中学生实验反思能力培养的策略与实践*

陈海涛

(苏州工业园区星海实验中学,江苏 苏州 215021)

“反思性教学”己经成为世界教育改革的一个重要方向.但是,我国目前的反思教学研究大多停留于理论层面,以介绍国外的研究成果居多,与我国具体教学情境相结合的研究较少,针对性和可操作性不强,尚缺乏有影响的适合中国本土特色的研究成果.更值得关注的是,目前研究反思对教师职业成长作用的居多,而从“学生角度”以培养学生反思能力的研究则凤毛麟角.基于此,笔者于2011年申报了一项江苏省教研室课题,选择“实验反思”为突破口,试图为解决上述反思教学存在的问题做一些努力.下面简要介绍一下我们课题组关于中学生实验反思能力培养的研究与实践.

1 相关概念的界定

笔者提到的“反思”,是指学生通过对学习活动过程的反思来进行学习,是学习者对自己的思维过程、思维结果进行再认识的检验过程.这也可以从元认知角度来考虑,人是积极主动的有机体,其主体意识监视现在、计划未来,有效控制自己的思维和学习过程.学习并不仅仅是对所学材料的识别、加工和理解的认知过程,它同时也是认知过程的自我观察、自我评价和自我调节的元认知过程.在反思性学习过程中,反思活动进行的愈全面、愈深刻,愈有利于学习者元认知水平的提高,学习者的潜能就易于激发,从而能全面提高学习者学习的主动性、整体性,学习会取得事半功倍的效果.

对学生而言,笔者认为“反思”既可以说是一种思维方式,又可以说是一种学习方法,或者说是一种研究方法.学生借助“反思”进行学习,符合新课程改革的核心:以学生为本,以学生的学为本,以学生的发展为本.

文中所提的“中学生实验反思”,是指教师在教学过程中指导学生借助某些便于反思的策略,对所涉及的物理实验通过“反思”进行再学习、再探究,比如指导中学生对实验的原理、过程、方法、结果等方面采用“反思”的方式进行再学习.

2 中学生实验反思能力培养的策略

如何培养中学生的实验反思能力,这在我们的传统教学中所见不多.为此,我们课题组在教学实践的基础上,研究了两套便于教师指导学生实验反思的策略.

第1套:常规性实验反思策略.①反思实验的目的、实验原理、过程、方法、数据处理、实验结果、实验操作的技巧、误差分析、自己实验中的感受、存在的问题等,并将这些想法形成反思报告.②反思参与实验的主动性和与他人的合作情况.

第2套:创造性实验反思策略.①有无其他用途.即现有实验还有没有新的用途？或稍加改进能否扩大它的用途？②能否借用.即能否借用其他实验的经验？有无与过去实验相似的东西？能否模仿点什么？③能否改变.即实验的器材、步骤、测量方法、数据处理等能否作其他改变？④能否扩大.即实验中能否增加什么？实验的器材、步骤、时间、次数、温度、压强、质量、声音、光照、长度、厚度等能否增加？实验的附加价值能否扩大？⑤能否缩小.即实验中能否减少什么？实验器材能否再小点、浓缩、微型化、再低些、再轻些？实验步骤能否再省略些？实验装置能否采取内装？⑥能否代用.即能否用其他实验原理、其他动力、其他场所、其他方法等取而代之？⑦能否重新调整.即可否更换部分实验器材,用其他的型号、种类,用其他设计方案,用其他顺序？能否调整速度？能否调整程序？⑧能否颠倒过来.即可否变换正负,颠倒方位？思考反向有何作用？⑨能否组合.即整套实验器材、实验方案是否统一协调,能否进行适当地组合？能否和其他实验进行组合？其他人的实验主张能否综合？其他人的新实验设想能否综合？

对于第1套策略,是从常规方面入手,指导学生从不同的角度对做过的实验进行常规性反思.教师指导学生进行实验反思时,开始时要注意不能急于求全、求深,因为学生从接触实验反思到熟悉实验反思,终须要有一个过程;而且学生真正进行实验反思,就要认真地对自己的实验过程进行批判和再发现,难度势必高于普通的实验过程,学生无法一蹴而就.低年级的学生进行实验反思,其难度更大些,需要教师更耐心地引导和鼓励.

