英国中学物理实验教学的特点及启示，本文主要内容关键词为：英国论文,启示论文,实验教学论文,中学物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在英国学校科学教育发展的历史上存在两种主要观点，一种注重科学内容，强调科学是“有用的知识”；另一种则注重科学方法，认为科学方法或科学的思维方式比知识内容更重要。这两种观点在不同时期各自占据主导地位，从而影响相应时期的学校科学课程重心的变化。随着人们对科学教育认识的发展，科学教育的形式与内容之间趋向平衡。1988年英国国家课程的颁布，英国物理教育的发展进入了一个新阶段，开始从多样化向寻求统一性的方向发展。在提高对科学知识要求的同时，将科学探究作为科学课程的一个重要领域，重视对学生批判思维能力的培养[1]。
从英国的国家课程不难看出，英国对学生的科学素养、科学研究方法的形成是非常重视的。这就对实验教学提出了很高的要求。正因为如此，英国物理实验教学有它明显的特色。
一、英国物理实验教学的特点
1.多样化的实践活动
英国中学物理教育继承了纳费尔德时代形成的重视科学实践活动的传统，科学实践已经成为物理课堂教学的一个重要组成部分，中学物理教学的大部分时间和精力都花在实践活动上。中学物理课都是在实验室上，教师和学生都非常重视实验，物理课的大部分时间是学生自己动手做实验或观察教师的演示实验，学生的动手能力强。英国物理教育中的学生实践与我国的学生实验的含义不完全相同，前者比后者外延要广，包括观察和其他一些活动。英国的学生的实践分为五种类型：发现型、证明型、技能型、观察型和探究型。不同的类型其教学功能不同，见表1所示[2]。
表1 英国学生实践类型
实践类型概念的理解过程的理解
发现型 获取概念
证明型 巩固概念
技能型获取技能
观察型 应用概念
探究型 应用概念 综合和评价
发现型的实践是教师用设计好的“菜单”指导学生进行实验，使所有学生都能得到同一结论，并尽量减少实验设计和仪器的差异。这种实践能让学生理解概念的建立过程，使理论和实践更紧密地联系起来。技能型实践是使学生发展某些特定的技能。例如，测量、选择或使用适当的仪器，利用图表处理数据等。观察型实践要求学生用科学的方式来观察物体或事件，它通过运用概念框架将科学概念与真实的物体和事件联系起来，由此发现问题，并作为进一步讨论和探索的基础。
这些实践活动都重视学生独立开展完整的科学探究活动。
2.实验教学中，注重学生自主建构知识
英国的物理教师相信，物理知识不能通过灌输的方式传递给学生，因此，无论是演示实验还是学生的自主实践活动，都是围绕自主建构知识而开展的。下面以英国物理课“机械波的传播”这一课堂实录来说明。这一节教学中教师按照互动讲解、演示实验、问题讨论、分组实验、阅读和练习五个环节进行教学[3]。现仅引用演示实验、问题讨论、分组实验这三个片段。
有了机械波相应的基础知识后，教师进行了以下环节。
(1)演示实验
讲台前面放了一张大桌子，教师取直径约15cm，原长约20cm的螺旋弹簧在桌子上演示波的传播、横波和纵波，让学生到讲台前来观察。教师分别左右摆动了弹簧和前后推拉了弹簧，第一步让学生看现象，第二步要学生在观察后能提出两个以上的问题，教师并没有提示要注意观察什么。
学生回到座位，踊跃地提问题。有的说为什么有时是凸凹前移，有时是疏密前移？有的说波向前移动快慢与什么有关，等等。
教师总结：凸凹前移的波，质点的振动方向与传播方向互相垂直，我们称它为横波；疏密前移的波，质点的振动方向与传播方向在一条直线上，我们称它为纵波。波传播有一定的快慢，这是我们接着要讨论的问题。
【笔者点评】演示实验并没有教师引导学生观察什么，而是由学生自主观察，并发现问题。能够发现问题的过程，本身也就是建构知识的过程。
(2)问题讨论
