讓真實體驗回歸物理實驗教學常態(tài)

繆于清

摘? ?要：由于實驗教學評價困難，以致于現(xiàn)實中的學校物理實驗教學出現(xiàn)諸多誤區(qū)，科學探究情感嚴重缺失，與物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標背道而馳。只有讓真實體驗回歸物理實驗教學本源，才能真正落實培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實驗教學;體驗;策略;質(zhì)疑;科學思維

新課程改革以來，很多教師從實驗著手，取得了很好經(jīng)驗，但同時也暴露出一些新的問題，以至于如今的中學物理讓許多學生深感畏懼，雖有諸多因素，但也有源于基礎(chǔ)教育階段的實驗教學的原因。新一輪課改提出教育應(yīng)關(guān)注核心素養(yǎng)，物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”4個方面。基于核心素養(yǎng)導向的物理實驗教學要求注重科學研究方法的應(yīng)用、關(guān)注學生真實的情感體驗、借助原始物理問題培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和意識[ 1 ]。然而，現(xiàn)實教學過程中許多老師僅在“三考”試題（高考、會考、中考）導向下進行物理實驗教學，由此出現(xiàn)的諸多實驗教學誤區(qū)，忽略了真實體驗，很難喚醒學生的質(zhì)疑意識，這與物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標背道而馳。筆者根據(jù)福建省教育科學十三五規(guī)劃立項課題《基于物理學科核心素養(yǎng)的實驗教學評價研究》研究體會，以自由落體運動實驗教學為例，闡述讓真實體驗回歸物理實驗教學常態(tài)的教學主張。

1? 真實體驗是物理實驗教學的本質(zhì)要求

物理學基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系[ 2 ]。所以，中學物理實驗教學的根本任務(wù)是要引導學生經(jīng)歷科學探究過程，體會科學研究方法，養(yǎng)成科學思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。體驗是問題生成的基礎(chǔ)，因為只有真實體驗，才有可能使學生產(chǎn)生質(zhì)疑直至想辦法排除質(zhì)疑，進而生成一些有價值的問題。愛因斯坦說過“提出問題比解決問題更重要”，學生能提出“新”的問題屬于主動行為[ 3 ]，能提出問題才利于培養(yǎng)科學思維，可以說“體驗是科學思維的基石”。比如：伽利略就非常重視真實體驗，在體驗過程中逐漸養(yǎng)成了科學思維習慣。物理實驗教學的本質(zhì)要求應(yīng)該讓學生有真實體驗，這是培養(yǎng)學生質(zhì)疑、答疑、創(chuàng)新能力的最有效途徑！

2? 缺乏真實體驗的當前物理實驗教學常見現(xiàn)象

當前學校物理實驗教學出現(xiàn)了諸多怪象：黑板實驗、軟件實驗、試題實驗、口耳實驗。簡單地說，就是直接在黑板上講實驗代替了實驗教學;利用課件或視頻演示實驗代替了實驗體驗;教師編制了大量實驗試題，讓學生用筆“做實驗”;教師口頭講，學生聽后依依葫蘆畫瓢過一遍。

以自由落體運動這一課的實驗教學為例，有的教師只在黑板講“毛錢管抽氣實驗”而不進行實驗，學生壓根沒有觀察到實驗現(xiàn)象，根本體驗不到實驗樂趣;也有的教師只用教學軟件代替實驗，讓原本真實的科學，卻讓學生生疑;有的老師不但沒有讓學生真實體驗，還因應(yīng)試而給學生大量實驗試題，讓學生只具有筆尖上的假技能 ，嚴重挫傷了學生動手實踐的積極性。實驗過程情感因素嚴重丟失，學生便失去興趣和探索的欲望，嚴重抹殺學生的創(chuàng)造力。

當前實驗教學的諸多怪象好比一個個教學毒瘤，在青年教師當中擴散、蔓延，大有愈演愈烈之勢。若不重視物理實驗教學過程的育人價值，從小處看，是坑害了一屆學生，從大處說就是斷送國家未來，讓真實體驗回歸物理實驗教學常態(tài)刻不容緩。

