物理（心得）之继承传统　开拓创新——新课程理念下物理实验创新的问题（一）

物理（心得）之继承传统　开拓创新——新课程理念下物理实验创新的问题（一）

物理论文之继承传统　开拓创新——新课程理念下物理实验创新的问题（一） ‎ 新世纪伊始，中国开展了旨在提高全民族科学素养的新一轮课程改革。此次新课程改革倡导科学探究的教学思想，重在培养学生的创新意识和实践能力。物理实验作为物理教学中的重要组成部分同时也是物理科学探究的重要思想和方法，对培养学生的科学素养具有重要的意义。新的课程要求重视物理实验，还要加强物理实验的创新。    当前实验的研究和创新主要反映在如下三方面：实验内容的创新、实验手段的创新和实验教学方法的创新。面对新课程的实施，老师们的观念在变化，但也有许多困惑，认为变化太突然，似乎难以应对。笔者认为，对待新课程，我们既要看到创新的一面，还应看到继承的一面，不应把它对立起来。面对实验创新的三个方面，需要解决好实验创新过程中的三个关系：内容的拓展与基础性实验之间的关系，现代技术的应用与常规及低成本教具的应用之间的关系，探究式教学与接受式教学之间的关系。    一、加强物理实验是物理教学的历来主张，创新需要继承    多少年来，许多物理教育工作者和第一线的物理教师致力于物理实验及教学的研究，积累了许多宝贵的经验和成果，新课程的实验需要在这些基础上创新。让我们共同来回顾一下上世纪后期中学物理实验教学的变化。    1.关注激发学生学习的兴趣   ‎ ‎ 在上世纪后期的物理教学中经常会引入一些趣味性的实验来激发学生的学习情趣，以高中物理新大纲教材序言中的两则实验为例。    实验1　网外高压电闪，网内安然无恙    一个金属网内放着一只小鸟，网外通过静电高压放电，而网内的小鸟却活蹦乱跳，安然无恙，为什么会是这样呢？    实验2　瓦碎蛋全    将4个鸡蛋放在两张海绵垫的中间，在海绵垫的上方压两块砖，再在砖上放一片瓦片。当用铁锤敲击砖块上的瓦片后，发现在海绵垫中的鸡蛋却没有碎裂，依旧完好无损，这是为什么呢？    像这样在物理课堂教学中引入一些趣味性实验已被广泛采用，说明在整个改革当中，人们越来越关注以实验激发学生的好奇心和求知欲，进而强化学生学习的内部动机。    2.加强实验的探索性   ‎ ‎ 自上世纪八九十年代以来，许多中学在课堂教学中就运用了较多的探索性实验。这在义务教育教材中也有反映，比如研究加速度与力的关系，研究加速度与质量的关系，这个实验以前是用来验证牛顿第二运动定律的，后来改在课堂教学中进行探索；又如描绘小灯泡的伏安特性，过去叫伏安法测电阻，或描绘电阻的伏安特性，后来是提供给学生一个小灯泡，让他们去猜一猜，然后去做一做，发现了些什么，如何来进行解释，这就使得实验过程具有一些探索性；再如练习使用多用电表，以前是仅仅让学生认识多用电表，练习如何用多用电表来进行测电流、电压、电阻，后来不仅要让学生学会这些，而且加入了电路黑箱，要让他们去探索一下黑箱中的元件。显然，通过一种探索的渠道，学生获得的就不仅仅是使用仪器的方法，实验的动机得到加强，探究能力也有所提高。3.关注实验的设计思想    关注实验的设计思想就是在实验教学中不仅仅让学生掌握如何去进行操作，还要让学生领会这个实验是如何进行设计的，有什么巧妙的地方。如用单摆法测重力加速度；用油膜法估测分子的大小；测定玻璃的折射率；用双缝干涉测光的波长等。    4.加强技术设计性实验    随着时代的发展，现代技术以其自身的独特优势不断影响着物理实验教学，现代技术与物理实验教学的结合是课程发展的必然趋势。上世纪后期的物理实验教学中也体现出这方面的趋势，如在实验教学中加入练习使用示波器，传感器的简单应用，研究玩具电动机的能量变化等物理实验。