，而忽視了實(shí)驗(yàn)后的反思和總結(jié)。美國著名教育家杜威說：“教師的成長離不開對自己教育實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)、信念、知識以及自身優(yōu)勢的反省，當(dāng)你著手反省這些問題時，你就已經(jīng)開始了自己的成長歷程……反省思維能夠指導(dǎo)我們的行動，使之具有預(yù)見性，并按照目的去計(jì)劃行動。換句話說，反省思維使我們單純的、盲目的行動轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔鄣男袆??！盵5]

實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思是通過教師批判性的思維，促進(jìn)提高教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)悟能力和自身教學(xué)質(zhì)量。反思活動是教育理念與課堂實(shí)踐之間的對話，他寄寓著教師專業(yè)成長的人生價(jià)值，滲透在教師實(shí)踐智慧提升過程，不僅有助于教師分析解決問題能力的提升，也促使課堂成為有生命、有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)場所，為教師開展行動研究提供了無限發(fā)展空間。

3 中學(xué)物理教師實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)是成為自力更生的終身實(shí)驗(yàn)者

中學(xué)物理教師不僅要能熟練掌握并指導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室器材進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)能夠利用自己身邊或生活中的物體甚至自制教具進(jìn)行類似課本實(shí)驗(yàn)功能的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)教師終身的實(shí)驗(yàn)熱情，養(yǎng)成終身的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，這既是中學(xué)物理教師自身發(fā)展的需要，也是中學(xué)物理教學(xué)的需要，應(yīng)當(dāng)成為中學(xué)物理教師在職培訓(xùn)的重要目標(biāo)。所有的中學(xué)物理教師實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)目標(biāo)最終指向是讓教師成為獨(dú)立的、自力更生的終身實(shí)驗(yàn)者。

有感于蘇州大學(xué)朱正元老教授，其“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)?！盵6]一直影響著筆者課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的風(fēng)格。一方面，實(shí)驗(yàn)室里傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材往往體積較大，有的還需要連接電路，如探究“平拋運(yùn)動豎直方向分運(yùn)動的特點(diǎn)”時，實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)器材是平拋豎落儀，除實(shí)驗(yàn)器材本身不易攜帶外，還需要學(xué)生電源等輔助器材，學(xué)生還對本實(shí)驗(yàn)中兩球同時釋放的電磁原理了解不透，解釋清楚又要花費(fèi)不必要的時間。利用改進(jìn)后的機(jī)械平拋豎落儀，雖然不用電器元件，但很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器更新不及時，造成實(shí)驗(yàn)教師想用但沒有儀器的苦惱，即使有，數(shù)量也有限，僅能在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)，因過程太快視覺效果也不是太好，影響了實(shí)驗(yàn)作用的發(fā)揮。如何實(shí)現(xiàn)每個學(xué)生都能親自動手做實(shí)驗(yàn)的目的，筆者在設(shè)計(jì)這個實(shí)驗(yàn)時，力求器材簡便（全員參與），操作簡單（人人都會），現(xiàn)象簡潔（個個看懂）。具體做法就是用左手兩個手指輕松夾住兩個象棋子，右手平彈出其中一子做平拋運(yùn)動，另一個同時做自由落體運(yùn)動。再比如，對自由落體的認(rèn)識過程，牛頓管的實(shí)驗(yàn)非常形象直觀。但如果在此實(shí)驗(yàn)之前補(bǔ)充兩個小實(shí)驗(yàn)，效果會更好。先是通過比較書本與紙片的下落，建立直覺的認(rèn)識——重的物體比輕的物體落得快；第二步把紙片捏成紙團(tuán)后與書本一起下落的實(shí)驗(yàn)，顯著減小阻力大小的影響，形成淺顯的直觀印象——直覺并不可靠，要透過現(xiàn)象看本質(zhì)，輕重物體下落的快慢與阻力有關(guān)；第三步再用牛頓管做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，基本排除了空氣阻力的影響，建立比較深刻的直觀印象——在沒有阻力的環(huán)境下，所有物體下落的快慢一樣；循序漸進(jìn)，逐步深入，水到渠成，這就是實(shí)驗(yàn)的魅力。讓學(xué)生體會物理知識的學(xué)習(xí)并不是空洞的，而是實(shí)實(shí)在在的探究。深刻領(lǐng)會物理就在身邊，真正踐行新課程所倡導(dǎo)的基本理念：“從生活走向物理，從物理走向社會?！盵7]

4 中學(xué)物理教師實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的發(fā)展進(jìn)階是形成中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的文化

文化是人類在社會歷史發(fā)展過程中所創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的總和。物理實(shí)驗(yàn)則是物理工作者在認(rèn)識改造世界過程中創(chuàng)造出來再現(xiàn)物體運(yùn)動規(guī)律的物質(zhì)和精神財(cái)富，所以物理實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的文化價(jià)值。

