科技與人文融合背景下的中學(xué)物理設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究*

蔣賽蒙 沈振江

(海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 海南 ?？?571158)

李宏

(洛陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 河南 洛陽(yáng) 471000)

1 引言

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力為目標(biāo)[1]，是根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，利用所學(xué)知識(shí)和技能，設(shè)計(jì)制定完整的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練形式，被視為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的有效途徑.

科技是對(duì)客觀世界及其規(guī)律的求真認(rèn)知[2]，人文是對(duì)精神世界的求善追求，兩者共同構(gòu)成了人們對(duì)世界的認(rèn)識(shí).在教育方面，很早以前就有人提出科技與人文融合的思想，例如，以馬斯洛、羅杰斯為代表的人本主義認(rèn)為，在教學(xué)過(guò)程中，要以學(xué)生為主體，尊重學(xué)生的人格，充分發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).現(xiàn)今素質(zhì)教育倡導(dǎo)要促進(jìn)學(xué)生德、智、體、美、勞全面發(fā)展，這正與科技與人文相融合的思想不謀而合.

早在2001年，《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中就提出：要使學(xué)生形成正確的人生觀、價(jià)值觀、世界觀，具有社會(huì)責(zé)任感，努力為人民服務(wù)，具有初步的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、科學(xué)和人文素養(yǎng)以及環(huán)境意識(shí)[3].物理學(xué)本身的求真、求實(shí)、尚理精神正是科技與人文融合的最好體現(xiàn).

目前中學(xué)物理教育中[4]，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)面臨著教學(xué)內(nèi)容占比較少、重視程度不夠、學(xué)生的訓(xùn)練程度不夠、教學(xué)評(píng)價(jià)不夠完善等問(wèn)題，這顯然與學(xué)生全面發(fā)展的初衷不相符.從科技與人文相融合的角度出發(fā)[5]，能夠從多方面對(duì)目前中學(xué)物理設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)面臨的問(wèn)題進(jìn)行全面、深入的剖析，并提出一定的解決方案，為解決問(wèn)題提供新穎的思路.

2 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及現(xiàn)存問(wèn)題

2.1 較大的開放性

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)形式方面具有較大的開放性，從最初的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析都需要大量知識(shí)的綜合運(yùn)用.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須要將之前所學(xué)進(jìn)行充分調(diào)動(dòng).此外，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生具備一定的綜合思維能力，甚至是一些突破性的創(chuàng)新思維才能夠完成.但這需要學(xué)生具備較強(qiáng)的基礎(chǔ)和能力，同時(shí)教師在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行知識(shí)引導(dǎo)時(shí)，也需要教師自身具備較強(qiáng)的綜合素質(zhì).

因此，目前設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中所占比重較小，這會(huì)帶來(lái)多個(gè)方面的弊端：

(1)學(xué)生創(chuàng)新性訓(xùn)練減少，不利于學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用；

(2)教師指導(dǎo)開放性活動(dòng)減少，不利于教師綜合教學(xué)能力的提升；

(3)單一固定內(nèi)容、形式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占比較大，難以形成知識(shí)融會(huì)貫通的良好氛圍.

2.2 較大的不確定性

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)由于其實(shí)驗(yàn)者的主觀意識(shí)作用較強(qiáng)，因此具有較大的不確定性：

(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)方面，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)往往是基于某個(gè)特定物理知識(shí)的驗(yàn)證展開，在實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的提煉中存在較大差異；

(2)實(shí)驗(yàn)原理方面，實(shí)驗(yàn)原理是基于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)很多的可能性；

(3)實(shí)驗(yàn)器材方面，實(shí)驗(yàn)原理不同，實(shí)驗(yàn)器材的選擇也會(huì)不同，此外也存在著參數(shù)范圍的不同組合；

(4)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)表格方面，基于實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和表格進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，重難點(diǎn)的側(cè)重、步驟的順序、觀測(cè)量的選擇、方法的組合等都會(huì)存在較大差異；

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容直接相關(guān)，但更為重要的是，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果后的結(jié)果分析才是訓(xùn)練的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)者個(gè)人.

因此，目前設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)在開展形式上缺乏一定的范式，造成教學(xué)中缺乏較為標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)和評(píng)價(jià)體系，大大制約了這一利器在學(xué)生能力提升中的作用.