这有利于应用技术的意识和实践能力。    5.加强随堂性的物理实验    随堂性物理实验又称边教边实验或边学边实验，就是根据不同的教学内容，把许多小实验穿插在课堂教学中进行研究。如研究磁场对电流的作用，研究电磁感应现象等等。这也是上世纪后期物理实验教学的一个发展趋势。    二、物理实验内容拓展的选向及其与基础性实验的关系    传统实验内容的确定主要考虑知识和技能，如重要物理规律的验证和实验技能的训练。由于新课程培养目标的全面化以及课程内容伴随时代发展的变化，实验内容出现相应地拓展，而且呈现出多种的选向。    1.关注学生好奇心和求知欲的培养，实验内容的心理化选向   ‎ ‎ 长期以来，人们总把兴趣看成是带有个人色彩的东西，认为它不是一种高尚的学习动机，因而忽视甚至抹杀了对学生兴趣的培养。现实的学校生活中，普遍存在着以高考升学关系个人利害的动机激励方式。孰不知，内部动机是促进学习的真正动力。布鲁纳高度评价内部动机对学习的作用。他认为“所谓内部动机是想要在学习本身中发现学习的源泉和报偿。其报偿是对于学习活动的出色结果的满足感，或者对活动过程本身的喜悦”。好奇心可以说是内部动机的原型。当人们接触新奇的、有趣的、惊异的和复杂的事物时，就会引起好奇心。当事理还没有搞清楚时，受好奇心的驱使，探索未知的活动过程和结果，就会使人们得到满足感。好奇心和求知欲常常是紧密地联系在一起的，它是一个人科学素养的重要成份，是情感态度目标的重要内容之一。    为了更好地激发学生的好奇心和求知欲，物理实验内容和方式上都很关注心理化的倾向。关注选择一些让学生感到十分意外的实验，形成一种强烈的心理追求。    示例：水面上燃烧的蜡烛会出现什么现象                      图1            图1把蜡烛粘在烧杯底面上，点燃蜡烛，再往烧杯中注水近满（如图1），燃烧过程中会出现什么现象？随着燃烧进程，蜡烛越来越短，火 焰越来越接近水面，此时，同学们都预想：当蜡烛的上表面与水面相平时，火焰就会熄灭。但实际上并没有熄灭，上表面逐渐下凹，上蜡面的周界始终与水面相平，也不坍塌。在台面不振动的情况下，水不会进入上蜡面的凹部。学生们又认为，也许一会儿火焰就要熄灭了，但等了很久，眼看火焰越来越小，他们想这该熄灭了。但万万没有想到，火焰又变大起来，随后逐渐变小，小到一定程度，火焰又变大了，然后再变小，如此反复几次才最终熄灭。大家看得非常兴奋，因为他们完全想象不到会出现这样的现象，并且迫切希望知道为什么会出现这些现象。当学生用自己学到的物理知识，解释了过程中的现象，就会有一种充实感。类似这样的实验是很多的，例如“苏科版”初中物理教材序言奇妙的物理现象一节中，安排了几个演示实验和小实验对学生都是很有吸引力的（如图2），它的目的在于激发学生学习物理的动机和兴趣。在这样的过程中，人们不会感到物理是乏味的。                                                     图22.关注与学生生活的联系，实验内容的生活化选向    “从自然到物理，从生活到物理，从物理到社会”，反映了人们渴望加强物理课程与生活、社会的联系。实验内容也关注基础性与生活化的联系。    示例：模拟探究近视眼的缺陷    思考与讨论　请有近视眼的同学谈谈自己遇到的困难和体会，近视眼表现出的现象是什么？通常用什么方法来解决的？    设计实验　怎样用模拟实验的方法找出近视眼眼球的缺陷？提供的器材有：蜡烛，凸透镜，光屏，刻度尺和近视眼镜（如图3）。                                                 图3   ‎ ‎ 写出你们思考的实验方法：________________________________。    