高中生物理實驗意識的培養與實踐①

周 鵬 張錫娟

(1.江蘇省揚州中學,江蘇 揚州 225009;2.揚州大學物理科學與技術學院,江蘇 揚州 225009)

物理學是建立在大量觀察和實驗基礎上的科學，近年來由于受到應試教育等因素的影響,中學物理教學正經歷前所未有的困境。首先,目前一些學校的應試傾向剝奪了學生走進生活、接觸社會的機會,使得學生對物理現象缺乏感性認識,也使得物理教學“缺物少理”。其次,一些學校的物理教學嚴重脫離實驗,課本上列出的實驗都不能保證做齊、做好,更別說拓展性的實驗了。在很大程度上實驗教學還僅僅滿足于用紙和筆“做”實驗,學生與豐富的物理現象和事實直接接觸的機會甚少,只能按部就班地進行刻板的技能訓練,缺乏實驗意識,不會提問,無法創新。再次,盡管我們的改革口號喊得震天響,教學要以人為本,教學已很難真正激發學生的興趣和探究欲望,學生在初中階段培養的物理學習興趣到了高中后迅速衰減,物理學習也變得越發困難。

隨著教學改革的不斷推進和深入,人們已清醒地認識到輕視物理實驗的弊端,提出了中學物理教學要切實培養學生的物理學科核心素養。著名教育家蘇霍姆林斯基說過：學生對學習知識不感興趣,智力情感就會缺乏,就會對新知識、新事物變得遲鈍。好奇心是興趣的初級階段,有好奇心才會有探究,有探究才會有認識,有認識才會有創新。而最能有效激發學生的好奇心、提起學生興趣的教學手段就是實驗,必須以生活實際和實驗作為突破口。如何才能有效地改變現狀,切實提升高中生的核心素養呢?

提升素養,意識先行！我們必須從物理學科自身的特點出發,高度重視物理實驗,重視培養學生的實驗意識和探究欲望,以此帶動學生核心素養的整體提高。意識是人所特有的一種對客觀現實的高級心理反映形式，它是包括感覺、知覺和思維在內的高級認知活動。結合日常的物理教學實際,依據認知科學和心理學理論,我們實施了以下行之有效的培養途徑,進行了高中生物理實驗意識培養的實踐研究。

1 從客體感知層面培養高中生物理實驗意識

在物理教學中,我們應從多個角度讓學生覺察物理現象及其蘊含的重要概念和規律,以培養高中生的物理實驗意識。

1.1 利用貼近生活的素材,引導學生觀察物理現象

我們在教學中應積極創造機會,讓學生親歷實踐,獲取第一手的感性認知。例如,帶領學生走進自然,深入車間、田頭,這是最易激發學生的好奇心和求知欲的途徑之一。以乘車為例，沿途可以引導學生注意觀察汽車起動的過程,從中覺察牽引力跟車速的關系,理解換檔的作用與必要性；從汽車的加速和減速過程覺察物體的慣性和慣性在勻速與加速過程中的不同表現。這里還涉及相對運動、參考系、多普勒效應、共振、視差現象、大氣壓與流速的關系等等,這些都是我們課堂教學的生動素材和資源,是引導學生感知和覺察物理現象、促進學生物理實驗意識形成的利器。

1.2 通過新穎、易行的小實驗等引發疑問,激發學生的探究欲望

在平時的物理教學中,應盡可能利用身邊常見的物品,設計一些新穎、易行的小實驗和演示實驗,激發學生自主探究的欲望。同時鼓勵學生課后親自動手做一做,甚至自行設計一些小實驗,以增加學生進一步觀察現象的機會,體會理論與實踐間的聯系,從而促進思考,引發疑問,激發興趣。例如，利用筆桿配合其他物品,可演示伯努利效應、光的單縫衍射現象等；用黑板擦擦黑板,演示滑動摩擦力可以和物體(可移動的黑板)的運動方向相同、甚至可以不做功等現象,形象生動,讓學生過目不忘。

1.3 以小任務、小課題形式布置課后作業,培養學生的物理實驗意識

為提高學生的實驗意識和實驗能力,形成良好的實驗素養,平時以小任務、小課題的形式布置課后作業,增加學生動手實驗的機會。在學習初期注意以引導為主,不能太過功利,硬性要求學生拿出作品或成果,這樣會導致學生疲于應付,從而使學生失去進一步學習的興趣。

實驗教學中最關鍵的是設計思想和實驗方法,需要教師在平時注意引導和說明。在日常的教學過程中,我們應當重視并突出對物理思想和方法的教學,創設學生運用這些思想方法的情景和條件。只有真正理解了這些實驗的思想和方法,學生才能做到靈活運用，課后的小任務、小課題正好是學生親身體驗實驗設計思想和實驗方法的重要載體。

