美國K-12實驗教學對我國鄉村初中物理教學的啟示①

(江蘇省泰興市黃橋初級中學,江蘇 泰州 225411)

我國鄉村初中物理實驗教學普遍滯后，究其原因為:在課程匹配程度、實驗教學資源、教師教學理念、教學組織形式、教師教學技能和學生學習方式等方面都存在不足。恰逢江蘇省組織骨干教師赴美學習考察,筆者觀摩了美國東西部K-12(基礎教育)階段五所學校的實驗教學,聆聽專家報告,與授課教師以及學校管理人員進行交流,體會到美國的實驗教學有許多好的經驗,能啟發我國鄉村初中教師開展物理實驗教學改革。

1 對教材內容進行靈活的二次開發

對教材的“二次開發”,主要是指在課程實施過程中,依據課程標準對既定的教材內容進行適度增刪、調整,合理選用和開發其他教學材料,從而使之更好地適應具體的教學情景和學生的學習需求。

美國基礎教育階段的教材也是依據國家課程標準,由不同出版公司組織編寫,通過競標被各學區或學校選用。筆者走訪發現:在美國K-12階段的學校,老師很少嚴格按照教材授課,通常會根據學校的教學特色或自己的教學風格對教材進行二次開發。美國倡導STEM教育,許多學校都擁有屬于科學、技術、工程、數學等方面的特色課程,這些學校會對相關學科的教材內容進行拓展和延伸,或者開發校本課程來替代部分教材內容,使之更具實踐探究的空間。例如:普里斯克小學的特色課程是工程和科學,從小學一年級開始就讓孩子去經歷工程設計和實踐體驗;KING/DREW醫學和科學英才高中在生物課程的基礎上,開發出了醫護技術實踐的校本課程。美國教師有時也會根據教學設計的需要、教學進度的要求、學生的學情等對教材進行二次開發，展現了美國教師對教材處理的靈活性。

在我國義務教育階段,不可能允許像美國那樣大自由度地對教材內容進行處理。但我們可以借鑒美國教師對教材處理的經驗,針對各地區、各學校和教師個人的實際情況,在國家課程標準的指導下,本著有利于發展學生核心素養的原則,靈活地對教材內容進行二次開發。

有調查研究發現:我國鄉村初中的物理實驗教學,教材規定實驗的平均完成率不足4成,其中演示實驗的完成率接近60%,學生實驗的完成率約為30%，大部分學生實驗被教師處理成演示實驗,教材中要求學生課后動手的小實驗完成率約為25%,而綜合實踐活動中的探究性實驗完成率竟不足5%。主要原因有:實驗器材老舊、殘缺,許多實驗完成不了。實驗教師缺編現象嚴重,任課教師沒有充足的時間準備實驗。學生的動手能力欠缺，鄉村家庭缺少對孩子家庭實驗的支持。

面對種種客觀因素,有必要打破常規,創新教學形式,合理地對教學內容進行二次開發,改善鄉村學校實驗教學的不利局面,打造鄉村初中獨特的實驗教學特色，可以從以下方面進行改革與實踐。

1.1 同步完成多個實驗的教學任務

針對實驗器材不全、實驗教師不足的窘境,把類似或相關聯的實驗放到一起做。例如，把水的沸騰實驗、晶體和非晶體的熔化與凝固實驗安排到一節課上完成，把測定值電阻阻值的實驗和測小燈泡功率的實驗放到一起做。這樣能夠節省實驗準備時間,提高工作效率,緩解人手不足的壓力。鄉村初中班級學生數較少,有利于分組合作學習。如果實驗器材充足,可以在同一小組內完成對比實驗。如果實驗器材欠缺,也可以讓不同的小組分別完成一個實驗,然后互換實驗項目,保證學生對每個實驗都有所體驗。必須明確的是,把幾個實驗放到一起做,教師要對相關的教學內容進行調整與重組。

