鄧壽根
(上海市控江中學(xué) 上海 200093)
一直以來物理作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科,大量物理現(xiàn)象的解釋和規(guī)律的驗(yàn)證都依賴于物理實(shí)驗(yàn),在課程標(biāo)準(zhǔn)中也一再強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的重要性.由此可見物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中舉足輕重的一環(huán).雖然我們一直說:“講十遍(練習(xí))不如做一遍(實(shí)驗(yàn))”,但是由于受到應(yīng)試和升學(xué)的影響,在日常教學(xué)中普遍存在著重理論教學(xué)、輕實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境:講十遍往往是常態(tài),而做一遍有時都會難以落實(shí).造成這種困境的原因,筆者認(rèn)為可能在于以下3個方面.
(1)教師動力的不足
雖然物理教師都承認(rèn)物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科中的重要地位,但是能夠在日常教學(xué)中真正把實(shí)驗(yàn)教學(xué)放在一個重要位置的教師還不是大多數(shù).多數(shù)教師面對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的態(tài)度基本上是完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容,而較少愿意在實(shí)驗(yàn)方面投入更多的時間和精力.造成教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)動力不足的原因是多方面的.
首先,教師在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時要付出許多額外的辛勤努力,而這些付出學(xué)校往往不會給予相應(yīng)的報(bào)酬,教師只能默默地作出無私的奉獻(xiàn).同時由于教師除了準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)無形中增加了大量的工作外,還要盡可能做滿課程設(shè)置上的“滿工作量”,導(dǎo)致教師身心交瘁,很難應(yīng)對.
其次,由于存在應(yīng)試的壓力,一線教師往往非??粗亟虒W(xué)效率.在部分教師眼中實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率往往低于理論教學(xué).一堂實(shí)驗(yàn)課所能完成的教學(xué)內(nèi)容遠(yuǎn)不能與一堂理論課甚至是習(xí)題課相比.
再次,由于實(shí)驗(yàn)研究過程中涉及到的因素眾多,若要分析透徹,對學(xué)生的要求甚高,因此部分教師對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)能否有效培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和分析能力心存疑慮.
加之當(dāng)下信息技術(shù)飛速發(fā)展,大量實(shí)驗(yàn)都可以通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn),不僅視覺效果出色而且過程精確可控,因此使很多物理教師選擇“虛擬實(shí)驗(yàn)”代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作.
(2)學(xué)生的喜新與厭煩
一般認(rèn)為,對于實(shí)驗(yàn)教學(xué),學(xué)生的態(tài)度應(yīng)該較教師更為積極.但是當(dāng)我們仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)課堂時,會發(fā)現(xiàn)很多時候吸引學(xué)生的只是那些新鮮的實(shí)驗(yàn)器材、有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和自由的操作環(huán)境,對于教師要求的實(shí)驗(yàn)規(guī)范、流程、結(jié)果以及探究實(shí)驗(yàn)面臨的許多困難卻常常沒有太大的興趣.造成這種現(xiàn)象的原因也是多方面的.
一方面是學(xué)生具有與生俱來的對一些新鮮事物和奇特現(xiàn)象的好奇,但對一些常規(guī)的要求不愿付出更多的努力,對一些好奇現(xiàn)象背后一些深層次的原因缺乏勇于探究和不斷追求的毅力和擔(dān)當(dāng).
另一方面是教師總是過多強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)定流程.為了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效率,教師往往在實(shí)驗(yàn)操作前,會將實(shí)驗(yàn)的所有操作程序和注意事項(xiàng)詳細(xì)陳述,并要求學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟操作.這樣的指導(dǎo)其實(shí)剝奪了學(xué)生試錯的過程,并將原本豐富靈活的實(shí)驗(yàn)研究變成了僵化固定的程式化模仿.
再一個是教師過多關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性.為了培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和學(xué)習(xí)興趣,物理教材中安排了大量的探究實(shí)驗(yàn).但是在實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通常早已知曉.在這種情況下,若教師依然強(qiáng)調(diào)要求學(xué)生按照規(guī)定操作得出正確的結(jié)論,由此學(xué)生便難以真正體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)探究的樂趣,自然難以激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究的興趣.
