高中生物理實驗意識的培養(yǎng)與實踐①

周 鵬 張錫娟

(1.江蘇省揚(yáng)州中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225009;2.揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009)

物理學(xué)是建立在大量觀察和實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)，近年來由于受到應(yīng)試教育等因素的影響,中學(xué)物理教學(xué)正經(jīng)歷前所未有的困境。首先,目前一些學(xué)校的應(yīng)試傾向剝奪了學(xué)生走進(jìn)生活、接觸社會的機(jī)會,使得學(xué)生對物理現(xiàn)象缺乏感性認(rèn)識,也使得物理教學(xué)“缺物少理”。其次,一些學(xué)校的物理教學(xué)嚴(yán)重脫離實驗,課本上列出的實驗都不能保證做齊、做好,更別說拓展性的實驗了。在很大程度上實驗教學(xué)還僅僅滿足于用紙和筆“做”實驗,學(xué)生與豐富的物理現(xiàn)象和事實直接接觸的機(jī)會甚少,只能按部就班地進(jìn)行刻板的技能訓(xùn)練,缺乏實驗意識,不會提問,無法創(chuàng)新。再次,盡管我們的改革口號喊得震天響,教學(xué)要以人為本,教學(xué)已很難真正激發(fā)學(xué)生的興趣和探究欲望,學(xué)生在初中階段培養(yǎng)的物理學(xué)習(xí)興趣到了高中后迅速衰減,物理學(xué)習(xí)也變得越發(fā)困難。

隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)和深入,人們已清醒地認(rèn)識到輕視物理實驗的弊端,提出了中學(xué)物理教學(xué)要切實培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。著名教育家蘇霍姆林斯基說過：學(xué)生對學(xué)習(xí)知識不感興趣,智力情感就會缺乏,就會對新知識、新事物變得遲鈍。好奇心是興趣的初級階段,有好奇心才會有探究,有探究才會有認(rèn)識,有認(rèn)識才會有創(chuàng)新。而最能有效激發(fā)學(xué)生的好奇心、提起學(xué)生興趣的教學(xué)手段就是實驗,必須以生活實際和實驗作為突破口。如何才能有效地改變現(xiàn)狀,切實提升高中生的核心素養(yǎng)呢?

提升素養(yǎng),意識先行！我們必須從物理學(xué)科自身的特點(diǎn)出發(fā),高度重視物理實驗,重視培養(yǎng)學(xué)生的實驗意識和探究欲望,以此帶動學(xué)生核心素養(yǎng)的整體提高。意識是人所特有的一種對客觀現(xiàn)實的高級心理反映形式，它是包括感覺、知覺和思維在內(nèi)的高級認(rèn)知活動。結(jié)合日常的物理教學(xué)實際,依據(jù)認(rèn)知科學(xué)和心理學(xué)理論,我們實施了以下行之有效的培養(yǎng)途徑,進(jìn)行了高中生物理實驗意識培養(yǎng)的實踐研究。

1 從客體感知層面培養(yǎng)高中生物理實驗意識

在物理教學(xué)中,我們應(yīng)從多個角度讓學(xué)生覺察物理現(xiàn)象及其蘊(yùn)含的重要概念和規(guī)律,以培養(yǎng)高中生的物理實驗意識。

1.1 利用貼近生活的素材,引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象

我們在教學(xué)中應(yīng)積極創(chuàng)造機(jī)會,讓學(xué)生親歷實踐,獲取第一手的感性認(rèn)知。例如,帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)自然,深入車間、田頭,這是最易激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲的途徑之一。以乘車為例，沿途可以引導(dǎo)學(xué)生注意觀察汽車起動的過程,從中覺察牽引力跟車速的關(guān)系,理解換檔的作用與必要性；從汽車的加速和減速過程覺察物體的慣性和慣性在勻速與加速過程中的不同表現(xiàn)。這里還涉及相對運(yùn)動、參考系、多普勒效應(yīng)、共振、視差現(xiàn)象、大氣壓與流速的關(guān)系等等,這些都是我們課堂教學(xué)的生動素材和資源,是引導(dǎo)學(xué)生感知和覺察物理現(xiàn)象、促進(jìn)學(xué)生物理實驗意識形成的利器。