1.2 發揮低成本實驗的教學功能

由于鄉村初中學校的課堂演示實驗、學生分組實驗和課后小實驗不能保質保量地完成,導致鄉村學生的實驗探究能力,相比城市學生有較大的差距。為此，可以把教材中讓學生課后動手的低成本實驗移植到課堂上,改變教學方案,讓學生親歷選材、設計、操作、觀察、分析、評估和交流等過程,培養其實驗技能。低成本實驗既能部分替代教材中的演示實驗和學生實驗的功能,又能緩解鄉村家庭對學生家庭實驗支持力度不夠的矛盾。這些小實驗的器材來源廣泛、成本低廉,主要是學生日常的生活用品、學習文具、廢棄的瓶瓶罐罐等。當然,教師也要幫助準備一些輔助實驗儀器,這雖然會增加教師的額外工作量,但對提高教學效果大有益處。

1.3 合理利用鄉土實驗教學資源

鄉村初中擁有城市學校不具備的鄉土教育資源，可以結合教材內容,利用鄉村的農、畜、牧業資源,開發具有鄉土特色的實踐體驗活動,讓學生在實踐中感悟科學,創新應用。例如，在學習“簡單機械和功”時,可讓學生體驗農耕活動，在養殖場所的日常管理中應用力、熱、電、光等方面的科學知識，參與豆腐制作的綜合實踐活動,運用物理知識解決實際問題。鄉村物理教師要走出校園,走進社區、村民的生活圈子,去尋找和積累有助于實驗教學的鄉土素材,運用教學智慧,進行合理的開發與整合,用作教材實驗的補充。

2 教師擁有個性化的實驗教學資源

走進美國K-12階段學校的科學實驗室,隨處可見教師自己制作的教具,有的教師為一個實驗甚至準備了幾種不同的器材。例如，在普里斯克小學二年級的一節科學課上,老師在“平衡”的教學中,演示用的器材就是乒乓球、自己喝水的杯子和隨手拿起的一本畫冊,而學生分組實驗器材則是一張剪成龍蝦形狀的硬紙片和兩個普通的夾子。ROYAL中學的物理教師將一根沉重的長方木料在重心位置水平支起來,用高爾夫球桿套子經毛皮摩擦后,吸引木料的一端使之水平旋轉,演示靜電現象。他們自己準備的實驗器材結構簡單,構思巧妙,效果良好。筆者訪談了那些教師,了解到他們舍棄現成的實驗器材,不惜精力、自掏腰包來籌備或制作教具,體現了每個教師的個性和創造性,并期望能把這種品質傳遞給學生,同時讓學生體會到科學離他們并不遙遠。

相比發達國家,我國學生的創造力不足,跟我國缺少有創新精神的教師隊伍有很大關系。考試成績依然是評價教學質量優劣的唯一標準,在“減負增效”的號召提出后,學生在校時間減少,要在較少的時間內提高考試成績,“滿堂灌”又成了許多教師的捷徑。教材規定的實驗能做則做,不能做的用視頻或課件代替,實在不行講講就算了。長此以往,滋生了教師在實驗教學中的惰性,限制了學生創造力的發展，[1]這種狀況在鄉村學校尤甚。

實驗教學是學生樂于接受的教學方式,是培養學生創新能力的搖籃,能夠提升教師在學生心目中的魅力值。鄉村初中的物理教師,應該發揮主觀能動性,開發個性化的實驗教學資源,亮化自己的課堂，需要做好以下工作。

2.1 充分利用好身邊的物品

鄉村初中的部分實驗器材殘缺不全,需要教師彰顯教學智慧,尋找合適的替代品來完成實驗教學任務。在日常學習和生活中,許多物品可以用來替代專門的實驗器材,充實自己的實驗教學資源。例如，利用電磁爐和兩只大小不同的鐵鍋(如圖1),替代酒精燈、大燒杯和小試管,來探究“液體沸騰的條件”,加熱時間縮短,可觀察小鍋中液體是否沸騰的現象,比用小試管實驗現象更明顯。利用直尺和文具盒模擬撬棒撬石塊的過程,可以讓學生輕松地體會到兩種撬法中支點位置的變化和省力程度的不同。讓學生利用書本和文具設計幾個慣性小實驗,可感悟到慣性現象的無處不在。利用身邊的物品做實驗,簡單易行、成本低廉、貼近生活,值得在鄉村初中大力推廣。