正是由于我們的學(xué)生毅力與擔(dān)當(dāng)不強(qiáng),教師對于實(shí)驗(yàn)操作和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)論的過分關(guān)注,形成了較為機(jī)械和刻板的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,從而導(dǎo)致了學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的厭煩.
(3)評價標(biāo)準(zhǔn)的單一
現(xiàn)階段對于高中物理實(shí)驗(yàn)考核形式有兩種,一種是針對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的實(shí)驗(yàn)操作考試,另一種是理論考試,也就是平常所說的“實(shí)驗(yàn)題”.雖然兩種考核形式覆蓋了實(shí)驗(yàn)操作和理論分析,但是現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)操作考試和理論考試,都還不能全面檢測學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?例如實(shí)驗(yàn)操作考試中所涉及的考題均為基礎(chǔ)課程中規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn),所考察的內(nèi)容主要是實(shí)驗(yàn)操作步驟和注意事項(xiàng).部分學(xué)生即使在不理解實(shí)驗(yàn)原理的情況下,也能通過機(jī)械記憶和反復(fù)操練完成整個流程.因此,教師在日常教學(xué)過程中才會高度關(guān)注實(shí)驗(yàn)的操作步驟和注意事項(xiàng).
再如理論考試所涉及的問題,往往都是基于理論分析的推測,有時可能與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室看到的現(xiàn)象有所差異甚至完全不同.因此面對這些紙面上的“實(shí)驗(yàn)”,師生通常會更傾向于通過理論分析和反復(fù)做題來應(yīng)對,而忽視了對真實(shí)實(shí)驗(yàn)的直接研究.
正是因?yàn)楫?dāng)前物理實(shí)驗(yàn)評價標(biāo)準(zhǔn)存在重流程輕設(shè)計(jì)、重結(jié)果輕過程、重理論輕實(shí)際的傾向,促使師生通過應(yīng)試模式來應(yīng)對物理實(shí)驗(yàn)考核.
突破上述3方面的困境當(dāng)然不會是一朝一夕的事情,我們不應(yīng)只看到困境,而更應(yīng)思考對策.我們應(yīng)該通過一些方法和措施去突破這些困境.結(jié)合近些年的工作實(shí)踐,筆者有了以下一些粗淺的構(gòu)想.
(1)調(diào)動教師堅(jiān)持物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性
一方面,對我們物理教師來說,搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)是我們的天職,但對學(xué)校來說,要能夠看到物理教師大量的額外付出,要對教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中作出的大量辛勤付出給以安慰,要調(diào)動教師堅(jiān)持物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性,不要以為你應(yīng)該理所當(dāng)然.同時應(yīng)考慮到教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)要付出大量的工作,學(xué)校在安排教師課時時是否可以在原來課程設(shè)置的“滿工作量”上作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以便可以讓教師能精力充沛地搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué).
另一方面,要改革評價實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評價體系,就要從側(cè)重于從應(yīng)試的角度評價教師教學(xué)效果的束縛中解脫出來,減輕應(yīng)試教育的壓力,著遠(yuǎn)于從學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展、培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的觀點(diǎn)出發(fā),全面地恢復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本位,極大地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.
(2)加強(qiáng)對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)慕逃?/p>
我們的學(xué)生是國家的未來,肩負(fù)著民族復(fù)興的重任,要有不怕吃苦勇于追求真理的獻(xiàn)身精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng).國家興亡、匹夫有責(zé),當(dāng)前美國打壓我們的科技也給了我們一個很好的警醒.實(shí)驗(yàn)是科技的搖籃,科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力,我們要發(fā)展科學(xué)技術(shù),大大提高生產(chǎn)力,必須從實(shí)驗(yàn)抓起.榜樣的力量是無窮的,給他們多講一些像錢學(xué)森、郭永懷等老一輩科技工作者為了祖國的崛起奉獻(xiàn)了自己光輝一生的頑強(qiáng)毅力和責(zé)任擔(dān)當(dāng).教育他們不要感興趣的事情就去做,遇到枯燥繁瑣的事情就躲避.天將降大任于斯人也,必將苦其心志,勞其筋骨.我們只有提高我們的核心素養(yǎng),肩負(fù)起中華崛起、民族復(fù)興的重任,不怕困難、勇往直前、堅(jiān)韌不拔、頑強(qiáng)刻苦地去奮斗,我們的民族才有希望,才能屹立于世界民族之林.