3? 真實情感體驗是培養(yǎng)學生科學態(tài)度與責任的需要

有哲人說過：幸虧有了物理學和天文學，西方文明得以從迷信中被拯救回來?；仨だ詫αW和望遠鏡的研究證明，真相應(yīng)該從對自然的觀察中獲得，而不是在古老的著作中尋找，而且其嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計與探究過程等真實體驗的育人價值不可低估。

例如，物理學史“伽利略對自由落體運動規(guī)律探究的回眸”的教學片段，許多老師對此只作介紹性的講授，忽略了讓學生“體驗挫折”與“體驗成功”的實驗體驗過程之育人價值，失去了一個培養(yǎng)學生如何克服困難，獲得成功感，繼而培養(yǎng)學生科學思維、科學態(tài)度與責任等物理學科核心素養(yǎng)目標的絕好契機。筆者在上這節(jié)課時，進行了體驗挫折設(shè)計（如圖1：體驗挫折），感受頗深。模擬實驗器材困難條件下，要求學生用直接測下落位移與時間辦法驗證“落體運動是勻變速直線運動”。提供每一桌同學一小球、刻度尺及秒表，讓學生先體驗測量小球下落時間t，研究小球下落位移與時間的關(guān)系。結(jié)果由于下落時間太短，雖有測量器材卻無法測量，讓學生“體驗挫折”，激發(fā)了他們思維，發(fā)現(xiàn)有的學生會站到凳子上以延長時間，但也以失敗告終。接著順著學生的思維，先肯定那些站到凳子上以延長時間便于測量的做法，再引導學生體驗測量斜面上小球下滑時間，學生就能頓悟到用斜面沖淡重力的辦法會延長運動時間。緊接著進行體驗成功設(shè)計（如圖2：體驗成功），展示一根特長鋁合金材料（六米左右），現(xiàn)場模擬當年伽利略的斜面實驗，同時用機械音樂節(jié)拍器模擬滴水法計時，利用電子表格進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。當場邀請2-3位

學生協(xié)助，師生共同研究不同斜面傾角情況下的比值，并現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)分析（如圖3：數(shù)據(jù)分析），真實的實驗數(shù)據(jù)定讓學生心服口服，他們驚奇發(fā)現(xiàn)誤差允許范圍內(nèi)（取一定有效數(shù)字）比值確為一個常數(shù);合理外推到傾角為90度時，得出“自由落體運動是勻加速直線運動”的結(jié)論便順理成章了。本教學片段中，設(shè)計真實體驗，讓學生經(jīng)歷挫折與成功情感體驗，育人價值是顯著的。

歷史上伽利略這個“沖淡重力”斜面實驗曾被著名的英國《物理世界》雜志評為“物理學史上最美麗的十大實驗”之一，重現(xiàn)與體驗這個實驗意義重大，學生先體驗了挫折，必然激發(fā)他們轉(zhuǎn)換思維;采取科學方法后，繼而體驗成功感。顯然，這樣的實驗教學過程具有真實的情感體驗，對學生形成正確的科學態(tài)度與責任感意義突顯，不僅在物理觀念方面促進了學生對自由落體運動規(guī)律的掌握，也對學生批判精神、質(zhì)疑精神等科學態(tài)度與情感的培養(yǎng)有益[ 4 ]。所以，物理學科教育應(yīng)特別重視實驗真實體驗，這是激發(fā)實驗情感，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任的需要。

4? 真實策略體驗是培養(yǎng)科學思維方法的需要

俗話說：教學有法，教無定法。實驗教學過程中應(yīng)注意科學方法滲透時機，重視策略體驗，考慮合理的實驗步驟安排，提醒學生應(yīng)注意觀察何處？有什么能說明問題的現(xiàn)象？應(yīng)記錄哪些有價值的東西？怎么觀察比較？物理實驗教學中真實的策略體驗特別重要，這是提升教學效果、培養(yǎng)科學思維方法的需要。

