科學(xué)方法顯性化在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐運(yùn)用

陸裕仲

雖然素質(zhì)教育的推進(jìn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，但物理教學(xué)帶有的隱性化特點(diǎn)和抽象化特質(zhì)，也在某種程度上打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，限制了學(xué)生物理思維的形成?？茖W(xué)方法顯性化，主要注重引導(dǎo)學(xué)生立足于科學(xué)理性的角度看待物理現(xiàn)象，顯性化教學(xué)依托物理實(shí)驗(yàn)過程，以更直觀的方式明確學(xué)生探查物理規(guī)律的方式方法，打破傳統(tǒng)單一化教學(xué)束縛，保障教學(xué)落于實(shí)處。為此，有必要結(jié)合科學(xué)方法顯性化教育理念，創(chuàng)新初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生在初中物理領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、了解物理現(xiàn)象，掌握物理規(guī)律

初中生處于成長(zhǎng)階段，身心發(fā)育尚未完全，并且學(xué)生在以往的學(xué)習(xí)過程中，大多未針對(duì)物理課程進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，而物理知識(shí)本身帶有的抽象化特點(diǎn)，限制了學(xué)生的理解?？茖W(xué)方法下的顯性教育區(qū)別于隱性化教學(xué)方法，其更強(qiáng)調(diào)在不影響學(xué)生自主思維的情況下，將物理知識(shí)和物理規(guī)律以更直觀的方式顯現(xiàn)，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深化和理解。為深化學(xué)生對(duì)物理課程知識(shí)點(diǎn)的掌握，教師有必要改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，將科學(xué)方法顯性化理念融入到初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以此完善教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生形成發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維模式，從而深化學(xué)生對(duì)物理課程的理解和掌握，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的提升。