筆者有一個學(xué)生,他發(fā)現(xiàn)早晚上下班高峰期,地鐵站內(nèi)人潮涌動,乘客上下地鐵擁堵,地鐵運(yùn)行速度慢等現(xiàn)象,萌生出憂患意識,表現(xiàn)出勇于為社會擔(dān)當(dāng)、為民解難的難能可貴的品質(zhì),挺身而出愿意為社會貢獻(xiàn)出自己的聰明才智,決心去努力探究“解決軌道交通站內(nèi)的擁擠問題”的方案.在堅(jiān)持完成平常學(xué)習(xí)任務(wù)的同時,他不畏艱苦,夜以繼日地利用一切空余時間去調(diào)查研究,反復(fù)試驗(yàn).最終探究出一個專家非常認(rèn)可的方案,在第十六屆上海市百萬青少年?duì)巹?chuàng)“明日科技之星”評選大賽中,獲得上海市“明日科技之星”二等獎.如果我們的學(xué)生中有許許多多這樣的他,我們中國夢的實(shí)現(xiàn)就指日可待.
(3)變“答疑”為“激疑”
物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的,不應(yīng)僅是為了加深學(xué)生對某個物理結(jié)論的記憶和理解,更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識分析問題的能力.而實(shí)驗(yàn)研究中出現(xiàn)的矛盾和沖突正好為培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力提供了契機(jī).
物理教師可能都曾有這樣的經(jīng)歷:一個原本認(rèn)為非常簡單的實(shí)驗(yàn),當(dāng)真正操作時卻發(fā)現(xiàn)和預(yù)想有較大差異.原因在于那些在理想化模型中被忽略的因素,對真實(shí)實(shí)驗(yàn)造成了不可忽略的影響.當(dāng)教師遇到這樣的問題時,若能深入分析研究實(shí)驗(yàn)偏差的原因,就會幫助教師對實(shí)驗(yàn)的原理和設(shè)計(jì)有更深入的理解,甚至可以激發(fā)教師團(tuán)隊(duì)的集體討論.
實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的問題對教師能產(chǎn)生這樣的效果,對學(xué)生又何嘗不是如此呢?其實(shí)當(dāng)學(xué)生們走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時,往往對課本上的結(jié)論深信不疑,是以一種“一切盡在意料之中”的心態(tài)在按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.若在實(shí)驗(yàn)中遇到了意想不到的問題,反而會激發(fā)他們的興趣.這些問題可能是由于實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)造成的,也可能是因?yàn)槟承?shí)驗(yàn)前未考慮到的因素造成的.此時若只是指導(dǎo)學(xué)生改正錯誤,或是將問題都?xì)w結(jié)為實(shí)驗(yàn)誤差,結(jié)果往往會使學(xué)生草草完成實(shí)驗(yàn),甚至編寫一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來完成任務(wù),這樣便完全失去了實(shí)驗(yàn)的意義.
其實(shí)當(dāng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)上述問題時,若能引導(dǎo)他們對問題進(jìn)行分析和探究,并最終提出自己的解釋和證明,學(xué)生的自我意識就會被激發(fā),學(xué)生的潛力就會被調(diào)動,而且會體現(xiàn)出超越我們想象的學(xué)習(xí)和分析能力.
例如,筆者曾經(jīng)執(zhí)教一節(jié)“滑動摩擦力”的實(shí)驗(yàn)課,課上有一組學(xué)生根據(jù)課本實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作時,發(fā)現(xiàn)在壓力大小不變的情況下,以不同速度抽拉底板,測量出的滑動摩擦力大小有一定不同.于是認(rèn)為滑動摩擦力大小可能與接觸面間的相對速度存在關(guān)系.因?yàn)閷W(xué)生在初中時學(xué)過滑動摩擦力大小與相對滑動速度無關(guān)的結(jié)論,因此這一觀點(diǎn)在課堂上引起了激烈的爭論,但是該組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確實(shí)支持了他們的觀點(diǎn),同時發(fā)現(xiàn)當(dāng)時課堂上其他小組拉動底板時速度都比較緩慢,實(shí)際上控制了速度的穩(wěn)定,因而沒有反應(yīng)出速度的影響.