教室的课桌是两张较长的桌子，学生围桌而坐，一半学生面对讲台，一半学生背对讲台，这样的设计是为了方便学生讨论。
教师问：我们需要用什么物理量来描述波的特性呢？请大家讨论。
学生热烈讨论大约5分钟，教师让学生发言。有的说要速度、加速度、位移、周期；有的说要动能、势能；有的说要用一个量来表示相邻两波峰的距离；有的说需要有一个反映波传播快慢的物理量。
教师总结：由于波动中每一个质点都在振动，当然需要速度、加速度、位移和周期这些量来描述振动情况，这些我们已经学习过了。但仅有这些还不够，波的整体也有它的特性，有一个空间重复性的快慢问题，对于横波两相邻波峰或波谷之间的距离能反映波的这一特性，我们不妨称之为波长，严格来说，应该是沿波的传播方向相邻的两个振动步调相同的质点间的距离叫波长。还有振动在介质中传播有快慢之分，需要用波速来描述，速度怎么定义呢？请同学们想想办法。有学生提出用波传播的距离△x与时间△t的比值来定义。教师说：定义式为
，但波速的大小与△x与△t无关，而由介质决定。
【笔者点评】课桌的摆设以及教师的问题都是为了方便学生讨论问题，反映了以学生为本，学生是课堂的主体。
(3)分组实验
学生分成5组，教师每组发一个浅塑料盆，给些橡皮泥。叫学生用橡皮泥捏成小船，放在装水的盘里，用手指在水中某处上下振动。
教师问：你们看到了什么？
学生：看到船也振动起来了。
教师问：船被水推走了吗？
学生：没有，只是上下振动。
教师问：这个实验说明什么问题？
学生：说明介质中质点在振动，并没有随波迁移。
【笔者点评】教师讲解时并非单向的信息输出，而是创设问题情景，通过小实验引导学生建构出机械波的实质。
由这些课堂教学片段可以看出，无论是演示实验、学生实验，还是问题的讨论教师都通过创设各种情景和画面引导学生建构知识。
3.完善的实验考查方式
英国对学生实验与探究能力的考查采用课程作业和集中考试两种形式进行。课程作业由考试中心命题，并提出包含评价考生实验设计、实施、分析证据和得出结论、评估等科学探究能力的标准，考生在教学过程中完成，然后教师评分，考试中心复核，并将结果按一定比例记入学生的学业成绩。通过这种方式，能够保证学生有效地完成科学探究活动。
集中考试由考试机构命题并统一组织考试，考查科学探究能力的题目通常含实验设计和实验操作两类。以GCE（普通教育证书）物理教育为例，GCE物理考试分为若干独立的考试单元，考试的目标分为：知识的理解(A01)，运用知识、理解力、综合和评估(A02)，实验和探究(A03)及知识、理解力和技能的综合(A04)共4个。
从近几年出版的CCE考试说明以及近几年的考试试卷可以看出，科学探究已经成为GCE物理考试的一项重要的目标。见表2、表3所示[4]。
从两表中可以看出，GCE物理考试有独立的单元考查学生的实验和探究能力。在物理A、物理B中，实验和探究评价目标分别占整个评价目标的12.5%和20%。
GCE物理A考试模式均相同，包含两个问题，问题1为探究方案设计，问题2为实验探究。见表4所示。
表4中，问题1为一道考试时间为30分钟的实验设计题。要求考生就一个给定的物理问题情景，设计一个实验探究方案。设计要求通常包含：变量的测量、预期的结果、可能遇到的困难以及解决的方案，等等。问题2为实验探究题，考生根据问题中给出的具体要求进行实验。其要求通常包括：进行测量；调整实验装置，以便在不同的实验条件下重复进行实验；制作图表；评估与解释实验过程等等。
GCE物理B实验和探究能力的评价模式与GCE物理A不同，其主要差别在于GCE物理B没有设置课程作业，即其实验和探究能力评价仅为实践考试。
二、我国中学物理实验教学存在的问题
近几年，虽然新课标明确要求以学生为本位，培养学生的实验探究能力。但是，我国的物理实验教学仍存在很多问题[5]。
(1)实验器材缺乏