如：在自由落體運動實驗教學中的“毛錢管”實驗教學，很多教師僅以課件演示代替實驗，或僅有一套實驗器材演示，卻沒有注意演示策略，學生因無法體驗對比，教學效果很差。若重視讓學生策略體驗，則教學效果可能大為改觀，注意到控制變量等科學方法的滲透，準備A、B、C同規(guī)格的 “毛錢管”，分三個步驟進行。第一步，走到學生中間去演示沒有抽氣的“毛錢管”A、B，讓學生觀察毛錢下落快慢情況;第二步，現(xiàn)場對B抽氣，將抽走一部分空氣后的“毛錢管”B與A再并排演示（滲透控制變量法），讓學生觀察到抽氣后的毛錢下落快慢接近的情況;第三步是讓現(xiàn)場抽去更多的空氣的“毛錢管”C與B并排演示，讓學生觀察抽更多空氣后的“毛錢管”C比B中的毛錢下落快慢更接近的情況;第四步引導學生思考：假設(shè)能抽成真空的“毛錢管”D進行演示，可以看到什么現(xiàn)象？順應(yīng)學生的思維，給時間讓學生充分思考。在學生作出猜想后，再利用信息技術(shù)輔助教學，這樣才能收到更好的教學效果。

真實體驗應(yīng)講究策略，實驗教學絕非是教師講學生看或簡單地讓學生依葫蘆畫瓢，應(yīng)充分考慮到科學方法的滲透時機，教學互動過程中及時肯定學生的合理思考，順應(yīng)學生思路，科學引導，才利于培養(yǎng)學生科學思維。

5? 真實親身體驗是探究物理現(xiàn)象本源的需要

物理學以物為本，是一門以實驗為基礎(chǔ)的實驗科學，又是一門嚴密的理論科學，所以應(yīng)認真合理地設(shè)計實驗教學，能讓學生動手實驗的不用演示實驗替代，以促使學生感悟如何求真求實，培養(yǎng)學生刨根問底意識，在此基礎(chǔ)上才能進一步學習和領(lǐng)悟物理核心理論的精準表達與物理方法，可以說探究物理現(xiàn)象本源離不開人的真實親身體驗。

例如，在自由落體運動實驗教學中，有個學生體驗實驗堪稱經(jīng)典：兩塊同樣規(guī)格的紙片，先將一塊揉成團與另一塊置于同一高度處同時下落，觀察現(xiàn)象。很明顯，學生通過體驗后就很容易感覺到體積大小是影響落地快慢的原因，如果僅僅停留于此體驗就很可惜了。如果繼而提出問題：為何體積不同落地會出現(xiàn)快慢？教師可以通過動作演示來啟迪學生，學生通過思考互動討論，設(shè)法引導學生悟到體積不同而造成落地快慢的深層原因才更有價值，這里就潛藏著培養(yǎng)學生有刨根問底意識的影子。在師生互動過程中自然生成更有價值的問題，逐步引導學生思考深層問題，注重回歸科學探索本源，必然促進物理實驗能力提升。

指南針發(fā)明使用幾千年，電磁學卻為什么沒有在中國誕生？不禁想起著名的李約瑟（Joseph Needham）難題與錢學森之問，這雖然涉及諸多因素，但仔細一想，我們的基礎(chǔ)教育階段在實驗教學的育人方面是否過于急迫，只樂于被動接受，而忽略主動探索現(xiàn)象本源，忽略實驗教學過程中真實體驗的育人價值呢？

體驗是科學思維的基礎(chǔ)，有的體驗可能只是隨堂微小實驗即可完成;有的雖然課堂暫時無法體驗，但可以布置任務(wù)課后體驗觀察。我們只有在物理實驗教學中重視真實體驗，才能促使學生在日常生活體驗中發(fā)現(xiàn)問題。培養(yǎng)質(zhì)疑習慣，以喚醒學生的問題意識，有質(zhì)疑才有可能提出合理的假設(shè)，甚至創(chuàng)新。因此，只有讓體驗回歸物理實驗教學常態(tài)，才談得上滲透研究方法、培養(yǎng)科學思維、科學態(tài)度與責任，這是物理學科教育的特殊使命所在。

參考文獻：

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[4]高嵩，焦蕊.自由落體運動中的物理學史與教學[J].物理教師，2019（5）：13-15.