“非常规”物理实验概念探讨，本文主要内容关键词为：非常规论文,物理实验论文,概念论文，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《非常规物理实验：有待深入开发的重要物理课程资源》[1]一文中，我们首次提出“非常规物理实验”的概念并对其特点及教育价值进行了初步的探讨。但需要进一步阐明的问题是：为什么要提出这个概念它与我们熟知的“自制教具”“低成本实验”以及“课外实验”有什么异同？
长期以来，我们一直在论述加强实验教学的重要性，探讨物理实验的教育教学功能，但忽略了一个重要的问题，即利用不同资源开展的物理实验教学是否具有不同的功能。事实证明，实验教学的成效并不完全取决于学校实验室装备条件的优劣，也就是说，完全利用厂制仪器设备开展的实验教学未必取得良好的教学效果，而开发利用实验室之外的资源开展的实验教学未必不能取得优良的教学效果。一些教师，特别是实验条件相对落后学校的一些教师，他们凭借自己高度的责任感、能动性和创造性，在利用好学校现有实验条件的基础上，充分利用生活环境中的材料、物品或器具等开展富有个性的、多因素参与影响的实验教学活动，使物理教学过程生动活泼，学生的素质得到全面提高。这些富有成效的物理教学范例虽然不是当前新课程改革的产物，但又与新课程的基本理念十分契合，它潜在的丰富教育内涵正是我们当今需要挖掘并不断发展的，
一、从资源开发与利用的角度对物理实验分类研究的必要性
从资源利用与开发的视角，我们可以将物理实验教学分为两大类：第一类是利用学校实验室装备的专门实验器材开展的物理教学活动（简称为“第一类实验”），第二类是指有意图选择和利用实验室之外的其他材料、物品和器具等生活环境资源及研发自制的实验器具开展的物理教学活动（简称为“第二类实验”）。这种分类是在新的课程理念指导下的一种分类，有利于我们全面理解和认识“加强实验教学”的内涵以及两类实验教学具有的相同与不同的教学功能，有利于实验教学的健康发展。
我们长期以来一直强调“加强实验教学”，但现实中人们似乎不清楚是同时加强上述两类实验教学、还是仅仅强调其中之一？正是由于对这个问题的不同理解，导致了不同的教学行为、不同的管理行为以及不同的教学效果。认为两类实验形式的教学功能相同者，自然将加强实验教学理解为加强“第一类实验”教学，认为“第二类实验”是在教学条件差的年代或在经济欠发达地区的学校才提倡的做法，在教学仪器工业发达的今天，在条件优越的学校没有必要这么做。所以，教师“等靠要”的思想由此产生，学校管理者追求用“现代”“高档”实验仪器为学校“贴金”“充门面”的做法由此盛行，整齐划一的物理教育由此出现，从而导致“千校一面”、办学个性化缺失的倾向。而如果认为两类实验的教学功能不尽相同、各具独特性，那么就会把加强实验教学理解为把两类实验有机结合、优势互补，发挥实验教学的最大教学功能；就会在加强实验室建设、充分利用现有实验室资源的同时，发挥广大教师的积极性、创造性，大力推行“第二类实验”开展物理教学，使每个教师的教学彰显个性，使学校整体办学呈现特色。
可见，从资源利用和开发的角度来研究物理实验教学，有利于我们克服实验教学片面发展的倾向。要正确理解“加强实验教学”的内涵，就必须有所区别地研究上述“第一类实验”和“第二类实验”，尤其是全面深入地研究“第二类实验”，充分认识和发挥它在促进学生有效学习与全面发展的潜在功能，这对推进新一轮物理课程改革无疑是十分必要的。
进入21世纪，科学技术与教学仪器工业高速发展，随着以计算机网络和多媒体为核心的现代教学手段的广泛应用，“第二类实验”一方面呈现出新的发展趋势，它的潜在价值逐步被广大的物理教育工作者所认识，开始对它进行深入的理论研究；另一方面它也受到很大冲击，人们更多地关注实验教学手段的现代化，热衷于网络资源的开发与运用，轻视与淡化生活环境中潜在资源的开发与运用，出现“厚此薄彼”之倾向。因此，重视和加强对“第二类实验”教学的理论研究和实践研究，对于完善中学物理教学理论尤其是完善中学物理实验教学理论，促进物理教学协调发展具有重要的意义。
为了使“第二类实验”概念的内涵和外延进一步明确，给今后相关的研究工作带来方便，我们认为使用“非常规物理实验”这一概念更为贴切。
二、“非常规”物理实验的内涵
“非常规”物理实验，是指有目的地选择和利用实验室之外的其他“存在物”及利用其创造新结构开展的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验教学活动。其中，“实验室之外的其他存在物”主要指学生熟悉的生活易得物品、材料、器具、交通工具、建筑设施、娱乐器材以及人体本身等。“创造新结构”主要指根据教学需要、利用“实验室之外的其他存在物”自制或研发的实验器具。“非常规”物理实验包括自制器具实验、自组器具实验、“体感”实验、[2]徒手实验等。