如在“聲音的特征”實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間，教師便可利用了解觀察法、轉(zhuǎn)換法以及控制變量法，做到科學(xué)方法顯性化。實(shí)驗(yàn)開始前，教師可要求學(xué)生準(zhǔn)備鋼尺作為儀器，同時(shí)通過理論教學(xué)明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本原理和實(shí)驗(yàn)需要達(dá)成的目的。本課程教學(xué)重點(diǎn)在于，幫助學(xué)生了解聲音的特征，掌握響度和發(fā)音體之間存在的振幅關(guān)系。實(shí)際過程中，教師便可引導(dǎo)學(xué)生開展關(guān)于“音調(diào)和頻率直觀的關(guān)系”主題實(shí)驗(yàn)。為調(diào)動(dòng)學(xué)生思考，使教學(xué)過程更具顯性化，教師可先為學(xué)生提出相關(guān)問題，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的物理思維，如：“同學(xué)們，你們知道產(chǎn)生不同高低的聲音音調(diào)具體因素是什么嗎？”在學(xué)生好奇心理逐漸被問題所調(diào)動(dòng)后，教師便可基于實(shí)驗(yàn)步驟，組織學(xué)生開展自主實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生將鋼尺置于桌面，并保證其中一段伸出桌邊，隨后便可撥動(dòng)鋼尺，觀察鋼尺發(fā)出的聲音，探查音調(diào)的高低，了解鋼尺振動(dòng)的頻率。每位學(xué)生伸出鋼尺的位置不同，音調(diào)也將存在明顯差異，此時(shí)，學(xué)生也將由此產(chǎn)生一些困惑。教師便可引導(dǎo)學(xué)生隨意調(diào)整鋼尺的位置，注意比較不同位置下音調(diào)和振動(dòng)所產(chǎn)生的變化?？茖W(xué)方法顯性化下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更注重學(xué)生物理思維的形成，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主實(shí)踐能力。因此，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師無需做出過多干預(yù)，只需為學(xué)生發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，組織學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自主總結(jié)物理規(guī)律即可。學(xué)生個(gè)體差異決定其自主學(xué)習(xí)成果存在明顯不同，在學(xué)生完成自主思考后，教師還可適時(shí)引導(dǎo)，明確學(xué)生更全面的學(xué)習(xí)方法。如：“同學(xué)們，你在實(shí)驗(yàn)中具體撥動(dòng)了幾次鋼尺？你是如何判斷鋼尺振動(dòng)快慢和音調(diào)高低的？是否通過兩種實(shí)驗(yàn)情況之間的對(duì)比形成結(jié)論？結(jié)論與其他同學(xué)是否存在偏差？”相比直接傳授給學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究方法，以追問的方式導(dǎo)入比較法，更有助于鍛煉學(xué)生物理思維，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)。此時(shí)，教師便可引導(dǎo)學(xué)生回顧自己的探究方法，考察在比較法的運(yùn)用下，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否準(zhǔn)確。隨后，教師還可逐步引入控制變量法。控制變量法，顧名思義，主要是指在控制其他變量未產(chǎn)生任何變化情況下所形成的學(xué)習(xí)方法。為幫助學(xué)生了解控制變量法，教師可延伸問題范圍，詢問學(xué)生：為什么實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)保留兩次撥動(dòng)鋼尺時(shí)的力度不變？假設(shè)力度產(chǎn)生變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否發(fā)生改變？由此學(xué)生也逐漸明確，在物理量探究過程中，多種因素會(huì)直接影響最終的物理量，此時(shí)需重點(diǎn)注意除基本研究因素外，其他變量都應(yīng)保持不變。為確保實(shí)驗(yàn)過程顯性化，亦為實(shí)現(xiàn)認(rèn)知沖突外顯化，在深化學(xué)生理解的同時(shí)，幫助學(xué)生梳理知識(shí)之間的關(guān)系。教師還可設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)，通過動(dòng)手操作前后對(duì)比，將思維沖突顯化運(yùn)用在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中。實(shí)際過程中，可向?qū)W生發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)，如：“上述實(shí)驗(yàn)中我們采用鋼尺作為實(shí)驗(yàn)器材，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。假設(shè)將鋼尺換為塑料材質(zhì)的尺子或是操作者換成不同人，結(jié)論是否會(huì)產(chǎn)生變化？”此方式不僅有助于鞏固學(xué)生對(duì)課上知識(shí)點(diǎn)的記憶，更利用物理實(shí)驗(yàn)和規(guī)律引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，有助于促進(jìn)學(xué)生自主思考，實(shí)現(xiàn)科學(xué)方法顯性化下初中物理的教學(xué)目標(biāo)。

二、培養(yǎng)科學(xué)意識(shí)，形成物理思維

以往教學(xué)過程中，初中物理教師多以隱性教學(xué)方式，帶領(lǐng)學(xué)生展開探究，試圖通過此種教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)的形成。雖然鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)思維，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)水平的提升，但物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟較多，假設(shè)缺乏明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)線索，也將限制學(xué)生科學(xué)思維的形成。為此，教師應(yīng)以提高學(xué)生科學(xué)意識(shí)為主，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，利用科學(xué)方法的顯性教育，帶領(lǐng)學(xué)生形成對(duì)物理知識(shí)的理想認(rèn)識(shí)，以此沖破學(xué)生認(rèn)知束縛，使學(xué)生在正確的引導(dǎo)下，逐步掌握科學(xué)學(xué)習(xí)方法，從而實(shí)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)水平和科學(xué)素養(yǎng)的逐步提高。信息技術(shù)的發(fā)展為教師提供多種教學(xué)資源，思維導(dǎo)圖的教學(xué)方式也為顯性化教學(xué)提供契機(jī)，為此，教師可將信息技術(shù)和思維導(dǎo)圖教學(xué)融入至初中物理實(shí)驗(yàn)課程中，以此發(fā)揮科學(xué)方法的顯性化教學(xué)效果。

