科技與人文融合背景下的中學物理設計型實驗的教學研究*

蔣賽蒙 沈振江

(海南師范大學物理與電子工程學院 海南 海口 571158)

李宏

(洛陽師范學院物理與電子信息學院 河南 洛陽 471000)

1 引言

設計型實驗以培養學生綜合素質、創新能力為目標[1]，是根據一定的實驗目的和要求，利用所學知識和技能，設計制定完整的實驗方案，并進行實驗的一種實驗訓練形式，被視為培養學生創新能力和實踐能力的有效途徑.

科技是對客觀世界及其規律的求真認知[2]，人文是對精神世界的求善追求，兩者共同構成了人們對世界的認識.在教育方面，很早以前就有人提出科技與人文融合的思想，例如，以馬斯洛、羅杰斯為代表的人本主義認為，在教學過程中，要以學生為主體，尊重學生的人格，充分發展學生的學習興趣和學習動機.現今素質教育倡導要促進學生德、智、體、美、勞全面發展，這正與科技與人文相融合的思想不謀而合.

早在2001年，《基礎教育課程改革綱要》中就提出：要使學生形成正確的人生觀、價值觀、世界觀，具有社會責任感，努力為人民服務，具有初步的創新精神、實踐能力、科學和人文素養以及環境意識[3].物理學本身的求真、求實、尚理精神正是科技與人文融合的最好體現.

目前中學物理教育中[4]，設計型實驗面臨著教學內容占比較少、重視程度不夠、學生的訓練程度不夠、教學評價不夠完善等問題，這顯然與學生全面發展的初衷不相符.從科技與人文相融合的角度出發[5]，能夠從多方面對目前中學物理設計型實驗面臨的問題進行全面、深入的剖析，并提出一定的解決方案，為解決問題提供新穎的思路.

2 設計型實驗的特點及現存問題

2.1 較大的開放性

設計型實驗在實驗內容和實驗形式方面具有較大的開放性，從最初的實驗設計到最終的實驗結果分析都需要大量知識的綜合運用.學生在實驗過程中必須要將之前所學進行充分調動.此外，設計型實驗需要學生具備一定的綜合思維能力，甚至是一些突破性的創新思維才能夠完成.但這需要學生具備較強的基礎和能力，同時教師在實驗中進行知識引導時，也需要教師自身具備較強的綜合素質.

因此，目前設計型實驗在中學物理教學中所占比重較小，這會帶來多個方面的弊端：

(1)學生創新性訓練減少，不利于學生所學知識的綜合運用；

(2)教師指導開放性活動減少，不利于教師綜合教學能力的提升；

(3)單一固定內容、形式的實驗內容占比較大，難以形成知識融會貫通的良好氛圍.

2.2 較大的不確定性

設計型實驗由于其實驗者的主觀意識作用較強，因此具有較大的不確定性：

(1)實驗目標方面，設計型實驗往往是基于某個特定物理知識的驗證展開，在實驗目標的提煉中存在較大差異；

(2)實驗原理方面，實驗原理是基于實驗目標進行的設計，會出現很多的可能性；

(3)實驗器材方面，實驗原理不同，實驗器材的選擇也會不同，此外也存在著參數范圍的不同組合；

(4)實驗內容和實驗表格方面，基于實驗原理，對實驗內容和表格進行規劃和設計，重難點的側重、步驟的順序、觀測量的選擇、方法的組合等都會存在較大差異；

(5)實驗結果方面，實驗結果與實驗內容直接相關，但更為重要的是，獲得實驗結果后的結果分析才是訓練的關鍵環節，這一點很大程度上取決于實驗者個人.

因此，目前設計型實驗在開展形式上缺乏一定的范式，造成教學中缺乏較為標準化的教學和評價體系，大大制約了這一利器在學生能力提升中的作用.

2.3 采用小組協作的形式來開展設計型實驗

設計型實驗要想達到很好的訓練效果，采取小組協作的形式來開展是比較好的.小組協作可以有效地組合每位成員的強項，不論在知識還是能力方面，都能夠達到迅速提升整體水平的效果.此外，在小組協作的交流過程中，每位成員能夠對自己所不擅長的方面有直觀的認識，對自己所擅長的方面也能夠獲得快速的反饋.

但是，目前中學物理教學中，小組協作的教學和學習方式仍較為欠缺，對學生而言，不能很好地熟悉和掌握這一學習方式，對教師而言，不能夠得到團隊組合的教學把控訓練.

3 科技與人文融合背景下的教學原則

3.1 理性思維和感性思維相結合

教學活動離不開思維方式的選擇，從邏輯性方面來劃分，思維可以分為理性思維和感性思維[6].理性思維是指借助抽象思維來把握事物的本質、事物的整體、事物內部的聯系、認識、特點，以抽象性與間接性為特點.感性思維是指借助形象思維，以生動、豐富、具體的形象來直接反映外界事物，和客觀事物直接聯系，幾乎無中間環節，是對事物的各個片面、現象和外部聯系的反映.