这是大部分中学尤其是农村中学普遍存在的问题。这主要是因为上一级教育部门或学校对实验不重视，因此对学校的实验设施及实验器材投资少。另外一个原因就是教师对实验不够重视，不向学校要求购置仪器设备。还有一个原因就是实验管理员素质差或待遇低、积极性不高，对实验仪器管理不善，丢失或损坏严重，造成仪器短缺，许多演示用的实验器材都没有，学生实验更做不成。
(2)学生实验开出率低
主要原因有：
一是许多任课教师仍存在重理论、轻实践的问题，认为做实验的意义不大，讲实验同样可以使学生做好实验题，同样可以得高分；
二是有些教师认为挤掉学生的实验时间用在讲题上，效果会更好；
三是片面追求升学率，根本就不考虑学生能力和兴趣的培养，导致教出来的学生高分低能，没有实践能力和创新精神，书呆子多，精明能干的少。
(3)师生缺乏对实验重要性的认识
教师和学生不能够严格按照实验的程序去做实验，实验效果极差。有的教师对学生指导不够，造成学生实验的盲目性，一堂课过去了，也不知道从何下手；有的教师讲得太多、太具体，学生的动手实验时间少，用脑思考的时间少，使学生变成了机器人，失去了创新精神。
(4)学生实验的数量少，趣味性不强
验证性实验与测定性实验的数目最多，探索性实验和研究性实验的数目太少，设计性实验近似空白。经统计，验证性实验与测定性实验占83%，研究性实验或探索性实验占12%，其他实验占5%。由此可知，研究性实验、设计性实验、探索性实验的比例太小，对培养学生的实验能力不利。
三、启示
(1)重视评价与教学活动相结合
GCE物理考试的课程作业不仅是为考试而设置的，它同时也是学校正规教学的一部分。科学探究作为中学物理教学的一个重要的内容，承担着培养学生科学探究能力的责任。在我国，如果借鉴这种模式，将学生平时在学校开展的探究活动的情况纳入到物理考试的范畴，那么对实验的完成，学生的探究能力的培养，将会起很大的促进作用。对学生的动手能力、实验课课堂纪律、实验教学质量也将是一个很大的保障。
(2)变部分验证性实验为探索性实验
常规的教学中，大多数教师都是按照实验目的、过程、方法先讲解一遍，把所观测到的现象和结论总结出来，然后让学生依葫芦画瓢地重复做一遍实验。由于教师讲得太细，学生就失去了对实验的神秘感及探索愿望，必然调动不起学生思维的积极性和兴趣，扼杀了学生的创造性。只有让学生自己去做去想，才真正使学生获得愉快的情绪，才能培养学生的创造性思维。因此教师可以选取一些灵活性大、变通性大的问题，通过创设情境，鼓励学生发散思维，进行多角度、多方位的思考。这样，不但能提高学生的实验兴趣，也能培养学生的探究能力。
(3)创设情景、重视学生的主动性，培养学生自主探究的习惯
要形成学生探究能力，就必须注重学生的主动性。而要提高学生的主动性，就必须创设情景[6]。英国的物理实验教学，倡导学生的自主探究，来确保学生对学习的兴趣，同时也提高学生的科学素养。建构主义学习理论也告诉我们，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在与情景的交互作用过程自行建构的[7]。因此，在实验中要尽量给学生足够的思考空间，每次实验都要在学生预习的基础上让学生思考，这样实验拓展了学生的思路，调动了学生的积极性，培养了学生自主探索的学习习惯。
(4)开展丰富多彩的课外实践活动
通过开展课外实践活动，将物理实验课堂向课外延伸，从学生生活和认识特点出发，通过课外探究活动探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其运用于生产生活实际，激发和保持学生的学习兴趣，培养良好的思维习惯和初步的科学实践能力。并且利用生活中简单、常见的材料，动手做一些简单、实用的小教具，培养学生的动手能力。
总之，教育的发展是一个摸索的过程，近年来，我国的基础课程教育逐步发展，英国的实验教学无疑对我国的物理教学改革具有一定的参考与借鉴作用。