如教師在開展“光的反射”一課實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間，需帶領(lǐng)學(xué)生探查光反射過程中存在的規(guī)律。針對(duì)此實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，可采用模擬法和列表法的教學(xué)模式，深化學(xué)生理解。為保障教學(xué)效率的情況，使學(xué)生更加清晰實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)際過程中，教師可以思維導(dǎo)圖的方式明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等，將激光筆、平面鏡、硬紙板以及量角器等器材名稱納入思維導(dǎo)入中，并結(jié)合信息技術(shù)設(shè)備為學(xué)生呈現(xiàn)具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和物理理論知識(shí)。在學(xué)生形成對(duì)本課程知識(shí)的初步了解后，再以提問引導(dǎo)的方式，帶領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)。首先，教師可提出：“光反射時(shí)需要遵循哪些規(guī)律？”此時(shí)學(xué)生大多已經(jīng)借助思維導(dǎo)圖形成自我理解，該問題更能啟發(fā)學(xué)生思維，保證學(xué)生沿著正確的方向思考。在學(xué)生回答完畢后，教師便可逐步引入模型法，幫助學(xué)生了解具體的實(shí)驗(yàn)步驟。如：光的反射現(xiàn)象在生活中隨處可見，假設(shè)行駛車輛車窗在光的照射下會(huì)產(chǎn)生反射，但如何更好地探查光的反射現(xiàn)象呢？光并非可以觸摸甚至是把握的事物，隨后教師便可引入光線概念，使學(xué)生明確光線主要為方便他人研究所創(chuàng)設(shè)的模型，而這種理想模型法更多地強(qiáng)調(diào)將抽象化的研究對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐肽Ｐ?，通過簡(jiǎn)單化和理想化處理，便于具體研究。此時(shí)，學(xué)生大多已經(jīng)明確理想模型的使用條件和具體用途，此時(shí)教師便可開展具體的模擬教學(xué)。針對(duì)此部分實(shí)驗(yàn)，教師可依托信息技術(shù)將實(shí)驗(yàn)過程直觀化處理，也可通過具體的演示方式帶領(lǐng)學(xué)生開展探究。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生已經(jīng)通過思維導(dǎo)圖明確實(shí)驗(yàn)器材，隨后，教師便可組織學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)裝置，并利用激光筆、平面鏡、硬紙板以及量角器等器材模擬出光的反射現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，光的反射并非無法把握，而是可以直接觀察和測(cè)量。不論是借助信息技術(shù)還是教師直觀實(shí)驗(yàn)操作，此時(shí)學(xué)生大多已經(jīng)通過顯性化教學(xué)明確具體的實(shí)驗(yàn)步驟，此時(shí)教師便可對(duì)學(xué)生提出幾點(diǎn)猜想，組織學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合歸納和總結(jié)方法，記錄具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將實(shí)驗(yàn)過程記錄于表格內(nèi)。如：首先，要求學(xué)生記錄下物理測(cè)量的平均速度，包括時(shí)間、路程以及速度等內(nèi)容；其次，排列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直觀闡述其總體規(guī)律；最后，分析實(shí)驗(yàn)過程中還包含哪些科學(xué)方法。此方式可以有效保障學(xué)生學(xué)習(xí)的完整性，真正從實(shí)驗(yàn)原理上帶領(lǐng)學(xué)生探查物理規(guī)律，并在明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)步驟后，引導(dǎo)學(xué)生自主開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終以分析論證和結(jié)果評(píng)估的方式，保障實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的規(guī)范性和科學(xué)性，有效實(shí)現(xiàn)科學(xué)方法顯性化理念下，初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的提升。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生大多已經(jīng)掌握了光的反射原理，此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)還可采用何種方式，更能鞏固學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的記憶。實(shí)際過程中，教師需明確顯性化教學(xué)更強(qiáng)調(diào)在不影響學(xué)生自主思考的前提下，以更直觀的方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。因此，教師應(yīng)做到適當(dāng)干預(yù)，如觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程是否存在阻礙，帶領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后一同分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，都能在發(fā)揮顯性化教學(xué)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生物理思維的形成。