“非常规”物理实验，首先是一种“物理实验”，具有科学实验的基本特征，是人为控制下有目的地观察活动，是教学意义上的感知行为，追求简单、便捷、有趣，紧密结合生活与学生经验。其次，它有别于使用工业化带来的批量生产的专门实验仪器开展的物理实验，即所谓“常规实验”，相当于实验仪器工业产生之前，实验物理学家借用生活或生产中一切可以得到的材料、物品、器具等设计进行的原创性科学探索实验，它一旦产品化和广泛推广，便转化为“常规”实验；但“非常规”实验又具有独立存在性，大多数不能成为、也不必要成为“常规”实验，如利用新鲜鸡蛋、水果、饮料瓶等生活用品开展的实验教学。第三，提出“非常规”物理实验，不仅仅是为了提出一个概念或从“用什么东西来做实验”的角度对实验教学的一种分类，其重要目的是试图从新的视角来审视它的教育内涵以及开发应用的重要价值。
“非常规”物理实验与人们熟悉的“自制教具”“低成本实验”以及“课外实验”等概念具有一定的内在联系，但也有明显的区别。通过下面的比较分析，会使我们对“非常规”物理实验概念的内涵和外延有一个更加清晰的认识。
三、“非常规”物理实验与“自制教具”“低成本实验”以及“课外实验”的关系
1.“非常规”物理实验与自制教具的关系与区别
“非常规”物理实验与“自制教具”关系密切。自制教具的一部分内容是“非常规”物理实验的前期准备，使用自制教具开展的物理实验教学活动就属于“非常规”物理实验。所以，自制教具是实施“非常规”物理实验的重要基础之一。两者的区别是：
(1)概念上的不同
“自制教具”，实际包含“自制的教具”（名词特性）和“自己动手制作教具”（动词特性）两层含义。即一方面指教师或者学生（包括其他人员）自行设计（或他人设计）、自己加工制作（也包括外协加工制作）用于辅助物理教学的一切器具；另一方面指教师或学生（包括其他人员）自己动手加工制作教具的过程和行为。可见，自制教具不是物理实验，它在一定程度上或者说不完全是为开展物理实验进行的器材准备。因为“教具”(Tesching Aid)是一个很宽泛的概念，包括挂图、模型、图表等传统的直观教学辅助工具，也包括录音、投影、电视、录像、电影以及计算机多媒体等现代的直观教学辅助工具。自制教具突出了“制作”或“研制”的含义，而“非常规”物理实验既包括自制器具实验，也包括白组物件实验，很多情况不需要“制作”或“研制”，直接将生活中或身边随手可得的材料、物品、器具、环境设施乃至人体自身等进行组合来呈现实验现象或感知物理原理。自制教具一般专指制作出有形的器具来开展实验教学，而“非常规”物理实验则包括随时用身体、四肢以及徒手感知物理量及其变化或人体自身充当实验器具来进行物理实验，所以，“非常规”物理实验与“自制教具”在内涵上是有严格区别的。
(2)目的上的不同
物理自制教具的初衷则是为顺利开展物理教学创造实验条件，部分解决实验器材短缺或不足而采取的权宜之计。有的教师开展自制教具的目的是为了教学研究、产品开发或评奖，自制的教具不一定用于自己承担的物理教学。尽管许多教师将自制教具的成果或过程运用于物理教学实践并收到良好的教学效果，这恰恰说明是开展“非常规”物理实验教学发挥的效能；如果一些教师开展自制教具的日的已经不是为了“补缺”而采取的措施，是因为发觉到它具有许多独特的教学功能而采取的有意图的教学行为，这恰恰是“非常规”物理实验概念提出者们所积极倡导的。“非常规”物理实验强调的就是教师使用自己自制的或组织学生自制的实验器具开展实验教学的行为，要求教师在新的教育理念指导下，基于一定教学理论和学习理论，以促进学生理解、生趣、探究、实践、创新为目的，为全面达成物理课程目标而开展的“有意图”的物理教学行为或学生的学习活动。可见，开展“非常规”物理实验的主张，不是针对学校实验装备条件优劣而言的，而是追求物理教学的最优效果，以利于提高全体学生的科学素质。
2.“非常规”物理实验与“低成本物理实验”的关系与区别
“低成本物理实验”(Low-cost Physics Experi ments)是国际物理教育界所倡导的一种物理教学工作行为。其宗旨是，一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学以解决或缓解实验器材短缺问题，满足经济落后国家或地区中学开展物理实验教学的需要；另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验，以提高学生对物理的学习兴趣、培养学生动手能力和实践能力。显然，“低成本物理实验”属于“非常规”物理实验，二者是从属关系，即“低成本物理实验”是“非常规”物理实验的有机组成部分，由于两者都强调“实验”特性，内涵上具有一致性。但两者也存在明显的区别，具体表现在：
(1)概念的外延不同
