以观察实验(事实)为基础——“物理教学的基本特征”之二,本文主要内容关键词为:之二论文,基本特征论文,物理教学论文,事实论文,基础论文,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。
“物理教学的基本特征”教学理论的核心内容是:“物理教学要坚持以创设问题情景为切入点,以观察实验(事实)为基础,以培养学生思维能力为核心,以提升学生探究能力为重点的基本特征。”
高中新课程要进一步提高学生的科学素养。实验、实验教学在培养学生科学素养方面有着不可替代的作用。“以观察实验(事实)为基础”是“物理教学的基本特征”教学理论的核心内容之一。物理教学为什么要以观察实验(事实)为基础、新课程背景下如何看待物理实验、做好物理实验是物理教师普遍关心的根本问题。
一、实验能够尽显物理学的魅力与神奇
语文课上一首诗篇可能引起学生心灵的触动,地理课上一个生态循环系统可能会引起学生的广泛兴趣,政治课上一个投资赚钱的案例可能令学生兴奋不已,艺术欣赏课可能使学生陶醉于其中,……我常想,物理教学靠什么能够持久性地吸引学生,激发学生学习物理学的热情,使学生崇尚物理、热爱物理、崇尚科学呢?想来想去,就是一句话,靠物理学的魅力、靠物理规律的神奇。物理学的魅力何在?物理规律的神奇何在?在我看来,物理实验能够尽显物理学的魅力、尽显物理规律的神奇。
历史上,一把解剖刀、一只青蛙腿引发了“动物电”;一个斜面、一个小黄铜球证明了匀变速运动的存在;一段通电导线、一个小磁针使人类认识到电与磁之间有着密切的联系;一个软铁环、两个小线圈、一个小磁针,结果人类发现了电磁感应现象;……正是这些实验室里的“小物件”的“一举一动”使科学家发现其中绝妙的规律。这些规律的发现,带来的是全人类的文明。当然科学家能够发现“一举一动”中的奥妙绝非偶然,是“上天之神”对他们长期卓绝工作的报答。
这些实验在我们教师心中都是很了不起的,都应该是很神圣的。我们应抱着对科学家、对实验很景仰的心情,向学生介绍或重现这些实验。使学生能够感受到“小线圈中的大物理”。相反,如果这些实验,让学生感觉只是一些“小物件”“小戏法”“小儿戏”,那就与物理教育大相径庭了。
中学课程中的一些物理实验能够使学生受到震撼、对学生形成冲击。试想,如果不是物理实验,谁能相信,平抛运动与自由落体运动具有相同的运动时间;谁能相信,单摆、弹簧振子的大振幅与小振幅的振动具有等时性;谁能相信,没有空气阻力,羽毛与铜钱具有相同的下落规律;谁能相信,波动不可能发生“随波逐流”;谁能相信,一个指头可以弄断钢丝;……精神生活中我们可以将“西湖比西子”,但在决定行为和做出决策时我们要遵从客观规律,这应该是物理课程带给学生的启迪,也是科学发展观的真实体现。
二、实验在物理教学中的基础性地位
物理教学要坚持以观察实验(事实)为基础,这主要是由物理学的特点,学生认知规律、认知心理和物理课程的培养目标所决定的。
1.实验是认识物理知识的基础
从认识论的角度看,人的认识一般是从实物、图形到字符系统的渐进过程。实验接触的就是实物,实验过程是实物动态变化的过程。通过实物的动态变化,使学生形成感性认识。
学习物理学的过程,无论是对物理现象、物理事实、物理概念、物理规律和物理理论的认识和掌握,都需要以感性认识作为基础,没有感性认识,无法形成理性认识。感性认识可以来源于实际,也可以来源于实验。一般来说,从实际中得到的感性材料会有多种复杂的运动形态交织在一起。现象与本质、宏观与微观、可见与不可见的各种因素交融在一起。这种感性材料很重要,通过观察和分析,透过现象看本质,抓住其中带有规律性的内容,这对于学生形成科学性认识非常重要。但是从传承的角度来看,物理教学中我们更需要使学生形成一些简化和直接的感性材料,这时实验就显得特别重要。因为物理实验是利用科学的器材和仪器,通过人为控制和调控,排除次要因素,使之按照预期的过程变化,而且便于重复操作,易于观察的一种科学实践活动。通过实验让学生看到简单、明快的物理事实,形成感性认识,这是物理实验的作用,这是物理实验独特的特性。
例如,北京市门头沟区育园中学的付利慧老师在介绍变压器时,利用可拆变压器做了一个实验,如图1所示。
图1
原线圈接电源,副线圈接一个小灯泡。实验时一名学生手推部分铁芯,让全班学生观察变压器的铁芯从完全开放到全部闭合的过程中,小灯泡的亮度变化情况。这个实验不仅使学生认识了变压器,而且充分展示了变压器闭合铁芯的作用,收到很好效果。