实验　收集事实和数据，建立表格，将数据记录在表格中。    分析数据　推导结论    你们得到的结论是：______。    讨论：用眼卫生，预防近视眼。    在上面的示例中可以看出，实验的选题源于学生的生活需要，实验设计中利用学生对近视眼的生活经验使探究成为可能，同时也渗透了用眼卫生的教育。    似乎的例子还有“油炸虾片和油炸土豆片哪一种食品可释放的热量更多”“哪一种鞋底的防滑性能更好一些”“研究手臂杠杆”“汽车刹车后前进距离与哪些因素有关的模拟探究”等，它们共同的特点就是将基础性实验向生活领域迁移。这种迁移，一方面有利于激发学生学习动机，另一方面也有利于培养学生应用知识技能向生活迁移的意识和能力。    3.关注技术创新教育，实验内容的技术化选向    物理科学与技术有着密切的联系，它通过技术实现对社会生活的影响。物理课程通过技术教育培养学生技术创新的意识和能力，让学生理解科学与技术的关系，同时也是培养学生手脑并用、发展学生个性特长的有效途径。实验内容的技术化选向正是这种要求的体现。不过在考虑实验内容技术化选向时，应当关注学生的特点，让学生经历和感受技术设计与制作的过程，而不一定要求有实用创新的价值。示例：设计和制作病房呼叫电路（模拟）    假定护土的值班室与病房有一段距离，而病房内的病人由于特殊原因需要请求护士帮助，如何实现病房与值班室的联系呢？   ‎ ‎ 设计时请考虑：需要哪些器材？如果只有一张床，电路应该怎样连接？如果有两张床，电路应该如何连接？    请按照你们的设计，选取必要的器材，制作好模拟的电路，用低电压的电源供电，看看能否满足你们的设计要求？    在全班的展示会上表演你们的制作，并与其他组的作品交流。提出一个评价的标准，发表你们对各组作品评价的看法。                           图4    对学生的设计制作选题应当是多样化的，并且也不要求每个学生制作同样的东西，学生可以根据自己兴趣选择课题。有些选题可以是制作玩具，在趣味性强的活动中体验技术设计的思想方法。如，设计和制作一个蜡烛跷跷板，设计一个自动饮水鸭（如图4）。    4.关注渗透科学思想教育，实验内容的典型史例选向    物理学史中有许多经典的实验是我们进行科学思想教育的宝贵资源，选择其中的某些实验改造成适合于教学的实验有很好的教育价值。如，自由落体的实验研究、布朗运动现象的实验观察、电磁感应的实验、干涉法测光波的波长、密立根油滴实验、泊松亮斑的演示实验等。    5.关注探究能力的培养，实验内容的课题化选向   ‎ ‎ 加强探究实验是物理课改的一个重要理念，而探究实验的一个重要特点是以合适的问题为起点，经过学生自主探究的过程使问题得到解决。因此，在新的物理课程中，更关注创设探究的情景，为学生提供可探究的多种课题。这种课题有小有大，有课内和课外的，有探究物理规律、解决物理问题、应用黑箱方法、联系社会实际的问题等。    当然，实验内容拓展的选向还不止这些，还有其他的。关键是要在三维的总培养目标下，根据实际情况有所侧重的开发新实验，正确处理实验内容的创新与培养目标之间的关系。    由于科学教育目标的变化，实验内容的拓展是必要的，但不意味要削弱基础性的实验。知识和技能是三维目标中的基础性目标，过程方法与能力、态度情感与价值观的目标达成离不开一定的知识和技能。例如，测量长度、速度、加速度、质量、电流、电压、电阻等，对理解这些物理量的概念和掌握测量的技能都是必要的。此外，从这些实验中，我们还能学会处理数据、进行间接测量的方法，领会实验的设计思想等。创新实验内容需要以基础性实验为核心，应当把基础性实验、拓展性实验组成一个优化的结构性体系。‎ ‎ ‎