论“非常规”物理实验的教学地位，本文主要内容关键词为：非常规论文,物理实验论文,地位论文，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。
“非常规”物理实验，是指选择利用环境中“非专门化”的物质手段，不按固定方法或形式，人为控制条件、有目的实施的观察与探索物理规律的实验教学活动。其中有两层含义与利用实验室装备的专门化实验器材开展的“常规”物理实验形成鲜明对照：一是在资源利用上，“非常规”物理实验是直接利用环境中“本来用途不是用来开展实验”的物质资源，包括生活易得物品、材料、器具、人体自身、交通工具、建筑设施、娱乐器材等，同时包括利用研发自制的实验器具；二是在实验方式上，“非常规”物理实验常常为达到某种教学目的而采取灵活与简便的方法与形式，使实验过程体现自创性、体验性、趣味性、简易性与生活化。
实验在中学物理教学中处于基础地位，这已无可非议。“非常规”物理实验也是一种实验，那么它在中学物理教学中的地位问题似乎已经解决，没有必要再讨论它的地位问题。然而，在实践中我们发现，人们对这两类实验的认识不一、界限模糊，甚至完全视为“同类”，由此导致实验室建设出现“追求高档”和“整齐划一”、物理教学脱离生活世界的发展倾向。可见，物理实验在教学中的地位并不能完全决定“非常规”物理实验在教学中的地位。所以，从理论上澄清“非常规”物理实验的地位问题，不仅关系到物理实验教学的发展问题，同时关系到物理教学能否促进学生全面和谐发展的走向问题。
一、两类实验不能用完全相同的理论来支撑
（一）支撑实验在教学中地位的理论基础
物理学具有实验的性质，这个性质是物理学文化的性质，它决定了物理学文化的传播——物理教学过程必须突出实验特点，如果忽视和淡化了学科的实验特点，就偏离了物理学的文化属性，进而背离了物理教学的目标。因此，学科特点决定了物理教学必须以实验为基础。
实验又是物理学研究的重要方法，它是根据研究的目的，运用一定的物质手段（实验仪器设备等），人为地制造、控制或模拟自然事物、自然现象发生发展的过程，在特定的观察条件下，探索客观规律的一种研究方法。以伽利略为代表的一批杰出科学家，把实验方法与物理规律的研究结合起来，不仅对物理学的发展作出了划时代的贡献，而且推进了人类科学认识自然奥秘的进程。科学哲学告诉我们，科学认识是通过经验和理论的相互作用而发展的，实验方法是在经验认识层次上主要采用的方法，其“本质在于通过观察获得经验知识，为一切科学认识提供基础”。“按照实践论的原则，科学认识的根本条件，首先必须是变革现实获取事实材料，然后才是对事实材料进行科学概括，最后再把带有经验性质的概括上升为理论。”[1]显而易见，学生获得新知的认识过程不能不遵循人类的科学认识过程。而把感性认识和理性思维的特点有机结合，正是实验方法体现出的品格。因此，作为人类探索自然规律的方法——实验方法，理应是学生学习物理的重要内容。
由于通过实验能够获得经验知识，为上升到理论认识奠定基础，一定意义上，实验的确具有促进人类认识的“工具性”特征。因此，人们把实验看成是附属于理论、服务于理论的“手段”或“工具”也是自然而然的。但教学实践中人们却往往忽视实验在促进学生认知的巨大作用，将实验与理论截然分开。广西师范大学罗星凯教授(1990)从观察与实验本身的性质和规律的视角，以事实为依据，论证了实验的地位问题。结论是：物理实验是充满理论的探索过程。“也即物理实验教学不能仅仅被当成为理论教学服务的工具，而应是物理教育必须有的内容，其目标相应的也应有其特有的规定。”[2]
总之，从实验是物理学的学科性质、实验是科学研究的重要方法以及实验是充满理论探索的过程三个方面，构成确立“实验在中学物理教学中处于基础地位”的理论基础。
（二）“权宜之计”认识的由来