為了解決這個問題,筆者便鼓勵該組學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并利用課余時間進(jìn)行進(jìn)一步探究.經(jīng)過大約4周時間,他們利用DIS系統(tǒng)先后設(shè)計(jì)了3個實(shí)驗(yàn)方案,繪制出了滑動摩擦力大小與接觸面間速度的實(shí)驗(yàn)圖像,并最終得出了他們的結(jié)論:滑動摩擦力的大小與接觸面間的相對速度存在一定的關(guān)系.這個結(jié)論同時也在經(jīng)典力學(xué)教材中找到了一定的支持.
更讓筆者感到意外的是,當(dāng)完成實(shí)驗(yàn)后,這幾位學(xué)生很興奮地向教師介紹他們的感悟:“滑動摩擦力公式f=μN(yùn),確實(shí)是個極其聰明的公式,它將許多會影響滑動摩擦力的因素都?xì)w并入一個系數(shù)中,這樣不論是溫度還是濕度或是接觸面,甚至是相對滑動速度其實(shí)都可以被解釋為對μ的影響,從而把問題大大簡化了.”這便是學(xué)生的潛力.
通過上述例子,我們不難發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的很多問題其實(shí)都蘊(yùn)含著豐富的物理知識.教師若能轉(zhuǎn)變視角,改變以往對標(biāo)準(zhǔn)結(jié)論的片面追求,通過挖掘物理實(shí)驗(yàn)中各種“激疑”的素材,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)的方方面面,讓學(xué)生充分發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并進(jìn)一步探究,學(xué)生的興趣和潛力便會得到激發(fā),實(shí)驗(yàn)教學(xué)的魅力便會得以展示,課堂的活力便會迸發(fā).
(4)“放”課內(nèi)“抓”課外
前面提到的,一線教師非常重視教學(xué)效率,由于擔(dān)心實(shí)驗(yàn)課花時間、效率低,因此造成大量實(shí)驗(yàn)課被理論課取代.但我們也經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)對于很多重復(fù)了多遍的問題,學(xué)生依然在犯錯.即便是高三經(jīng)過大量重復(fù)訓(xùn)練,學(xué)生還是會在很多基礎(chǔ)問題上反復(fù)出錯.這樣的經(jīng)驗(yàn)提醒我們,僅僅把眼睛盯在課內(nèi)講授上,看似節(jié)約了時間,實(shí)際卻未必能保證較高的教學(xué)效率.很多時候教師講得很多、講得很細(xì),換來的只是自己的心理安慰,因?yàn)閷W(xué)生在缺乏主觀動力的情況下,機(jī)械重復(fù)無助于他們對物理概念和方法的理解.
因此筆者建議“放”課內(nèi)“抓”課外,其中“‘放’課內(nèi)”包含兩層含義,一是放理論課還實(shí)驗(yàn)課,二是實(shí)驗(yàn)課上要放手讓學(xué)生實(shí)驗(yàn).
學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上可以獲得比理論課更真實(shí)的直觀體驗(yàn)和過程體驗(yàn),更能將理論知識與實(shí)際的物理現(xiàn)象聯(lián)系起來,從而幫助其提升物理建模能力.同時通過放手讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn),利用實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生遇到的問題作為“激疑”素材,引導(dǎo)學(xué)生利用課外時間自主學(xué)習(xí)并思考分析出現(xiàn)問題的原因.從而用一節(jié)實(shí)驗(yàn)課的時間換來學(xué)生投入更多課外時間和主動的思考,其實(shí)際教學(xué)效率遠(yuǎn)高于單純的灌輸.看似放松了課內(nèi),實(shí)則抓住了課外.