“低成本物理实验”强调利用价值尽可能低的材料、物品或器具做物理实验，做实验尽可能少花钱或不花钱，如利用生活中的廉价材料（如橡皮筋、气球、鸡蛋、土豆、蜡烛、塑料袋和手电筒等）、易得材料（如水杯、钢勺、塑料尺、硬币等）和废旧材料 （如易拉罐、饮料瓶、牙膏皮等）。“非常规”物理实验则强调利用一切可以利用的、环境中存在且易得的、学生熟悉的、本来用途不是用于物理实验的“存在物”开展物理教学活动，“存在物”既包括“非生命体”又包括“生命体”，其中“非生命体”不仅包含低成本材料，也包括生活环境中可利用的高成本“人工品”（如手机、电视机、电冰箱、微波炉、照相机及摄像机等），同时还包括环境中已经存在的设施（如盘山路、电梯、健身器材、娱乐器材等）及交通工具 （如公交车、地铁等）等；“生命体”既包括人（如利用人的肤觉感知物理量等），也包括动物（如利用猫、狗、金鱼等家庭宠物来呈现物理现象）。可见，“非常规”物理实验概念的外延大于“低成本物理实验”。
(2)价值取向不尽相同
“低成本实验”强调的是开发利用低廉或花费少的生活资源开展物理教学活动，其主要的价值取向是实验教学的“经济最小化、价值最大化”，即“成本低而智慧不低、成本低而技术不低、成本低而价值不低”[3]。这种“少花钱多办事，不花钱也办事”的思想和做法，最容易被经济欠发达地区的学校及教师所接受，因为这种做法可以解决器材短缺的困难，可使物理教学顺利开展。但我们也注意到，在很多经济发达国家和地区仍然在积极倡导和开发利用“低成本物理实验”。这一现象表明，低成本实验并非仅仅是字面上“使用低廉材料做实验”的表层含义，其实，用这类实验开展物理教学，蕴涵着深刻的教育思想，而其潜在的深层教育价值以及教育功能恰恰是“非常规”物理实验所蕴涵、所包容的。
“非常规”物理实验强调的是物理教学中教师、学生以及生存环境多因素影响的共同作用，强调个体与其所依存的物理环境和社会环境的相互作用，将学生的学习置于开放的、与外界不断互动的生态化系统中来。“非常规”物理实验的价值取向是生态化物理教学，生态化物理教学强调从整体性、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物理教学问题，作为一种理想、目标和价值取向，期望物理教学系统趋向或达到“高效”与“和谐发展”的状态。它主张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，努力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，使物理教学健康发展。
3.“非常规”物理实验与“课外物理实验”的联系与区别
“课外物理实验”是我们传统意义上的物理教学“第二课堂”的重要组成部分，实验活动的空间是“第一课堂”之外，一般包括“观察性实验”“课外小制作实验”“探究性实验”“趣味性实验”等等。它注重学生联系与接触生活、社会和自然，形式灵活多样，这一点与“非常规”物理实验是一致的。然而两者不能混为一谈。
(1)内涵不同
“课外实验”强调的是课堂、实验室以及教学时间之外的实验观察活动，但不一定都是利用实验室之外的资源。如“开放实验室”，允许学生课后到实验室，利用实验室仪器设备自主设计实验方案、自主进行实验探究等，其目的是，一方面弥补课内教学时间和机会的不足，另一方面满足学生的兴趣和探究等需要。而“非常规”物理实验则强调“借用它物”的实验活动，在课外实施，与“课外实验”有许多重叠一致的内容与形式，但它不仅仅局限于课外，更加注重课堂物理教学中的“演示实验”“课堂小实验”“边学边实验”以及“分组实验”中适度使用“非常规”物理实验，发挥“非常规”物理实验的自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化等因素对学生的影响作用。它不排斥常规实验，主张与常规物理实验有机配合，优势互补。
(2)教育主张不同
“课外实验”是相对“课内实验（课堂或实验室内做的实验）”而提出的，两者在教学任务与目的、内容与形式上是有区分或分下的。理论上认为“第二课堂”是“第一课堂”的补充和延伸，但实践中却存在强化“第一课堂”、弱化“第二课堂”的严重倾向。“非常规”物理实验的具体实施空间虽然也分为“课内”与“课外”，但它主张把课堂内外看成一个整体，课堂内外要和谐一致，强调将“课外”丰富生动的、与学生生活经验及经历相联系的真实“事”与“物”，通过教师的科学“编制”移置到“课内”的物理学习活动中来，即所谓“第二课堂”向“第一课堂”补充和延伸。这对物理教师提出了新的挑战，即“要求他们寻找熟悉的情境、‘图式’，并在其中镶嵌新的学习”，[4]这对调节学校正规教育中存在的诸多“失衡”问题是具有现实意义的。虽然这不是一件容易的事情，却有多种可实现的途径，“非常规”物理实验则是为此目标而提出的一种可行路径，而且一些成功的教学案例表明，这是一条行得通的路，是需要广大物理教师共同努力才能拓宽的路。