再如,北京丽泽中学的陈磊老师在《光的折射》的课上做了一个实验。一束激光,射入白糖和水制成的饱和溶液内,结果激光在溶液中连续弯曲,实验现象引起学生的极大兴趣。这个实验使全班学生对光的折射现象形成鲜明而深刻的认识。课堂小结时,陈老师让学生回顾一下本节课最大收获是什么?一名男生不假思索地说:“这节课最大收获是我看到了光在不均匀介质中发生(拐弯的)折射现象。”
物理教学“以物论理”即以实验、事实为依据,以理性思维为核心,实验(事实)与理性思维的相互作用促进物理学的发展,促进自然科学的发展。
2.实验是培养学生学习兴趣的有效方法
有许多实验,现象非常明显,有些实验现象与学生在日常生活中形成的经验发生冲突。这时实验对学生能够产生很大的吸引力,学生会有解决问题的期待,从而调动学生的学习积极性,培养学生的学习兴趣。
例如,北京师范大学第二附属中学的韩立新老师在《电磁感应现象》的一节课上,先演示磁铁在空气中下落的情况,接着让该磁铁在一根铝管中下落,结果磁铁下落得缓慢。这个实验使学生产生认知冲突,引起学生的兴趣,引发学生的思考。
再如,北京师范大学附属实验中学的王运森老师在介绍牛顿第一定律时,设计了一个学生参与的实验。王老师请一名学生用气吹悬挂的乒乓球,乒乓球随气而动,摆出一个很大的角度。然后让这个学生用气吹悬挂的钢球,只见这名学生,用足力气吹气,结果钢球“丝毫不动”,全班同学情趣盎然。这个实验使学生对惯性与质量的关系获得直接经验。同时很好地调动了学生的学习积极性。
实验既可以激发学生的直接兴趣,也可能使学生产生间接兴趣。当实验使学生产生认知冲突时,实验不仅使学生产生直接兴趣,而且能够使学生产生间接兴趣,间接兴趣会使学生形成很强的自觉性和主动性。
3.实验是使学生形成科学态度的重要过程
科学态度是科学素养的重要内涵之一,物理教学要培养学生的科学态度。
实验是人与无言物质的一种对话方式。中学物理课程中,开设的实验活动是一种科学体验的过程,实验中的每个环节都要认真对待,都要认真操作。实验中的操作步骤一般来说是有严格程序的。实验过程中的一个环节处理不当,一个操作失误就有可能影响整个实验的效果,所以实验过程就是一个认真做事的过程,实验可以使人养成良好的认真习惯。
实验过程中要进行测量,要进行数据记录和数据处理,要进行实验结果分析。如在进行数据记录时,无论是教师还是学生都要尊重实验数据,因为测量数据是客观情况的直接反映,不能轻易进行人为的修改,这是对实验者起码的规范和要求。处理数据可以用不同的方法,但要采用科学的方法,如中学物理实验常用的方法有,计算法、图像法、图表法等等。演示实验通过教师的一招一式,学生实验通过教师的有效指导,实验过程通过规范化的操作,实验结果通过科学分析和论证,均能够有效地培养学生实事求是的科学态度。
4.实验是培养学生思维能力的重要途径
教师组织学生做实验,让学生直接看到物理现象,看到物理事实,这是实验的基本内容。更为重要的是,要使学生通过对实验现象和物理事实的观察和分析,抓住其中本质的东西。而本质的东西,通常反映的是客观规律。对客观规律要用科学语言和科学方法进行表达和表述,使之上升到物理概念和物理规律的层面上。这一过程是实验的重要目的,这个过程能够有效地培养学生的思维能力。
例如,北京四中李德胜老师在《描绘小灯泡伏安特性曲线》的课上组织学生进行实验探究。学生通过实验探究,得到小灯泡的伏安特性曲线,如图2。
图2
从本节课的课题上看,得出该曲线就完成了教学的基本目标。由于四中的学生学习基础比较好,课上学习任务并没有到此结束,而是根据学生所描绘的实验曲线,继续完成了:曲线说明什么问题?如何利用曲线确定小灯泡的电阻?小灯泡电阻变化的特点?小灯泡的电阻发生变化的原因?等一系列学习任务,这些学习任务正是培养学生思维能力的重要过程。
再如,在组织学生学习《楞次定律》的内容时,无论采用教师演示实验的方式,还是采用学生分组进行探究的方式,常做的实验是观察条形磁铁插入或拔出线圈的过程中,电流表指针的偏转方向。这个实验,实验现象看着简单,磁铁一插,指针一偏。但是如何从看到的现象中总结出其中的规律,把规律用物理语言进行表述,却是一件很不容易的事情。因为规律的得出要经过分析、综合、推理、判断和概括等一系列过程。而这些过程正是培养学生思维力的重要过程,学生的学习能力,物理素养在这样的过程中逐渐提高,学生的智慧就在这样的过程中逐步形成。
5.实验是培养心智技能和操作技能的重要实践
物理实验对学生来说是一种科学的实践活动,这种实践活动对学生来说是有一定难度的。
实验中有诸如:观察、读数、记录、制表、作图、简单计算等一系列活动。实验要动手操作。动手操作的过程既有个人的手、眼之间的协调配合,有手、脚之间的配合,有手臂与手指之间的协调配合。实验过程使上述操作技能得到培养。
实验中有诸如:心算、估算、控制变量,控制实验节奏等一系列活动。分析实验数据时:要用比例方法、类比方法、特殊点分析法等一系列方法,实验过程使上述心智技能得到培养。
目前,中学组织开展的学生实验活动,一般都是小组式的。有些实验需要两个学生一个吹笛,一个捏眼的协调配合才能完成。有些实验则需要几个学生共同完成。在完成实验的过程中,同学之间需要互相配合,互相交流,互相帮助。实验中最高境界是同学之间的互相欣赏,因此实验过程能够有效地培养学生的合作意识与合作能力。
实验中既要动脑思维,又要动手操作,还要动口交流。实验中,学生获得的直接经验和各种体验是其他教学方式都无法替代的。不难想象,如果在中学阶段学生的操作技能和心智技能没能得到相应的培养,则会造成他们终身的缺憾。
6.实验是培养创新精神、实践能力的重要基础
实验教学和实验探究中,经常要进行实验方案的设计。设计实验方案,对学生来说既是综合应用知识的过程,又是发挥学生的想象力和创造力的过程。在这样的过程中,学生的创新精神和实践能力能够得到培养。
例如,福建省厦门第一中学的杨学切老师的《探究滑动摩擦力》的一节课,在2009年获得全国中学物理教学改革创新大赛的一等奖。课上杨老师组织学生设计探究测量滑动摩擦力大小的实验方案。
同学们一边设计方案一边进行操作体验,结果出现几种测量方案。
方案一、用弹簧测力计匀速拉动木块;如图3(a)
图3
方案二、用勾码代替测力计匀速拉动木块;如图3(b)
方案三、用水平放置的弹簧测力计固定木块,拉动木板;如图3(c)
方案四、用竖直放置的弹簧测力计通过定滑轮固定木块,拉动木板;如图3(d)
课上对几种方案的优劣做了讨论。最后形成,在方案四的基础上用传送带代替木板进行测量的实验方案。
从学生进行的设计方案、操作体验,讨论方案优劣的过程中,我们能够鲜明地感到学生是在经历创造性的过程。学生的创新精神和实践能力在这样的过程中得到培养和提高。
三、物理实验是教师教学基本功的重要内容
新课程要有效地推进素质教育,关键在于教师,在于教师的教育理念,在于教师的综合素质。教师要将先进的教育理念,转化为具体的教学行为,需要教师具有较为扎实的教学基本功。在新的历史时期,我认为教师的教学基本功,应包括:教学语言、板书板画、实验和信息素养。新课程背景下要实现教学方式多样化,有效地实施探究性教学,物理教师的实验基本功,显得尤为重要。因此有意识、有目的、有计划地加强实验基本功的修炼,是促进教师专业成长的具体而有效的措施。
北京教科院基教研中心物理室为了加强物理教师队伍建设,自2006年以来开展了“实验项目工程”。其中2006年举行了北京市第一届实验技能比赛,2008年举行了北京市第二届实验教学比赛。现已拟定2010年举办北京市第三届实验创新比赛。
“实验项目工程”,包括每届的主题比赛。在各区县实验比赛的基础上进行全市的决赛。决赛分为实验笔试、实验技能、实验教学、答辩等内容,最后评出北京市实验比赛的一、二、三等奖。“实验项目工程”,还包括获奖教师的优秀实验展示,实验录课,实验专题讲座等一系列活动。
通过实验项目工程的系列活动,在北京市形成研究实验、研究实验教学的良好氛围,为教师提供了展示才华的舞台。活动受到一线教师的广泛关注和赞许。东城区获得实验比赛一等奖的青年教师满娜深有感触地说:“实验系列活动为中学物理教师们提供了一个学习、展示和交流的平台,更重要的是它给整个北京市中学物理教师带来了新的思考,即在新课程理念指导下,我们应该给学生创造一个怎样的实验教学环境,使学生在教师的指导下经历实验和探究的过程,从而感悟物理学的研究方法,逐步形成科学观念,提高科学素养。”
课程改革实践中,广大一线教师开动脑筋,不断探索,大胆实践,勇于创新,将传统实验与现代信息技术有机结合,创造了大量极具特色的物理实验,提高了课堂教学的质量,丰富和优化了北京市的教学资源,为北京市的物理教学形成首都特色作出了突出贡献。
注:《以创设问题情景为切入点——为“物理教学的基本特征”之一》见本刊2010年第5期