江蘇省物理特級教師胡平先生一直倡導(dǎo)“把物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)作文化來教”[8]，強(qiáng)調(diào)對中學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)教育應(yīng)以突出文化價(jià)值為旨?xì)w，指出實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值主要在于獨(dú)立風(fēng)格的造就、自由思想的養(yǎng)成、民主精神的發(fā)揚(yáng)和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的培養(yǎng)，要求執(zhí)教者通過加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展史的教育、推進(jìn)科學(xué)與人文融通的常態(tài)化、強(qiáng)化現(xiàn)代技術(shù)的滲透、引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教育走進(jìn)生話與社會等途經(jīng)，把中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)成文化來教，從而不斷提升物理實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值。筆者完全贊同并欣賞，更贊同作為中學(xué)物理教師培訓(xùn)的目標(biāo)導(dǎo)向，因?yàn)闆]有物理教師的實(shí)驗(yàn)文化，就沒有物理課堂的實(shí)驗(yàn)文化，更沒有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)文化。

作為物理實(shí)驗(yàn)教育的高級追求，文化價(jià)值的預(yù)設(shè)與生成并不是一日之功、信手拈來的事，需要教師具備更廣博的知識，更開闊的視野，更高超的實(shí)驗(yàn)技能，更內(nèi)涵的實(shí)驗(yàn)文化。目前的中學(xué)物理教師在職培訓(xùn)，形式大多是聽講座、上課評課、參觀、研討、交流，內(nèi)容大多是理念的更新、課程內(nèi)容的再認(rèn)知、先進(jìn)教法學(xué)法的介紹等，很少有實(shí)驗(yàn)方面的培訓(xùn)，更談不上實(shí)驗(yàn)文化的滲透熏陶，實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值及其提升功能在追逐眼前應(yīng)試教育“蠅頭小利”的教學(xué)氛圍中被稀釋或者弱化了。挖掘?qū)嶒?yàn)教育中的文化價(jià)值就是要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)發(fā)展史的教育，物理實(shí)驗(yàn)文化經(jīng)典具有永恒的價(jià)值，歷久彌新。在物理人文精神日漸淡薄的今天，其價(jià)值日益凸顯。啟發(fā)引導(dǎo)物理教師認(rèn)知物理實(shí)驗(yàn)教育發(fā)展史，有助于他們真切地體會物理實(shí)驗(yàn)文化的深厚底蘊(yùn)，領(lǐng)悟物理先賢聰慧詳實(shí)的思想。提升實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值就是要有意識地把實(shí)驗(yàn)中的文化內(nèi)涵賦予學(xué)生。如學(xué)習(xí)牛頓第一定律時，要重點(diǎn)介紹伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)”，伽利略將可靠的實(shí)驗(yàn)、大膽的想象、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗芎玫厝诤显谝黄?。愛因斯坦評論說：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開始?！盵9]愛因斯坦事后設(shè)計(jì)了理想實(shí)驗(yàn)“愛因斯坦列車”，并由此推出了相對論。落實(shí)實(shí)驗(yàn)教育的文化價(jià)值就是要引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教育走進(jìn)生活，走向社會。馬克思說：“物理學(xué)家是在自然過程表現(xiàn)得最確實(shí)、最少干擾的地方考察自然過程的，或者，如有可能，是在保證過程以其純粹形態(tài)進(jìn)行的條件下從事實(shí)驗(yàn)的?！盵10]馬克思設(shè)計(jì)了社會實(shí)驗(yàn)，推出了共產(chǎn)主義理論，這是物理實(shí)驗(yàn)思想作用于人類思想的一個經(jīng)典絕世之作。從這個角度說，物理實(shí)驗(yàn)教育可以理解為一種文化傳承，一種文化創(chuàng)造。

一旦物理實(shí)驗(yàn)走進(jìn)生活、走向社會，實(shí)驗(yàn)與生活、與社會就是一個相互融合的整體，實(shí)驗(yàn)就與多彩的生活、繽紛的社會共生共長，實(shí)驗(yàn)教育就有鮮活的生命，這正是實(shí)驗(yàn)教育的文化使然。把物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)作文化來教育、培訓(xùn)中學(xué)物理教師，就是要讓物理教師經(jīng)歷一番物理實(shí)驗(yàn)文化的儒化，生成特有的物理實(shí)驗(yàn)氣質(zhì)，進(jìn)而打破傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)與文化的隔離，實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互滲透與融合，讓物理教師能夠繪就物理實(shí)驗(yàn)文化的美麗，展示物理實(shí)驗(yàn)文化的力量和物理實(shí)驗(yàn)文化的價(jià)值，這不僅是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的文化，也是新時代中學(xué)物理教師的追求。

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