三、確保實(shí)驗(yàn)外顯，深化學(xué)生理解

新課標(biāo)政策的出臺(tái)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位，更要求教師應(yīng)以發(fā)展的眼光看待學(xué)生，物理教學(xué)既不可拘泥于當(dāng)下，也不應(yīng)被應(yīng)試教育所束縛，而是需要以學(xué)生終身發(fā)展為基礎(chǔ)，完善教學(xué)計(jì)劃。因此，教師在實(shí)施顯性化教學(xué)過程中，應(yīng)合理協(xié)調(diào)教學(xué)和學(xué)習(xí)之間的關(guān)系，在保障教學(xué)有效性的同時(shí)，為學(xué)生提供自主實(shí)踐空間，在深化學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)理解的基礎(chǔ)上，通過物理實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的探查和物理理論知識(shí)的積累，以此發(fā)揮顯性化教學(xué)作用，促進(jìn)物理教學(xué)有效性的提升。

如在“凸透鏡成像的規(guī)律”一課實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間，教師可先為學(xué)生介紹實(shí)驗(yàn)儀器，包括凸透鏡、光屏、蠟燭、光具座。因本課程教學(xué)目標(biāo)，不只在于幫助學(xué)生掌握凸透鏡成像的規(guī)律，更希望學(xué)生能夠借助實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)現(xiàn)合作、探究、實(shí)踐等各方面學(xué)習(xí)能力的提升。為此，教師需將本課程知識(shí)點(diǎn)以信息技術(shù)的方式開展顯性化教學(xué)，在學(xué)生形成對(duì)凸透鏡成像的概念理解后，再提出關(guān)于實(shí)驗(yàn)的猜想，引發(fā)學(xué)生深思。如：凸透鏡成像中是否存在一些規(guī)律？像的大小、虛實(shí)等現(xiàn)象之間是否存在一些關(guān)聯(lián)？以此問題啟發(fā)學(xué)生思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。雖然此時(shí)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象產(chǎn)生好奇，但對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟了解并未清晰。針對(duì)于此，教師可利用信息技術(shù)設(shè)備為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，并將實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)呈現(xiàn)于動(dòng)態(tài)視頻內(nèi)，以此明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)步驟，深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的記憶。在顯性化教學(xué)下，學(xué)生已經(jīng)掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)律，此時(shí)教師便可為學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主開展實(shí)驗(yàn)。如：如何通過實(shí)驗(yàn)保障蠟燭的像能夠立足于光屏中央？假設(shè)像處于光屏上下方，又需要如何調(diào)整高度？凸透鏡的焦距是否能夠通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行具體測(cè)量？此實(shí)驗(yàn)過程中均會(huì)出現(xiàn)哪些數(shù)據(jù)和現(xiàn)象？通過此類實(shí)驗(yàn)任務(wù)，鍛煉學(xué)生自主設(shè)計(jì)能力，真正讓學(xué)生在顯性化教學(xué)下，實(shí)現(xiàn)自我理解和自主實(shí)踐掌握。

初中物理一直屬于初中各學(xué)科教育的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因物理知識(shí)存在許多抽象化理論，學(xué)生在初期接觸物理知識(shí)時(shí)，所達(dá)成的學(xué)習(xí)效果并不明顯，這也在某種程度上影響了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的進(jìn)程。科學(xué)方法顯性化，主要以明確學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)途徑的方式，使學(xué)生更有效地獲得科學(xué)學(xué)習(xí)方法，并在掌握學(xué)習(xí)技巧后，通過訓(xùn)練提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和物理素養(yǎng)，真正達(dá)到因材施教的目的。為此，教師有必要基于科學(xué)方法顯性化教學(xué)原則，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，深化學(xué)生課程理解，為學(xué)生物理學(xué)習(xí)水平和物理素養(yǎng)的提升奠定基礎(chǔ)。

本文系作者江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題《學(xué)以致表：初中物理實(shí)驗(yàn)顯化教學(xué)的實(shí)踐研究》（D/2021/02/105）階段性研究成果。