研究性学习的有机生长点——“动手做”在物理教学中的应用，本文主要内容关键词为：生长点论文,研究性学习论文,动手做论文,物理论文,教学中论文，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。
当前，培养学生的创新精神和实践能力客观上已成为推进素质教育的核心和整个教育改革的灵魂。而伴随着新世纪到来的钟声和知识经济时代临近的脚步，长期以来在我们的教育教学中所存在的学生创新精神不足，实践能力较差以及学习方式单一、被动，学生的情感体验消极等问题正在成为人们所关注的热点问题。在这方面，近年来在美国等一些西方国家较为流行的“动手做”——作为一种重要的学习方法，重视引导学生主动参与，强调让学生通过自己动手制作、操作、设计、探索和研究，进而发现规律，获得新知识的成功做法——给我们以借鉴和启迪，它在客观上将成为目前正在推进的研究性学习的一个有机生长点。本文拟结合物理教学的实际，对此作进一步的阐释。
一、让学生动手操作
心理学的研究表明，思维作为学习过程中智力活动的核心，其发生和发展一般要经过从动作思维到形象思维再到抽象逻辑思维三个阶段，其中的动作思维作为一种初级的、基本的思维形式，是指个体凭借直接感知并在实际操作过程中进行的思维形式，其产生是以个体探索外物的动作为前提条件的，其水平对个体的发展以及创造潜能的激发有着重要的作用。而且，个体在探索外物的动手操作活动过程中所形成的操作技能作为顺利完成学习任务的一种活动方式或心智活动方式，为经验的获得和理论的理解、升华及新理论的内化创造了条件。同时，由于技能是一种自动化了的活动方式，与有意识的行为相比，具有消耗精力少、完成速度快、学习效率高等优点，它可使人从对细节的思考中解放出来，把意识集中到更重要的问题上，从而使进一步发挥创造性、积累更丰富的学习经验和策略成为可能。有鉴于此，就要求我们在物理教学中，要努力通过让学生动手操作，以培养学生的操作技能。
1.改造演示实验
众所周知，在我们本来为数就不算多的实验中，绝大部分为教师的演示实验。而由于演示实验习惯上都是由教师在讲台上做给学生看的，学生通常都没有动手的份，由此导致学生动手操作机会显著偏少，动手能力普遍不高。为了让学生有更多的机会动手操作，客观上就要求我们必须对通常意义上的演示实验施行必要的改造。具体地说，一是可以将一些演示实验改为边讲边实验。从原则上讲，凡是那些操作不过于繁琐，装置不过于复杂的演示实验，只要实验条件允许均可改为边讲边实验，譬如像物体的微小形变、流速与压强的关系、作用力与反作用力、摩擦起电等。至于将一些演示实验改为边讲边实验所需要的实验器材，一般可通过挖掘现有器材的潜力、提高其利用率以及就地取材，因陋就简地利用替代性实验等办法来解决，如对物体的微小形变可让学生自己准备扁玻璃瓶和坏温度计，对摩擦起电可让学生用胶木钢笔杆摩擦化纤衣裤（抑或摩擦头皮），对流速与压强的关系则仅需一两张纸片即可，二是将一些演示实验改为师生互动的合作实验，如对以往习惯上由教师“一手包办”全部操作内容的单摆演示实验改为由教师控制单摆、学生手执停表计时；三是对诸如电流的磁效应、磁场对载流导线的作用力等演示实验改为台上台下同时进行的师生共同实验。
2.扩充分组实验
学生分组实验一般包括测量性实验、应用性实验、验证性实验和探索性实验等类型，目前学生实际动手操作的机会基本上都来自于此。从现实的情况看，学生分组实验数量明显偏少，教材中一般每学期仅安排三、四个而已，这不能不说是导致目前学生动手操作机会显著不足，动手能力普遍不高的一个重要原因，这同时也就向我们提出了扩充学生分组实验的客观要求。而如果我们对物理教材及实验器材略作疏理的话就不难发现，教学过程中的许多实验是既有必要，同时也有可能改为学生分组实验的，譬如像胡克定律、焦耳定律、单摆的周期、欧姆定律、电阻定律及串并联电路等。实际上，在一般学校现有的实验条件下，只要我们稍作努力，便可使学生分组实验的数量得以成倍增加。这里需要指出的是，无论是让学生动手操作何种类型的实验，都可以通过对规律性知识的验证、探索和运用达到提高实验技能和实践能力的目的，而且关于测量性实验、验证性实验方面的能力对创新能力的培养同样是不可或缺的。试想如果没有第谷的精确观测，又谈何有开普勒的行星运动定律；同样，若离开吴建雄等人的实验验证，杨振宇、李政道的宇称不守恒又何能由“假说”变成真理。
3.拓展课外实验