圖1

圖2

2.2 自制實驗教具或改進實驗方案

有些實驗器材在生活中找不到直接替代品,需要教師自己動手制作。例如，探究光的反射規律時,可以在玻璃魚缸上蓋一塊玻璃板(如圖2),把小平面鏡放在缸底,用紅線(或細長的吸管)代替法線,借助檀香制造煙霧。在豎直平面內改變入射光的方向,可以看出反射角隨入射角的變化而改變。繞著魚缸在水平面內改變入射光的方向,可以讓學生清晰看出三線始終共面。又如，把實驗室配備的浮力實驗演示儀改進一下,可以用來完成探究浮力產生的原因、探究影響浮力大小的因素和探究阿基米德原理等多個實驗,一物多用,經濟高效。[2]

有時改進實驗教學方案,也能產生出其不意的效果。例如，在蘇科版九年級上冊“初識家用電器和電路”教學,根據項目學習的理念設計教學,讓學生課前每人制作一個手電筒。在課堂上交流討論：要使小燈泡亮起來需用到哪些電路元件?它們的作用是什么?你制作的手電筒有什么不足?需要怎樣改進?通過問題鏈的引導,學生在合作探究的過程中,輕松愉快地學到知識、掌握技能,并且這種探究熱情在后續學習中會延續很長時間。鄉村物理教師如果堅持自制或改進實驗教具,不斷創新實驗教學方案,既能出色地完成教學任務,又能打造自己教學的品牌,更能緊緊抓住學生的心,一舉多得。

2.3 建立學生自主實驗的視頻資源庫

隨著網絡和多媒體技術的發展、智能手機的普及,鄉村學生在線學習的機會日益增加。網絡上有豐富的實驗教學視頻資源,可以作為實驗課的補充。但網絡上的海量資源會給學生帶來選擇的困難，同時由于此類資源的單向傳遞性質,學生只能被動接受。理想的在線學習要能夠互動,能夠呈現學習的過程,而不僅是學習的結果,有助于學生對自主學習的診斷、評價和改進。鄉村教師要鼓勵學生自主完成一些小實驗,請家長或同學幫助拍攝實驗過程的微視頻,共享到班級的在線交流群,以便相互學習借鑒。學生的實驗視頻可以從四個方面取材:一是展示測量工具的規范使用，二是呈現分組實驗的操作細節，三是展現小實驗的完成情況，四是采集生活中的趣味物理現象。

要拍攝高質量、有價值的學生自主實驗視頻,教師必須對學生進行培訓,要做到操作與解說同步,能呈現操作的細節,凸顯生動的物理現象,逐步學會用科學、簡潔的語言描述現象和表達結論。教師要把學生拍攝的微視頻收集起來,分類保存,建立視頻資源庫。通過優選和簡單的后期制作,就可以獲得優質的課堂教學資源,既能使教學具有針對性,又能使學生獲得成就感,培養實驗探究的興趣。學期結束時,教師把每個學生一學期的實驗視頻打包返還,就是給予他們生命歷程的最好獻禮。

3 結語

通過對美國K-12階段學校的課堂觀察,筆者發現他們在實驗課上通常會配一名助教,協助上課教師準備實驗器材、解決疑難問題和處理突發事件。這種教學組織形式傳承于20世紀50年代美、英等國的協作教學,對于我國鄉村初中實驗教學人手不足的現狀有借鑒意義。鄉村初中物理教師也可以相互協助,共同擬定實驗教學計劃和準備實驗,在進行實驗教學授課時相互擔任助教,保證實驗教學任務的有效落實。

美國K-12階段實驗教學經驗對我國鄉村初中物理教學有借鑒意義，要推進物理實驗教學改革,關鍵還是要認清自身的優勢和存在的問題,取長補短,活學活用。

參考文獻：

[1] 陸海軍.初中薄弱學校物理常態課教學存在的問題與對策[J].中學物理(初中版)，2016,(1):3-4.

[2] 劉宏.改進的浮力實驗演示儀[J].物理教學探討，2010,(12):58-59.