开展物理实验教学离不开物质手段。然而，一提到物质手段，人们自然会想到专门化的实验仪器设备，即厂商生产的常规仪器设备。诚然，开展物理实验教学，厂商生产的仪器设备是必不可少的，它是顺利开展实验教学的物质保证。在经济欠发达的年代或地区，在教育事业快速发展和改革的时期，当现有的物质条件不能满足实验教学与改革的需要时，人们自然想到“因地制宜”“土法上马”，借用生活材料、物品、器具等开展“非常规”物理实验，以满足物理教学的要求。但是，一旦实验室的装备满足了教学，实验条件改善之后，人们就会放弃“非常规”物理实验。这个时候，支撑实验在教学中基础地位的理论对“非常规”物理实验就失去了作用。因为厂商生产的常规仪器设备一般比较精致、标准，定量化程度高，实验误差相对比较小，得出的实验数据相对准确，与理论值比较吻合，可靠程度比较高。相比之下，直接利用生活材料、物品、器具或手工制作的“非常规”实验器具一般比较简陋、粗糙、定性化程度高，实验误差比较大，得出的数据有时偏离理论值较大，有时出现不成功现象。所以，对于达到知识、能力与方法的教学目标，利用厂商生产的仪器设备开展常规物理实验教学具有更强的优势。因此，“非常规”物理实验容易被认为是经济落后时期的“过渡”，是克服实验条件不足的一种“权宜之计”。这种思想的根源在于过分追求正统、规范的物理教育，人们将两类实验在教学中的作用视为相同或基本相同，认为厂商生产的实验器材优于“非专门化”的实验器材，因此倾向于实验仪器的更新换代，追求优越的实验条件。持这种观点的人自然会认为，有了厂商生产的实验仪器设备，就没有必要花费力气自己制作了，由此导致“非常规”物理实验在中学物理教学中处于“可有可无”的境地。
（三）“必要补充”认识的由来
实践中，物理教师或多或少都有利用生活材料、物品、器具开展“非常规”物理实验的经历，他们共同的感受是，这类实验使用的材料一般是学生熟悉的，而且实验的原理和结构简单，贴近生活，学生们容易接受和理解。相对于常规物理实验，学生们更喜欢“非常规”物理实验，人们普遍认同“非常规”物理实验的兴趣功能。难怪原有的物理教学理论和中学教科书中，在论及“物理学是有趣的”或“实验能够激发学生学习物理的兴趣”时大多以“非常规”物理实验为例。实际上，只有热衷于“非常规”物理实验的教师，才知晓这类实验对促进教学的实际效果，可谓“投入其中、乐于其中、知其意义”，正如日本大隅纪和先生所说，这是“只有教师才看得清的领域”。[3]随着课程改革的不断推进，“情感、态度与价值观”作为一条重要的物理课程目标确立之后，“非常规”物理实验的教学价值犹如缓慢升出海面的“冰山”，逐渐进入人们的视野，研究者们预感到这座“冰山”的潜在部分远比可见部分深厚，由过去只看到它具有“克服实验器材短缺困难”的外显功能，开始转向探索和认识它潜在的优势功能。那么，有了对“非常规”物理实验一些教学功能的认识之后，是不是就能解决它的地位问题？笔者认为，仅仅从功能属性出发是难以对“非常规”物理实验进行准确定位的，因为功能属性反映的是工具属性，工具是可以变化或可以被其他工具替换的。所以，仅仅认识到它的作用和功能，只能得出这样的结论：“非常规”物理实验在中学物理教学中处于重要地位，是开展物理实验教学的必要补充。然而，在物理教学中处于“重要地位”和“必要补充”的要素很多，诸如计算机模拟实验、仿真实验、虚拟实验、实验教学录像等，它们同样具有各自优势的教学功能。因此，仅仅停留在功能性的认识上，还不能从理论上解决“非常规”物理实验的地位问题。
（四）需要寻求新的理论
综上分析可知，两类实验不能使用完全相同的理论来支撑。应该看到，实验在中学物理教学中的基础地位，是由物理学科本身、科学认识规律以及认识过程等本质属性来决定的，换句话说，如果没有实验作为基础，物理学知识大厦就失去了根基，物理学文化传播就会“失真”，进而违背物理教学的规律。这样构成的实验教学理论基础，目前已经被广大的物理教育工作者所认同，并以此指导物理教学实践。但是，如果我们从“促进学习者全面和谐发展”的视角来审视确保实验基础地位的常规物理实验教学，就会发现：原有理论过分强调了客体或知识对人的影响，立足于促进人的科学规范与科学素养的形成，这就容易引导物理教育走向远离学生生活与经验的学校正规教育，忽视或淡化了物理教学系统中多因素对学生的作用与影响。而从培养和谐发展的人的目标出发，学校与学科教育还必须关注人的社会规范以及人文素养的培养，物理教育应该与学生的原有经验与日常生活密切联系，学习环境中除了知识体系以外，还应该看到教师、学习伙伴以及其他人员对学生发展的巨大促进作用与影响。这样，常规物理实验的局限性就凸显出来，仅仅以常规物理实验作为基础的物理教学难以达成物理教育的全部目标是肯定的。而“非常规”物理实验恰恰凝聚了物理学科的、生活的、教师的、学生的、其他人员的、校内与校外的各种影响因素，它的实施基于物理环境、同时基于社会环境，可以说，它是基于生态环境之下的物理实验教学行为。所以，支撑“非常规”物理实验在教学中地位的理论不应该仅仅是来自学科的性质、科学认识的规律等，而是应该寻求新的理论研究成果来支撑。