让学生动手操作，既要立足课内，同时又要积极向课外空间拓展。拓展的主要方法有：①开展课外兴趣小组活动。由于课外活动所具有的时间上比较充裕，形式上可灵活多样，并可照顾到学生的兴趣爱好等特点，因而在培养学生动手能力方面也具有替代的作用。像农村电工、家电维修、教玩具制作、幻灯片、投影片及多媒体课件制作等兴趣小组，这些活动在受到学生广泛欢迎的同时，在实践中亦会产生积极的效果。②开放实验室。开放实验室就是在规定时间内将有关实验器材摆放实验室，供学生有选择地进行操作、研究，开放的内容一般包括：一些学生未能参与的课堂演示实验；一些课内学生没有做好的、或做后有不同见解及有疑虑的学生分组实验或边学边实验；一些配合课堂教学的系列实验或补充实验；教材中安排的一些小制作、小实验、小研究；由教师命题、学生设计的实验，以及学生自行命题、设计的实验等。开放实验室可以让不同层次、不同需要的学生各得其所，便于学生在宽松、自由的氛围中积极自由地动手、动脑。③开展校外（家庭）实验，即利用家庭和社会的条件在校外（家庭）进行实验，如在校外或家庭进行声波的反射、水波的干涉和衍射、光的散射等实验常常具有学校所难以比拟的优势。
二、让学生动手制作
让学生动手做，不应仅仅满足于对现有教学器材的操作使用，同时也要积极鼓励和引导学生动手制作。而且，“中学物理教学大纲”也有“要发动学生和教师一起自制教具”的明确要求。事实上，自制实验仪器是古往今来科学研究人员的一项优良传统，这一方面是缘于由科学猜想或逻辑推理得出的结论要有赖于实践的检验，另一方面，包括物理学在内的许多重大科学成就本身常常就是伴随着仪器的成功设计而诞生的。实际上，动手制作在培养学生操作实践能力的同时，更有助于培养学生的创新能力。这是因为在学生动手制作的过程中，要通过想方案、查资料、画图纸、找材料，特别是在动手制作和反复试验阶段，通过不断地尝试错误进而产生新思维，不断闪现创造性思维的火花。而学生要想制作出一个较为实用、标准、美观的器材，既需要双手的认真细致操作，更离不开大脑在不断思考基础上的及时指导。因而，学生动手制作的过程是一个手脑并用、相互促进、相得益彰的过程。让学生动手制作，既可结合课堂教学进行，如结合牛顿第三定律的教学让学生用细铜丝绕制弹簧进而自制测力计，再简单些还可用橡皮筋制作测力计，结合几何光学的教学让学生自制光具盘，结合磁场的教学制作磁感线立体展示器（将盛有均匀拌入铁屑的透明胶水的玻璃瓶置于磁场中）等；让学生动手制作，亦可利用课外活动进行，如在课外活动中组织学生制作无触点蜂鸣器、地震报警器等；让学生动手制作，可以组织学生设计制作新的教学器材或其它用品，在这个过程中，要注意因陋就简，就地取材，修旧利废，“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，大力发展简单易行的各种替代性实验。应当说，相对于那些高档化、复杂化的实验仪器而言，一些简单实用的替代性实验同样有其独到之处，这一方面是由于结构简单的仪器可以减轻学生因怕损坏仪器而不敢放手大胆操作的精神压力，另一方面，也可避免因仪器结构复杂、学生捉摸不透而分散学生注意力的情况发生。正如著名物理学家麦克斯韦所言：“一项演示实验，使用的材料越简单，学生越熟悉、就越想透彻地获得所验证的结论”；让学生动手制作，也可以是对现有教学仪器的维修、改进和完善，或者是进行一些微型化实验，简约化实验以及对玩具、其他废旧物品功能的进一步开发利用。如可利用废旧液晶电子表制作液晶测电笔，能在不破坏导线绝缘层的情况下测试出导线中是否有电流以及判断火线与零线，另外还可以检测感应电和摩擦起电，其功能已远远超过了一般的测电笔。值得一提的是，对玩具实验功能的开发，既是发展替代性实验的一个有效渠道，同时对培养学生的创新实践能力也不无裨益。一方面，用来作为实验的玩具的选择，对玩具进行的组合、改造，以及用一种玩具进行多种实验，或用不同的玩具进行同一实验等，都可以在一定程度上激发学生的创造欲望；另一方面，玩具作为教学中的一种信息源，其巧妙的设计，独特的构思，常令学生叹为观止，进而激发学生的学习兴趣。
三、让学生动手设计