2.3 采用小組協(xié)作的形式來(lái)開展設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)要想達(dá)到很好的訓(xùn)練效果，采取小組協(xié)作的形式來(lái)開展是比較好的.小組協(xié)作可以有效地組合每位成員的強(qiáng)項(xiàng)，不論在知識(shí)還是能力方面，都能夠達(dá)到迅速提升整體水平的效果.此外，在小組協(xié)作的交流過(guò)程中，每位成員能夠?qū)ψ约核簧瞄L(zhǎng)的方面有直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己所擅長(zhǎng)的方面也能夠獲得快速的反饋.

但是，目前中學(xué)物理教學(xué)中，小組協(xié)作的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式仍較為欠缺，對(duì)學(xué)生而言，不能很好地熟悉和掌握這一學(xué)習(xí)方式，對(duì)教師而言，不能夠得到團(tuán)隊(duì)組合的教學(xué)把控訓(xùn)練.

3 科技與人文融合背景下的教學(xué)原則

3.1 理性思維和感性思維相結(jié)合

教學(xué)活動(dòng)離不開思維方式的選擇，從邏輯性方面來(lái)劃分，思維可以分為理性思維和感性思維[6].理性思維是指借助抽象思維來(lái)把握事物的本質(zhì)、事物的整體、事物內(nèi)部的聯(lián)系、認(rèn)識(shí)、特點(diǎn)，以抽象性與間接性為特點(diǎn).感性思維是指借助形象思維，以生動(dòng)、豐富、具體的形象來(lái)直接反映外界事物，和客觀事物直接聯(lián)系，幾乎無(wú)中間環(huán)節(jié)，是對(duì)事物的各個(gè)片面、現(xiàn)象和外部聯(lián)系的反映.

對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō)，理性思維是主要的思維方式，但要想對(duì)知識(shí)有更為豐富、更為深入的理解，并獲得創(chuàng)造性的結(jié)果，那么感性思維也是必不可少的.歷史上，很多重大的物理發(fā)現(xiàn)都是從科學(xué)家對(duì)身邊事物的感性思維出發(fā)獲得的，“興趣是最好的老師”就是對(duì)這一現(xiàn)象的最好詮釋.從感性思維出發(fā)，為了解決某個(gè)問(wèn)題，進(jìn)而運(yùn)用理性思維對(duì)現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論的設(shè)計(jì)，進(jìn)行研究獲得結(jié)果，這正是推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的源動(dòng)力.因此，在科技與人文融合的背景下，在教學(xué)中將理性思維和感性思維相結(jié)合，是取得突破的一個(gè)關(guān)鍵原則.

3.2 跨學(xué)科研究方法的結(jié)合

從科學(xué)發(fā)展的歷史來(lái)看，當(dāng)今所有的學(xué)科都是由最初的一門或幾門學(xué)科分化而成.每個(gè)學(xué)科都有自己獨(dú)特的研究領(lǐng)域，與之相對(duì)應(yīng)的多種研究方法也應(yīng)運(yùn)而生[7].學(xué)科細(xì)化的優(yōu)點(diǎn)在于可以使人系統(tǒng)地、快速地精通某個(gè)領(lǐng)域，獲取相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和技能，但其弊端在今天也逐步顯露出來(lái)，特別是對(duì)于教育領(lǐng)域，那就是缺乏了對(duì)人才培養(yǎng)的全面把握和均衡發(fā)展.究其原因，不外乎是對(duì)內(nèi)容和方法的片面深入，而忽視了事物的整體規(guī)律.

對(duì)中學(xué)物理教學(xué)來(lái)說(shuō)，采取跨學(xué)科研究方法的結(jié)合這一原則進(jìn)行教學(xué)，能夠起到取長(zhǎng)補(bǔ)短、充分發(fā)揮不同研究方法優(yōu)勢(shì)的效果.首先，能夠避免單一學(xué)科的研究方法帶來(lái)的缺陷；其次，將多領(lǐng)域觀察得到的結(jié)論組合起來(lái)，能夠獲得對(duì)事物全面的、準(zhǔn)確的認(rèn)知.