二、生态化物理教学理念的建构
（一）以生态观视角审视物理实验教学的“失衡”问题
“生态化”概念已用于教育领域。国内有学者预测：“未来教育将呈现出生态化的发展趋势，很可能这是教育发展的一个新时代，即教育生态化时代。”[4]教育生态化作为一种新的思维方式，可以引导我们从教育系统及其外部环境的整体性、平衡性、和谐统一性、联系性、动态性、共生性及开放性等角度思考教育问题，同时作为一种理想、目标和价值取向，希望教育系统及其外部环境趋向或达到和谐发展的状态。这种生态观为我们思考中学物理教学系统中存在的问题提供了新的视角，以此审视目前的中学物理实验教学的理论与实践，就会发现该微观生态系统内外诸多要素之间存在不协调或“失衡”问题。比如：实验情境与生活情境失衡；个别化学习与共享认知失衡；知识技能训练与情感培养失衡；科学教育与人文教育失衡等。多年来，物理教学深受“考试文化”与“唯条件”思想的影响，高度关注一般的、抽象的知识与能力的培养及量化评价，脱离现实生活情境，忽视知识与认知技能的获得对相关情境的高度依赖性，其结果不仅导致学生知识迁移与社会适应能力的缺失，而且严重制约了学生的全面发展。
（二）生态化取向的有效教学呼唤生态化物理教学
情境学习理论强调，有效的教学应该统筹考虑教育者、学习者、教学内容、物理环境与社会环境等各个要素，将学生的学习与发展置于开放性的、与外界不断互动的生态化的系统中来考虑。认为“学习的实质是个体参与实践并与他人、环境等相互作用的过程，是形成参与实践活动的能力、提高社会化水平的过程”。[5]“生态化取向的有效教学主要以学习的情境理论为基础，该理论强调个体与其所依存的物理和社会情境的相互作用，认为情境是整个学习中的重要而有意义的组成部分。”[6]生态化取向的有效教学对物理教学的改革与发展无疑具有重要的启示作用，其整体、联系、协调与开放的生态化教学观对解决物理教学中的诸多失衡问题具有重大的理论指导意义。因此，生态化取向的物理教学将是物理教学发展的方向，生态化物理教学是一种教学理念，其核心思想是：物理教学不能仅仅注重科学性、规范性，还必须通过对环境中潜在的物理实验教学资源与创生资源的开发和科学利用，促进物理教学走向真实生活世界、走向现实生态环境，沟通物理学习与生活世界之间的联系，沟通学生在校学习与社会学习之间的联系，使物理教学系统的诸要素之间达到生态平衡，让学生的精神生活和生命体验成为物理课程文化的重要成分，使学生在学习物理基础知识与技能、发展科学探究能力与学习科学方法的同时，情感、态度与价值观也得到和谐发展。
所谓生态化物理教学，是指教师整体协调与组织教学系统内外诸多要素，主动开发潜在资源，充分利用创生资源，营造对学习者有意义的真实情境，组织有利于发展学习者主体性、独特性和社会性的活动，将学习者的学习与个体发展置于开放性的、与其他成员、物理环境和社会环境不断互动的系统之中，从而促进学习者有效达成物理教学目标的过程。[7]
其中，“潜在资源”主要指现实环境中存在的、外显功能或价值不直接指向物理教学、赋予意义之后容易开发的各种形态的资源，既包括故事、现实问题、生活常识、科技成果与自然现象等素材性资源，也包括身边材料、各类器具等人工制品，还包括交通、通信、网络等公共设施以及生命体等；“创生资源”一方面指教师、学生或专家根据“潜在资源”的特点或属性、按照教学活动要求自行设计构造的有意图或显现智慧的课程资源，如教师设计的真实问题或任务、自制的各类实验器具、学习器具、学生自制的小作品、人体参与的感知活动及物理游戏等；另一方面指教师与学生在与环境互动中生成的经验、问题、困惑、理解、智慧、意愿、情感、态度、价值观等素材性资源。
三、生态化物理教学的理念决定“非常规”物理实验的地位
生态化物理教学理念的提出具有坚实的理论基础，情境认知与情境学习理论和生态化取向有效教学的理念等是它的有利支撑。该教学理念强调以整体、联系、协调与开放的生态化教学观统领物理教学、追求实现物理教学系统各要素的平衡，主张整个物理教学过程密切联系现实生活与社会，以促进学生健康发展为目的。由于“非常规”物理实验具有“广泛性”与“生活性”特点，具有多因素参与作用和影响的“平衡协调”机制，因此它是实现生态化物理教学理念的最有利资源与活动过程保障。尽管“非常规”物理实验不是生态化物理教学系统的“唯一”构成要素，但它是生态化物理教学的基本特征。因为，如果没有“非常规”物理实验这类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的教学活动，物理教育就将走向正规的学校教育或“学院式”教育，物理教学就不是“生态化物理教学”。所以，“非常规”物理实验不是“可有可无”或“必要补充”，而是生态化物理教学的基础。得出这样的结论还基于“非常规”物理实验的以下特质。