能夠得到這樣的結(jié)論,學(xué)生們在課外一定是投入了大量的時間和精力,而這不正是我們所期望的嗎.可能會有教師擔(dān)心這樣的問題:學(xué)生自己能做嗎?最后會不會變成還是教師包辦呢?其實(shí)在整個過程中,教師的作用關(guān)鍵在于引導(dǎo)和鼓勵.對于實(shí)驗(yàn)中的問題,很多研究中的問題,筆者通過參與討論提出自己的觀點(diǎn),給學(xué)生一定的方向指引,但過程不包辦、結(jié)論不認(rèn)定,讓學(xué)生有自己的思考空間和觀點(diǎn)確立.在這個過程中筆者發(fā)現(xiàn)很多超出課本的知識,學(xué)生都會通過討論或者網(wǎng)絡(luò)查詢加以解決,雖然對于某些知識理解可能還不夠清晰,但是卻能夠應(yīng)用到自己的實(shí)驗(yàn)和分析中去.其實(shí)教師自己在學(xué)習(xí)過程中,不也經(jīng)歷過這樣一個從模糊到清晰的過程嗎.
真正的“物理高手”們,學(xué)習(xí)物理的時間都不局限在課內(nèi),甚至課內(nèi)僅僅是他們學(xué)習(xí)或“思考”物理的很小一部分時間.課外大量的“自主思考”時間才是他們學(xué)習(xí)的主要過程.正是因?yàn)樗麄兊膶W(xué)習(xí)自主性被調(diào)動起來,不僅學(xué)習(xí)是高效的,而且思考是深入的.而實(shí)驗(yàn)教學(xué)正是引發(fā)這一過程的良好契機(jī).
(5)變“考查”為“激勵”
在實(shí)現(xiàn)前面的改變后,教師還將面臨一個大問題:如何推動學(xué)生完成那些難度較高且沒有考試壓力的課外探究實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>
筆者認(rèn)為其實(shí)可以考慮借助“外力”實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的激勵,推動學(xué)生克服困難不斷前進(jìn).例如近年來各級創(chuàng)新大賽蓬勃興起,有些學(xué)科競賽也提出了科研小論文的要求,這些活動平臺其實(shí)為我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一個很好的展示平臺.例如前面提到的關(guān)于滑動摩擦力與接觸面相對滑行速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究,筆者便鼓勵學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,撰寫小論文參加當(dāng)年的創(chuàng)新大賽,經(jīng)過市區(qū)兩級評審最終學(xué)生的論文獲得佳績.
這些獎項(xiàng)對學(xué)生而言是學(xué)業(yè)成績以外的另一種肯定和激勵,這樣的成功體驗(yàn)可以大大增強(qiáng)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣和自信心,促使學(xué)生在物理學(xué)習(xí)上投入更多的時間和精力,從而形成良性循環(huán).對于前面的例子,有的教師可能會提出:并非所有的實(shí)驗(yàn)課都可以撰寫出這樣的論文參賽,那么在日常教學(xué)中還可以采取什么方式激勵學(xué)生呢?
其實(shí)激勵的方式多種多樣,筆者曾組織幾位學(xué)生對于電動機(jī)效率測定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),并讓他們攝錄下整個實(shí)驗(yàn)過程,制作了一個實(shí)驗(yàn)短片在年級中播放,為此幾位學(xué)生興奮不已.此外筆者還讓他們幫助修復(fù)一套陳舊的密立根實(shí)驗(yàn)儀,并撰寫使用說明書,最后為它們拍照作為成果的獎勵.雖然這些工作并沒有得到什么獎牌或獎狀,但他們從中收獲了成就感,這對于高中生而言具有極大的意義.其中一位學(xué)生高三畢業(yè)后考入復(fù)旦數(shù)學(xué)系,卻在大學(xué)獲得了大學(xué)生物理競賽一等獎.當(dāng)他回到母校時,總會提起這些做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷.由此可見激勵學(xué)生的方式是多種多樣的,關(guān)鍵是讓學(xué)生體驗(yàn)到成就感.
綜上所述,即使面對現(xiàn)實(shí)的種種困境,我們要勇于突破,調(diào)動教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性,培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)與頑強(qiáng)的毅力和責(zé)任擔(dān)當(dāng),把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的,堅(jiān)持培養(yǎng)學(xué)生探究和分析物理問題的能力,敏銳地發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的種種“疑點(diǎn)”,變“答疑”為“激疑”,“放”課內(nèi)“抓”課外,變“考查”為“激勵”,有效激發(fā)學(xué)生主動研究物理問題的興趣,養(yǎng)成深入思考并自主探究的習(xí)慣,拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間和途徑,為學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).