對于物理學來說，理性思維是主要的思維方式，但要想對知識有更為豐富、更為深入的理解，并獲得創造性的結果，那么感性思維也是必不可少的.歷史上，很多重大的物理發現都是從科學家對身邊事物的感性思維出發獲得的，“興趣是最好的老師”就是對這一現象的最好詮釋.從感性思維出發，為了解決某個問題，進而運用理性思維對現有知識進行實驗和理論的設計，進行研究獲得結果，這正是推動物理學發展的源動力.因此，在科技與人文融合的背景下，在教學中將理性思維和感性思維相結合，是取得突破的一個關鍵原則.

3.2 跨學科研究方法的結合

從科學發展的歷史來看，當今所有的學科都是由最初的一門或幾門學科分化而成.每個學科都有自己獨特的研究領域，與之相對應的多種研究方法也應運而生[7].學科細化的優點在于可以使人系統地、快速地精通某個領域，獲取相應的專業知識和技能，但其弊端在今天也逐步顯露出來，特別是對于教育領域，那就是缺乏了對人才培養的全面把握和均衡發展.究其原因，不外乎是對內容和方法的片面深入，而忽視了事物的整體規律.

對中學物理教學來說，采取跨學科研究方法的結合這一原則進行教學，能夠起到取長補短、充分發揮不同研究方法優勢的效果.首先，能夠避免單一學科的研究方法帶來的缺陷；其次，將多領域觀察得到的結論組合起來，能夠獲得對事物全面的、準確的認知.

4 科技與人文融合背景下的中學物理設計型實驗教學改進

4.1 實驗教學內容和形式方面

(1)增加歷史上重要物理實驗的設計過程，創設情境，思考歷史上物理學家在面對問題時的思維方式.歷史上很多重要的物理實驗都是為解決某個具體問題而進行設計的，在實驗中既能充分體現物理知識的嚴謹性，又能利用發散性思維，采用創新的方法取得突破性的結果.這些內容在設計型實驗的教學中都能以多媒體的形式向學生展示，讓學生直觀地體會真實的實驗設計過程.

(2)增加實驗的可行性分析.設計型實驗是以完成某個目標而展開的，在實驗設計的各個環節均要體現出邏輯性和科學性，并采用一定的方法，但對于中學生而言，這種設計往往不夠完善，容易被常規的物理解題思維和方法所禁錮，這樣的話實驗也未必會達到預設的效果.這就需要教師和學生在設計實驗時對實驗進行可行性分析，從實驗學習的實際情況出發來對實驗目標、原理、器材、內容、表格等進行問題的發現，并運用一定的方法來加以完善.

(3)增加實驗結果的分析與修正，并進行反饋驗證.實驗結果是實驗設計效果的直接體現和驗證，通常在未取得實驗結果的驗證之前，難以獲得較為完備的實驗方案.因此，有必要在最初進行一定的試驗，取得初步試驗結果之后，對其進行分析，并找出實驗的問題所在，從而對問題進行修正，在修正之后再次進行重復試驗，將二次得到的結果和初次結果進行比對加以驗證，進而確定最終的實驗方案.在此基礎上，進行實驗獲得最佳結果.

4.2 教學評價方面

設計型實驗由于其開放性，難以進行標準化的評價，這也是設計型實驗開展較少的一個重要原因.為解決此問題，可以本著前一部分的教學原則，將跨學科的評價方法相結合，在現有基礎上進行以下幾方面改進.

(1)增加對設計型實驗的思維過程進行多維度科學評價.學生作為具有獨立思想和人格的個體，其思維必然存在一定差異.教學中，不僅應允許學生以自己的方式思考和解決問題，更重要的是,要尊重學生通過獨立思考所獲得的不同成果，尊重其中的合理部分，以此激發學生探索的欲望與學習的積極性.設計型實驗的思維過程本身就具有一定的發散性，因此，這里可以借鑒社會科學的評價方式.從思維過程的合理性、整體性、科學性、邏輯性、創新性等維度進行分類評價，在制定評分標準時，對每部分的評分給予一定的分數等級，每一等級界定一定的分數范圍.以此將傳統的教學測量與教學評價相結合，從而達到對思維過程的科學評價.

(2)增加實驗結果分析的評價.在實驗中讓學生進行實驗結果的分析與修正，并對此進行評價.采取同上多維度分類評價的方式，從實驗結果影響因素的提取與比重劃分、實驗方案改進的準確性、二次實驗結果與初次的比對、最終實驗方案的修正與完善等方面進行評分.以此提高學生的科學實驗分析能力.

5 結束語

本文依據理性思維和感性思維相結合、跨學科研究方法相結合的原則，對中學物理設計型實驗教學進行改進.通過增加歷史上重要物理實驗的設計過程、實驗的可行性分析、實驗結果的分析與修正，豐富實驗教學內容.通過增加對設計型實驗的思維過程進行多維度科學評價、實驗結果分析的評價，完善實驗教學評價.以此提高學生開展設計型實驗的積極性，促進學生物理知識和實驗技能的提升，達到最終提高學生科學素養的目標.