2 從主體能動層面培養高中生物理實驗意識

意識是思維主體對信息進行處理后的產物,意識產生的前提是思維活動,沒有思維就不可能產生意識。因此,我們在教學中應關注學生的思維活動,讓學生的思維不斷地對信息進行能動操作,從而培養他們的物理實驗意識。

2.1 推行以學生為中心的授課方式,滿足學生的學習需求

以學生為中心的授課風格更能激發學生的學習興趣，要讓學生真正成為學習的主人,就必須始終以學生的認知基礎為出發點,從學生思考問題的角度處理問題，要讓問題在學習過程中“自發”產生。只有讓問題能“自發”產生的“生態課堂”,才是符合學生認知規律、符合物理學習規律的高效課堂，現舉例如下。

(1)在“探究加速度跟外力和質量的關系”的實驗中,因為時間有限,很多教師都是直接將實驗的注意點告知學生,而拋開了學生的認知過程,導致實驗做完了,學生都不知道為什么要這樣做，更不知道到底在什么情況下要這么做。這里就必須留出時間讓學生進行思考和探究，可以讓學生進行分組實驗,通過分析a-F圖像和a-1/M圖像不過原點和發生彎曲的原因,在此過程中讓學生逐步意識到摩擦力對實驗有明顯影響、砝碼和砝碼盤的總重力并不總是等于其對細線的拉力,引發他們進一步思考，自主解決以上問題,最終真正理解上述實驗中的注意點。

(2)對于“力學單位制”“劃時代的發現”等非主要教學內容,教師一般會采取“翻轉課堂”的形式,學生課前通過圖書館、網絡等途徑收集相關資料，先行自學,在課堂上則是通過學生自己的講解,理順相關知識結構,掌握相關主要內容。這種授課方式能充分發展學生的個性,充分激發學生的學習欲望和潛能。

2.2 為學生平時的實驗探究提供必要的物質保障和必備的理論支撐

并不是所有的實驗都能夠通過利用日常的生活用品輕易地完成,我們一般是結合研究性學習、校本課程等方式進行必要的理論補充,進行實驗器材的使用培訓。例如：數字化實驗中各種傳感器及相關軟件的工作原理和使用方法；氣墊導軌、光電門和數字毫秒計的配合使用方法和作用；高壓放電裝置的應用(研究電場分布、尖端放電、電子風等)；涉及大學物理的一些實驗器材(板式電位差計、分光計、駐波發生器等)的工作原理和使用方法等。

3 從評價功能層面培養高中生物理實驗意識

鑒于學生的認知水平與實驗能力的限制,不能保證學生的每次實驗都能成功或達到預期效果,這就要求我們要有科學的評價方式。及時、科學的評價不但可以肯定學生已取得的成績,關鍵可以幫助學生明確方向、理清思路,激發其進一步探究、實踐的興趣,為后續的學習和研究奠定基礎。

3.1 思想方法的學習與評估

此類評估一般在實驗的開始階段進行,旨在幫助學生明確方向、理清思路,找到理想的實驗方案等。在這一環節我們往往是通過類似于開題報告的形式進行,學生利用PPT等將自己的學習和研究思路展示出來,接受同學和老師的質疑和啟發、指導。

3.2 過程性評價

過程評價關注學生學習和研究的過程,學生以簡短的書面或口頭報告的形式,向其他小組和教師進行匯報,再由其他小組成員或教師進行評價或指點,以幫助學習者及時調整思路,改良方法,順利進入下一階段的學習和研究。實施小組協作、小組競爭,及時評估學生的學習成果是常用的、及時的、高效的過程性評價方式。

例如,在“探究感應電流產生的條件”的教學中,不同學生、小組探究的形式不一定相同,通過進一步的啟發和歸類總結,可以找到共性的特征,實現學生的認知自然地從“切割”到“無相對運動”、從“磁場變化”到“磁通量變化”的逐步遞進。

3.3 成果評價

成果評價是對學習者實驗、研究結果的評價。對中學生而言,主要目的是肯定他們所做的努力,肯定其在實驗創意、創新方法、研究成果的價值和取得的成績,同時也指出相應的問題和不足,以促進他們的后續學習,強化實驗意識,提升實驗素養,為今后進行深入的學習和研究奠定必要的、堅實的基礎。

3.4 自評與互評

自評和互評在實驗的每一階段都可以進行,目的是要讓學習者明了在研究過程中存在的困難,充分展示思維過程,在此過程中相互學習,彼此借鑒,互相啟發，自評和互評也是培養和提升實驗意識和素養的關鍵環節。

4 結語

教師在教學中應基于核心素養的培養要求,提高課堂教學效率,多聯系社會生活實際,利用一切手段激發學生的學習興趣,培養其實驗意識和能力,精選、優化課后練習和學習項目,真正做到以學生為本,提升其終生學習的能力。