正如人们所知道的那样，任何一个新颖别致、富于创意的建筑首先都是来源于建筑设计师的成功设计，任何一项新产品、新的实验仪器的诞生无不是设计师精心设计的结果，同样，任何一个问题的解决乃至科学技术方面的每一个发现发明无不是建立在成功设计的基础上的，设计的过程实际上就是人们充分运用自己已掌握的科学文化知识和积累的生活实践经验，依靠自身的聪明才智，提出新的、异乎寻常的观点和方法，制定出科学新颖的方案的过程。在物理教学中，指导学生进行设计性实验的训练更是调动学生动手和动脑积极性的一项有效措施。设计性实验要力求使学生感到有探索价值和设计必要，能引起学生兴趣，能培养学生动手动脑的能力。实验设计应注意联系教学实际，努力从学生及实验的具体情况出发，努力通过启发引导、点拨指导，达到控制实验难度，降低思维台阶、逐步提高设计水平，进而培养学生的创新思维能力的目的。例如，有这样一个题目：试用一个砝码，一块停表，一根细线（其长小于桌面长），测出桌面的长度。这里给出的条件十分简单，三样器材又似乎与具体长度无关，那该如何测量呢？这里，关键是要设法寻找现有器材和长度之间的联系，通过深入分析则会发现，秒表可以计时，细线和砝码可构成单摆，而单摆的周期公式不正是将时间和长度相联系的吗？这样通过单摆摆动计时由单摆的周期公式便可确定摆长，但知道摆长后怎样进一步知道桌面的长度呢？再作进一步的思考又可发现，如桌面长为l，设第一次测得的摆长为l[,1]，用l[,1]去量l，剩下l－l[,1]，设l[,2]＝l－l[,1]，再以l[,2]为摆长用单摆法测出l[,2]的长度，则桌面长l＝l[,1]＋l[,2]（当然，若所给的细线长度大于桌面长，那只要以桌面长做摆长，用单摆法一次就能测出桌面长）。还有没有其他方法呢？再作思考可以发现，细线和砝码除了可作单摆外，还可作确定竖直面的重锤，如若把桌面铅直竖起来（用重锤校准），然后让砝码从桌面顶部自由落下，测出下落时间同样可计算出桌面的长度。至于这两种方法在实践中是否都可行，两种方法孰优孰劣，以及实际测量过程中需要注意哪些问题，还有如何减少测量的误差、如何使设计方案进一步完善等，则要有赖于学生“动手做”过程中的实践与思考。
四、让学生动手探索
现代科学教育理论认为，作为一种科学的教育首先要让学生进行积极主动的探索活动，而掌握多少事实和数据并不那么重要，重要的是对科学的理解和运用能力。科学史也告诉我们，科学的产生和发展，就是人类不断探索的结果。尽管人类的探索形式可能是多种多样的，但应当看到，以动手为基础的手脑结合的形式无疑是其中最基本的、同时也是最重要的形式。在这方面，科学史上一些成功的事实为我们提供了很好的例证，同时也给我们以借鉴和启发。大家知道，最早较为精确给出“地球有多大”问题答案的是埃及亚历山大城的图书馆长埃拉托色尼，他在公元前240年前后曾巧妙地借助于一根木杆测算出地球的周长。这也启发我们，在物理教学中，要努力让学生动手探索，注意通过物理实验，引导学生自己去探索和发现物理规律，指导他们通过对实验现象的观察以及实验数据的加工整理和分析归纳，进而总结提炼出物理规律。例如，在讨论光的折射定律时，将一个半圆形的玻璃砖装在光具盘（可自制）的中央，从照明灯发出一窄光束（用玩具激光器则更为方便）照在玻璃砖上，可以看到入射光线和折射光线，并能看出入射角和折射角。改变入射角，折射角也随之改变，进行多次实验，通过观察实验现象并记录与各入射角对应的折射角大小等数据，则不难发现折射定律的大部分内容，但若要进一步总结出折射角r跟入射角i间的定量关系就不那么容易了，它不像反射定律，只要量一量反射角等于入射角就行了。这里折射角跟入射角不等，且其比值也不相等，这里，作为“心中有数”的教师，就要引导学生去进行积极的、进一步的探索，要鼓励学生展开想像的翅膀，让他们的思维如信马由缰般的自由驰骋。要激发他们进行大胆地摸索，进而提出富有创造意义的猜想。这时，手脑并用对学生的探索活动也是至关重要的，学生在进行认真深入思考的同时，还需要不断地通过进一步的实验对自己的猜想进行验证，不断地进行演算、作图和测量，也许不经意间头脑中闪烁的一个思维火花也有可能使问题豁然开朗。就本例而言，如果有学生能想到在作出以光具盘为背景的光路图，再在图上画出与入射角i和折射角r相对的直角边并进行测量（如图），或者直接量一量光具盘上分别与入射角i和折射角r相对的直角边的长度，则会发现，原来这两条边的比值是相等的。而这个相等的比值意味着什么呢？这时，再通过对图形的进一步观察则不难发现，原来不就是入射角i与折射角r的正弦之比吗？而面对如此的“发现”，学生能不兴趣盎然、信心倍增吗？
“动手做”作为以学生的主动操作、制作、设计和探索活动为主要特征的一种重要的学习方法，它策应着知识经济时代应运而生，其应用和推广，将会在推进研究性学习健康深入开展的同时，势必对传统的以机械训练为主的接受学习模式起到调节和矫枉的效果，以及对培养学生的创新精神和实验能力，进而唱响素质教育的主旋律产生应有的促进和推动作用。
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