1.2 通過新穎、易行的小實驗等引發(fā)疑問,激發(fā)學(xué)生的探究欲望

在平時的物理教學(xué)中,應(yīng)盡可能利用身邊常見的物品,設(shè)計一些新穎、易行的小實驗和演示實驗,激發(fā)學(xué)生自主探究的欲望。同時鼓勵學(xué)生課后親自動手做一做,甚至自行設(shè)計一些小實驗,以增加學(xué)生進(jìn)一步觀察現(xiàn)象的機(jī)會,體會理論與實踐間的聯(lián)系,從而促進(jìn)思考,引發(fā)疑問,激發(fā)興趣。例如，利用筆桿配合其他物品,可演示伯努利效應(yīng)、光的單縫衍射現(xiàn)象等；用黑板擦擦黑板,演示滑動摩擦力可以和物體(可移動的黑板)的運(yùn)動方向相同、甚至可以不做功等現(xiàn)象,形象生動,讓學(xué)生過目不忘。

1.3 以小任務(wù)、小課題形式布置課后作業(yè),培養(yǎng)學(xué)生的物理實驗意識

為提高學(xué)生的實驗意識和實驗?zāi)芰?形成良好的實驗素養(yǎng),平時以小任務(wù)、小課題的形式布置課后作業(yè),增加學(xué)生動手實驗的機(jī)會。在學(xué)習(xí)初期注意以引導(dǎo)為主,不能太過功利,硬性要求學(xué)生拿出作品或成果,這樣會導(dǎo)致學(xué)生疲于應(yīng)付,從而使學(xué)生失去進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。

實驗教學(xué)中最關(guān)鍵的是設(shè)計思想和實驗方法,需要教師在平時注意引導(dǎo)和說明。在日常的教學(xué)過程中,我們應(yīng)當(dāng)重視并突出對物理思想和方法的教學(xué),創(chuàng)設(shè)學(xué)生運(yùn)用這些思想方法的情景和條件。只有真正理解了這些實驗的思想和方法,學(xué)生才能做到靈活運(yùn)用，課后的小任務(wù)、小課題正好是學(xué)生親身體驗實驗設(shè)計思想和實驗方法的重要載體。

2 從主體能動層面培養(yǎng)高中生物理實驗意識

意識是思維主體對信息進(jìn)行處理后的產(chǎn)物,意識產(chǎn)生的前提是思維活動,沒有思維就不可能產(chǎn)生意識。因此,我們在教學(xué)中應(yīng)關(guān)注學(xué)生的思維活動,讓學(xué)生的思維不斷地對信息進(jìn)行能動操作,從而培養(yǎng)他們的物理實驗意識。

2.1 推行以學(xué)生為中心的授課方式,滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求

以學(xué)生為中心的授課風(fēng)格更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人,就必須始終以學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn),從學(xué)生思考問題的角度處理問題，要讓問題在學(xué)習(xí)過程中“自發(fā)”產(chǎn)生。只有讓問題能“自發(fā)”產(chǎn)生的“生態(tài)課堂”,才是符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、符合物理學(xué)習(xí)規(guī)律的高效課堂，現(xiàn)舉例如下。

(1)在“探究加速度跟外力和質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中,因為時間有限,很多教師都是直接將實驗的注意點(diǎn)告知學(xué)生,而拋開了學(xué)生的認(rèn)知過程,導(dǎo)致實驗做完了,學(xué)生都不知道為什么要這樣做，更不知道到底在什么情況下要這么做。這里就必須留出時間讓學(xué)生進(jìn)行思考和探究，可以讓學(xué)生進(jìn)行分組實驗,通過分析a-F圖像和a-1/M圖像不過原點(diǎn)和發(fā)生彎曲的原因,在此過程中讓學(xué)生逐步意識到摩擦力對實驗有明顯影響、砝碼和砝碼盤的總重力并不總是等于其對細(xì)線的拉力,引發(fā)他們進(jìn)一步思考，自主解決以上問題,最終真正理解上述實驗中的注意點(diǎn)。