（一）“非常规”物理实验是一种教学要素多元化的统一体
“非常规”物理实验不仅具有实验性质、镶嵌着物理知识，而且携带着教师或学生智慧的非语言信息，它的实施遵循着物理学的实验方法，同时给参与者带来挑战、困惑、问题、曲折、欣赏、愉悦，使学生进入忘我的体验与探索境界。所以，“非常规”物理实验的过程，是内容、活动、方法、教师、学生、资源、情趣、交流、合作与反思等静态要素和动态要素的融合与统一。这种多因素的融合与统一，使得学生在学习物理的过程中，融入了学生的精神需要和情感，物理学知识不再是冷冰冰的客体，学习过程不再是枯燥乏味，而是成为显现人文社会要素的体验、感受与共享认知的过程。所以，“非常规”物理实验是教学系统多因素互动的学习活动。
（二）“非常规”物理实验是物理学与生活之间的桥梁和纽带
生活的各个角落本来充满了物理，结果由于学校教育的不断“优化”，常规物理实验条件的不断改善，使得物理与生活之间出现一道“鸿沟”，理想的教育背离了教育的理想。“非常规”物理实验使得学生的物理学习过程有机会跟生活环境打交道，更多接触熟悉的材料、物品和器具以及亲身体验物理原理，更多地与教师、学习伙伴以及包括家长在内的各类人员交往。所以，“非常规”物理实验的这种生活特质为物理学与学生日常生活架起一座桥梁，使之成为物理知识与学生生活经验的纽带。有了这个桥梁与纽带，使得学生学习物理不仅是为未来生活做准备，更为重要的是学生当下的生活得到关注和关怀，物理学习对学生来说变得更有意义。
（三）“非常规”物理实验把物理学与学生经验紧密联系起来
学生长期生活在物理环境中，每天与具有某些物理属性的物品器具广泛接触，积累和形成了对自然界的一些观念与看法。这些原有的观念和看法影响着学生对物理知识的学习。“非常规”物理实验以活动或体验的形式，使学生有机会与真实而熟悉的环境进行相互作用，在“知”的环境中发现“未知”，通过认知冲突，实现认知结构的转化。这种建立在学生原有经验基础上的物理教学，不仅有利于学生通过独特的理解对物理知识意义进行自主建构，而且积累了新的实践经验，提高了参与实践的能力，这种经验与能力又为以后的学习奠定基础。
（四）“非常规”物理实验是学生发挥主动性、自主性和创造性的基础平台
“非常规”物理实验是利用学生日常生活、手边、身边的物品开展的简易实验教学活动，学生固有的好奇心与求知欲通过科学地引导，会产生对周围事物进行探索的主动性。由于探究的事物在生活中容易获得，没有实验戒律的限制，心理松弛，可以真正实现按照学生自己的意愿自主进行摸索，生成具有个体特征的知识结构，体现出个体的个性、独特性与创造性。而这种放松的学习、探索过程，在学校实验室内开展的常规物理实验教学是很少有的，资源量、时间和规则的限制，使得常规物理实验的很多教学目标不能达成。所以，“非常规”物理实验的“广泛性”为学生在物理学习过程中发挥主动性、自主性和创造性奠定了物质条件基础。
（五）“非常规”物理实验为学生提供了公平参与实践活动的机会
生活环境中潜在的资源是广博的、无限的，不同地域和时间呈现不同的特点，它不属于哪一个人，而是属于所有看到它价值的人。因此，利用环境资源开展的“非常规”物理实验，为所有学生提供了公平参与实践探索的可能与机会。它基本不受学校实验条件的制约，不受学校所处地域、等级的限制，它只取决于教师的教学观念与行为，只要教师愿意且具备相关活动的策划能力，随时随地都可以组织实施。所以，“非常规”物理实验是由教师决定的、易于实现公平性和均等性的实验教学行为。哪怕是条件资源匮乏的山区、牧区学校，也有可能通过开展“非常规”物理实验实现优质教育。所以，“非常规”物理实验为实现物理教育的公平性奠定了资源基础。
综合以上论述，从物理学科培养和谐健康发展的人的目标视角审视，“非常规”物理实验就不是“可有可无”的，更不能认为它是克服实验器材短缺的“权宜之计”或“必要补充”，它是当代物理教学必须有的内容，是中学物理教学的基础。