4 科技與人文融合背景下的中學(xué)物理設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和形式方面

(1)增加歷史上重要物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，創(chuàng)設(shè)情境，思考?xì)v史上物理學(xué)家在面對(duì)問(wèn)題時(shí)的思維方式.歷史上很多重要的物理實(shí)驗(yàn)都是為解決某個(gè)具體問(wèn)題而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在實(shí)驗(yàn)中既能充分體現(xiàn)物理知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性，又能利用發(fā)散性思維，采用創(chuàng)新的方法取得突破性的結(jié)果.這些內(nèi)容在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中都能以多媒體的形式向?qū)W生展示，讓學(xué)生直觀地體會(huì)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程.

(2)增加實(shí)驗(yàn)的可行性分析.設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是以完成某個(gè)目標(biāo)而展開的，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)均要體現(xiàn)出邏輯性和科學(xué)性，并采用一定的方法，但對(duì)于中學(xué)生而言，這種設(shè)計(jì)往往不夠完善，容易被常規(guī)的物理解題思維和方法所禁錮，這樣的話實(shí)驗(yàn)也未必會(huì)達(dá)到預(yù)設(shè)的效果.這就需要教師和學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行可行性分析，從實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的實(shí)際情況出發(fā)來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、原理、器材、內(nèi)容、表格等進(jìn)行問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，并運(yùn)用一定的方法來(lái)加以完善.

(3)增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與修正，并進(jìn)行反饋驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)結(jié)果是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)效果的直接體現(xiàn)和驗(yàn)證，通常在未取得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證之前，難以獲得較為完備的實(shí)驗(yàn)方案.因此，有必要在最初進(jìn)行一定的試驗(yàn)，取得初步試驗(yàn)結(jié)果之后，對(duì)其進(jìn)行分析，并找出實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題所在，從而對(duì)問(wèn)題進(jìn)行修正，在修正之后再次進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，將二次得到的結(jié)果和初次結(jié)果進(jìn)行比對(duì)加以驗(yàn)證，進(jìn)而確定最終的實(shí)驗(yàn)方案.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得最佳結(jié)果.

4.2 教學(xué)評(píng)價(jià)方面

設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)由于其開放性，難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)，這也是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開展較少的一個(gè)重要原因.為解決此問(wèn)題，可以本著前一部分的教學(xué)原則，將跨學(xué)科的評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行以下幾方面改進(jìn).

(1)增加對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程進(jìn)行多維度科學(xué)評(píng)價(jià).學(xué)生作為具有獨(dú)立思想和人格的個(gè)體，其思維必然存在一定差異.教學(xué)中，不僅應(yīng)允許學(xué)生以自己的方式思考和解決問(wèn)題，更重要的是,要尊重學(xué)生通過(guò)獨(dú)立思考所獲得的不同成果，尊重其中的合理部分，以此激發(fā)學(xué)生探索的欲望與學(xué)習(xí)的積極性.設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程本身就具有一定的發(fā)散性，因此，這里可以借鑒社會(huì)科學(xué)的評(píng)價(jià)方式.從思維過(guò)程的合理性、整體性、科學(xué)性、邏輯性、創(chuàng)新性等維度進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，在制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)每部分的評(píng)分給予一定的分?jǐn)?shù)等級(jí)，每一等級(jí)界定一定的分?jǐn)?shù)范圍.以此將傳統(tǒng)的教學(xué)測(cè)量與教學(xué)評(píng)價(jià)相結(jié)合，從而達(dá)到對(duì)思維過(guò)程的科學(xué)評(píng)價(jià).

(2)增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的評(píng)價(jià).在實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與修正，并對(duì)此進(jìn)行評(píng)價(jià).采取同上多維度分類評(píng)價(jià)的方式，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響因素的提取與比重劃分、實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)的準(zhǔn)確性、二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與初次的比對(duì)、最終實(shí)驗(yàn)方案的修正與完善等方面進(jìn)行評(píng)分.以此提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析能力.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)理性思維和感性思維相結(jié)合、跨學(xué)科研究方法相結(jié)合的原則，對(duì)中學(xué)物理設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn).通過(guò)增加歷史上重要物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)的可行性分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與修正，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容.通過(guò)增加對(duì)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程進(jìn)行多維度科學(xué)評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的評(píng)價(jià)，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià).以此提高學(xué)生開展設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的積極性，促進(jìn)學(xué)生物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的提升，達(dá)到最終提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo).