課改背景下的物理實驗教學改革研究

作者簡介：羅維治教授，桃源縣深水港鄉人(后遷居泥窩潭鄉)，生于1931年1月。曾任湖南師范大學副校長，長沙大學校學術委員會主席，兼物理與電子技術系主任，并被該校聘為“終身教授”。現任長沙大學評估辦首席專家，全國高等物理教學研究會副理事長，《大學物理》（教育專刊）副主編，長沙市物理會理事長等職。曾先后在全國學術刊物發表論文30多篇，學術著作8部，獲省級教學成果一等獎三項，國家級教學成果一等獎一項、二等獎一項，曾憲梓教學獎二等獎一項，1996年起享受國務院政府特殊津貼。

最近，作者在進行湖南省“十五”教育規劃課題“現代教育技術與物理學科整合研究”的過程中，接觸了不少中學物理教師和學生家長，他們對新課程改革極為關注，也存在不少困惑：新課程新在哪里？教學質量能否得到提高？新課程的物理實驗教學與以前有何不同？現代教育技術與物理實驗有何關系？探究性實驗與驗證性實驗有何區別等等。本文試圖就這些問題進行一些分析。

1 課改背景

這次課改是在黨中央的直接領導下，充分依靠廣大群眾和專家，研究了國內外有關基礎教育的歷史和現狀，頒布了“基礎教育課程改革綱要”，對課程改革的目標、結構、標準、過程、教材的開發與管理，教師的培養和培訓以及組織和實施都提出了十分明確和科學的規定。新的課程改革包含目標、結構、內容、實施、評價、管理六大功能。

（1）課程的三維目標：過去的物理教學目標是一維的，它過于注重知識傳授的傾向，強調基本知識和基本技能的傳授。新的課程是三維的課程目標：知識和技能、過程與方法、情感態度與價值觀。它強調學生形成積極主動的學習態度，使獲得知識與技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程。這三維目標也是國際上通用的衡量一個國民素質的標準。

（2）課程結構：新的物理課程改變過去物理課程結構過于強調學科本位，科目過多和缺乏整合的現狀。

（3）課程內容：新的物理課程改變過去物理課程內容繁、難、偏、舊和過于注重書本知識的現狀，加強了課程內容與學生生活以及現代社會、科技發展的聯系，關注學生的學習興趣和經驗，精選終生學習必備的基礎知識和技能，使物理由生活走向課程，又從課程走向社會。

（4）課程的實施：新的物理課程有效地轉變了學生的學習方式，過去的物理課程過于強調接受學習，死記硬背、機械訓練的單一學習方式。新課程強調學生學習方式多元化，它除保留接受學習方式之外，還特別強調學生自主學習、探究學習、合作學習和實踐學習，從而培養學生搜集和處理信息的能力，獲取新知識的能力，分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力。這些多元化的學習方式中，新課程改革十分重視發揮教師的引導與組織作用。學生三維目標的實現，教師水平仍然是關鍵。

（5）課程的評價：新的物理課程改變過去過分強調評價的甄別與選拔的功能，發揮評價促進學生發展、教師提高和改進教學實踐的功能。

從上面簡要分析看出，新的物理課程注重了基礎性，體現了時代性，反映選擇性，強調可操作性。這次新課程改革繼承了我國中學物理教材的精華，立足國際大平臺，促進了我國物理教材的新發展。

2 課改背景下深化物理實驗教學改革

新的《物理課程標準》指出：“實驗是物理課程改革的重要環節”。新的物理課程要求學生能動手動腦地“學”科學，改變過去以書本為主、實驗為輔的教學方式，把實驗地位空前提升。因此，新的物理課程實驗是加強了，不是削弱了。實驗是物理教學的基礎，它既是物理教學的內容，又可看作是物理教學的方法和手段。下面我們從四個方面談深化實驗教學改革。

2.1 把握新課程實驗教學內容的新特點

（1）比較新課程物理實驗與過去的物理實驗，新課程中的學生實驗與過去有如下幾點不同：

第一，更加重視利用身邊容易獲得的材料進行實驗，使生活走向物理，通過實驗又使物理走向社會；第二，新課程物理實驗除按規程進行物理實驗（如正確使用儀器，用圖像作圖法找出實驗數據中的關系，規范化的實驗步驟等）之外，還特別重視用科學知識和科學方法處理生活、生產中與物理相關的問題，如探究水餃煮沸后上浮的原因，家中搖控器紅外線穿透能力與物理材料的關系的探討，閱讀說明書并學習使用電器和儀器等；第三，新課程物理實驗強調學生對實驗過程的設計、探索，而不是死記硬背教師事先設計好了的實驗步驟；第四，新課程中學生動手操作的實驗大大增加了，真正讓學生“做中學，學中做”，以更好地激勵學生學習物理的興趣。

（2）新課程標準（高中）專門規定開設“物理實驗專題”模塊。該模塊注重從以下四方面培養學生：①經歷實驗探究過程；②強化實驗方案的自我設計；③深入對實驗過程和實驗誤差的分析；④重視對實驗方案和實驗結果的評估。

2.2 按課改要求，開發實驗教學的教育功能

（1）從課改理念看物理實驗內容。雖然新課程與過去的實驗教學類型變化不大，但它們的教育理念、教育功能卻有顯著不同。過去的物理實驗教學過分強調傳承知識，因此它突出的是“雙基”（基本知識和基本技能），仍然是“三中心”（教師中心、課堂中心、書本中心）。新的課程物理實驗強調學生自主學習，體現以學生為本，培養學生科學探究的興趣和能力，著力培養學生親身經歷、體驗科學探究的過程，培養學生學習的態度、情感，形成熱愛科學、熱愛物理，有振興中華的使命感與責任感。

（2）從課改理念看科學探究。初、高中《物理課程標準》在闡述科學探究時，都提到了七個要素：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作。談到科學探究，正如《物理課程標準》中指出的：“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。將科學探究引入內容標準，旨在將學習重心從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神。”從這里可以看出，科學探究的問題可以是教師提出的，也可以是學生提出的；探究的內容可以是課程中的，也可以是與課程有關的交叉學科的；探究的形式可以是課堂的，也可以是課外的；探究的手段主要是實驗的，也可以是實驗與現代信息技術相結合的。在這里，有幾點必須引起教師注意：一是科學探究僅是重要的教學方式之一，不是什么問題都要用探究，探究的問題要有價值。二是從《標準》中關于科學探究的闡釋可以看出，科學探索的手段主要是實驗，當然也可以與現代信息技術相結合，例如“探究大容量電容器對電路的影響”這一課題，學生可以查找有關網站和資料，了解這一課題當前的研究狀況，然后提出實驗設計方案，進行實驗，分析數據，進行評估。在這里，學生查找有關網站和資料就是利用的現代信息技術，但要得出大電容對電路有哪些影響最終必須通過實驗探究；三是無論課內還是課外的科學探究，都必須發揮教師的主導和組織作用；四是科學探究的成敗必須用三維的教學目標來檢驗，看學生是否自主地參與了這一探究過程，真正體驗到了科學探究的樂趣，從而能使學生形成正確的情感態度和價值觀。

（3）用課改理念看科學探究與驗證性實驗的差別。新課程特別突出探究性實驗，但驗證性實驗仍然需要，例如，安培計和伏特計的使用，學會正確聯結線路等。探究性實驗與驗證性實驗，有四大區別：①驗證性實驗是步驟性實驗，而探究性實驗是問題趨使性實驗，例如，如何使水火箭飛得更高？學生要解決這一問題，趨使學生選擇不同變量（火箭的材料、噴口的大小、火箭中水的質量），進行實驗設計，以使水火箭飛得最高；②驗證性實驗有助于掌握陳述性知識，探究性實驗有助于掌握程序性知識；③驗證性實驗是以已知的概念、關系為基礎，驗證它們之間的規律，而探究性實驗是以發現新的概念和關系為主要目標的；④驗證性實驗具有較大的確定性，而探究性實驗具有較大的不確定性，因此，探究性實驗在促進人的發展上具有更大的價值。

2.3 運用信息技術優化實驗教學

如何運用信息技術優化實驗教學的問題，有兩個極端情況值得我們注意：一是信息技術萬能論。最近作者參觀了一所條件十分優越的中學，他們提出的口號是“一切現代化”、“消滅粉筆和黑板”，他們的現代化指的是所有課程均用多媒體課件，學生的實驗也都在電腦上完成，有仿真實驗，計算機實時測量等。“消滅粉筆和黑板”實質上是消滅一切傳統的實驗，這是信息技術萬能論的典型。二是信息技術無用論。我們認為這兩種極端情況都是不對的。如何運用信息技術優化實驗教學？我們認為真實的物理實驗始終是為主的，現代教育技術始終是為輔的，只能用信息技術優化物理實驗教學而不能用物理實驗去優化現代信息技術。在物理教學中，凡是能做的實驗都必須做，盡管物理實驗在物理教學中具有不可替代的重要作用，但它在教學中也有許多不足：

（1）一些宏觀的物理現象無法搬到講臺上，如“船閘”，“神六”上天、返回，推土機推土，起重機吊重物等等。現代信息技術能把視頻、動畫、聲音、文字集于一體，形象生動；

（2）一些眼睛看不到的微觀現象，如摩擦起電、分子的熱運動、導體的靜電平衡過程、感應起電機的起電過程等，可以用計算機模擬顯示；

（3）有一些實驗的過程極短，如自由落體、電路的暫態過程，可以用慢鏡頭或動畫表示；

（4）一些不能做的實驗，如原子核的聚變、裂變，可用動畫顯示；

（5）一些復雜的外科手術、汽車、飛機的駕駛、信息戰爭等，我們可以用現代仿真技術、虛擬現實技術、人工智能技術、網絡技術等進行模擬。

此類例子歸結到一點，利用現代信息技術可以使課堂教學生動、形象、感染力強，不但能提高學生的學習興趣，還能豐富學生的學習內容，縮短掌握知識的過程，提高接受知識的能力。

2.4 利用日常器具在課外做物理實驗

用一些身邊簡單易得的器材或自己動手制作一些簡易的裝置，在課外獨立或合作完成的實驗，可以使學生理解到物理無處不在。如用一個吸管，將它的一端剪成喇叭口，放在嘴中吹，可發出某一個音調的聲音，然后用剪刀將吸管一段段的剪去，可聽到音調越來越高；又如，可用一個裝1升牛奶的紙盒，待牛奶用完后，在紙盒中裝滿清水，在紙盒頂端開一個孔，在紙盒底端的側壁開一個小孔。在夜晚或暗室中用一燈光照射紙盒的頂端開孔，可觀察到光線隨水從底部側壁射出，這就是有名的“丁達爾效應”，也就是今天光纖通信的原理。南京師范大學博士生導生劉炳升教授編制了許多這樣的實驗，在全國產生了很大影響。

這些課外活動實驗，是課堂實驗教學的重要補充，教師不一定現場指導，而是學生自己設計制作實驗，自己觀察思考得出結論，對學生是很好的鍛煉，能培養學生研究生活中與物理有關的實際問題的科學探究意識、探究能力和科學態度。因此，新的課改對此十分重視，在新課標教材中專門開辟了“做一做”欄目和“大家做”欄目。

以上僅是作者學習“課改”的一些膚淺體會，不足之處，請批評指正。

(欄目編輯廖伯琴)