(2)對于“力學(xué)單位制”“劃時代的發(fā)現(xiàn)”等非主要教學(xué)內(nèi)容,教師一般會采取“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式,學(xué)生課前通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)等途徑收集相關(guān)資料，先行自學(xué),在課堂上則是通過學(xué)生自己的講解,理順相關(guān)知識結(jié)構(gòu),掌握相關(guān)主要內(nèi)容。這種授課方式能充分發(fā)展學(xué)生的個性,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和潛能。

2.2 為學(xué)生平時的實驗探究提供必要的物質(zhì)保障和必備的理論支撐

并不是所有的實驗都能夠通過利用日常的生活用品輕易地完成,我們一般是結(jié)合研究性學(xué)習(xí)、校本課程等方式進(jìn)行必要的理論補(bǔ)充,進(jìn)行實驗器材的使用培訓(xùn)。例如：數(shù)字化實驗中各種傳感器及相關(guān)軟件的工作原理和使用方法；氣墊導(dǎo)軌、光電門和數(shù)字毫秒計的配合使用方法和作用；高壓放電裝置的應(yīng)用(研究電場分布、尖端放電、電子風(fēng)等)；涉及大學(xué)物理的一些實驗器材(板式電位差計、分光計、駐波發(fā)生器等)的工作原理和使用方法等。

3 從評價功能層面培養(yǎng)高中生物理實驗意識

鑒于學(xué)生的認(rèn)知水平與實驗?zāi)芰Φ南拗?不能保證學(xué)生的每次實驗都能成功或達(dá)到預(yù)期效果,這就要求我們要有科學(xué)的評價方式。及時、科學(xué)的評價不但可以肯定學(xué)生已取得的成績,關(guān)鍵可以幫助學(xué)生明確方向、理清思路,激發(fā)其進(jìn)一步探究、實踐的興趣,為后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。

3.1 思想方法的學(xué)習(xí)與評估

此類評估一般在實驗的開始階段進(jìn)行,旨在幫助學(xué)生明確方向、理清思路,找到理想的實驗方案等。在這一環(huán)節(jié)我們往往是通過類似于開題報告的形式進(jìn)行,學(xué)生利用PPT等將自己的學(xué)習(xí)和研究思路展示出來,接受同學(xué)和老師的質(zhì)疑和啟發(fā)、指導(dǎo)。

3.2 過程性評價

過程評價關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的過程,學(xué)生以簡短的書面或口頭報告的形式,向其他小組和教師進(jìn)行匯報,再由其他小組成員或教師進(jìn)行評價或指點(diǎn),以幫助學(xué)習(xí)者及時調(diào)整思路,改良方法,順利進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)和研究。實施小組協(xié)作、小組競爭,及時評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是常用的、及時的、高效的過程性評價方式。

例如,在“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”的教學(xué)中,不同學(xué)生、小組探究的形式不一定相同,通過進(jìn)一步的啟發(fā)和歸類總結(jié),可以找到共性的特征,實現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知自然地從“切割”到“無相對運(yùn)動”、從“磁場變化”到“磁通量變化”的逐步遞進(jìn)。

3.3 成果評價

成果評價是對學(xué)習(xí)者實驗、研究結(jié)果的評價。對中學(xué)生而言,主要目的是肯定他們所做的努力,肯定其在實驗創(chuàng)意、創(chuàng)新方法、研究成果的價值和取得的成績,同時也指出相應(yīng)的問題和不足,以促進(jìn)他們的后續(xù)學(xué)習(xí),強(qiáng)化實驗意識,提升實驗素養(yǎng),為今后進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和研究奠定必要的、堅實的基礎(chǔ)。

3.4 自評與互評

自評和互評在實驗的每一階段都可以進(jìn)行,目的是要讓學(xué)習(xí)者明了在研究過程中存在的困難,充分展示思維過程,在此過程中相互學(xué)習(xí),彼此借鑒,互相啟發(fā)，自評和互評也是培養(yǎng)和提升實驗意識和素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

教師在教學(xué)中應(yīng)基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求,提高課堂教學(xué)效率,多聯(lián)系社會生活實際,利用一切手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)其實驗意識和能力,精選、優(yōu)化課后練習(xí)和學(xué)習(xí)項目,真正做到以學(xué)生為本,提升其終生學(xué)習(xí)的能力。