对于第2套策略,是把创造学方面的知识引入到实验反思中,旨在培养中学生的创新能力,对于有志趣的教师不妨一试.在指导低年级学生使用第2套策略时,要把策略中学生还没学过的物理量名称删掉,减少学生的理解障碍.

3 中学生实验反思能力培养的实践

3.1 常规性实验反思策略的实践

我们以实验反思能力相对较弱的初二学生为对象,研究他们在使用常规性实验反思策略时的表现.以“苏科版”8年级上册第5章“测量纸锥下落平均速度”的学生实验为例,纸锥(用纸折成的无底圆锥)自制,计时工具和测量工具自选,要求学生测量纸锥下落时的平均速度.

一般教学过程以学生测出速度为目标,而我们在学生完成该实验后,引导、激励学生使用“常规性实验反思策略”进行反思,结果学生提出了不少问题.(1)刻度尺的量程要选大些,可以考虑使用皮卷尺,进行一次性测量长度,减小误差;(2)用分度值较小的刻度尺和秒表进行测量,提高测量精度,减小误差;(3)在没有风的环境做,保证纸锥沿直线下落,所以做实验时要把教室门窗关好;(4)增加释放的高度,使纸锥下落时间延长,便于测量,从而减小误差;(5)在纸锥下落同时要开始按秒表计时;(6)测量纸锥下落高度要准确,可以测量纸锥尖部的下落高度,测量时刻度尺要与纸锥尖部对齐;(7)增大纸锥的表面积或顶角,使其下落慢些,方便计时;(8)多次测量求平均值,但是要保证纸锥下落高度不变,否则测量有误;(9)用先进的电子设备测量时间和高度,提高测量的精度,减小测量误差.在使用先进的电子设备测量时间同时,把纸锥换成小钢球,防止下落过程中纸锥不沿直线下落……

从该案例可以看出,只要教师引导适当,初二的学生表现也会“不一般”,通过实验反思,他们可以对实验的过程认识得更深刻,学生的“自主性”、“探究性”都能通过反思得到发展.我们发现“常规性实验反思策略”同样能提升高中生实验反思的质量.在日常教学中,教师引导学生进行实验反思的机会太少,所以教师很少能看到学生的“不一般”;另外,我们对学生的评价中,涉及到评估实验反思能力方面的评价也太少,对学生的激励不够、引导不明.所以大家普遍觉得中学生的实验反思意识还很淡薄、实验反思能力也很欠缺.难能可贵的是,现在有部分中考或高考试题,对学生的实验反思能力在进行引领性的尝试,比如让学生评估实验中的不足、提出改进措施等;还有的教材也在尝试引导学生进行反思学习,比如新版的“苏科版”物理教材在部分章末“知识梳理”中,尝试着提出一些问题启发学生进行反思.怎样增加“实验反思”在教学中的比重,仍是一个既有“魅力”却又“任重道远”的话题.

3.2 创造性实验反思策略的实践

我们也以初二学生在刚刚学习物理不久后使用创造性实验反思策略为例.在初二学生刚学习声音的产生后(“苏科版”初二物理教材第1章是关于“声现象”的.之所以选择此时、此简单内容,就是为了表明“创造性实验反思策略”的可行性、易行性),笔者就成立了几个学生小组进行了实验,笔者先为学生讲解了“创造性实验反思策略”(学生还没学过的一些物理名词要回避),然后立足课本中显示声音存在的小实验,向学生们提出了要求:你们还可以怎样显示声音的存在？

经过一段时间的探究后,学生们兴致勃勃地提交了探究成果.(1)用一个封闭的器皿,装有泡沫(纸屑),放在音响上.改变声音的响度,可观察到响度越大,泡沫飞起的高度越高.(2)用手紧贴着音响,感受它的振动.(3)将一个两端开口的圆柱形物体放在燃烧的蜡烛旁,把圆柱体的一头用塑料薄膜封起,另一头对准蜡烛.拍打薄膜,会发出声音,并可以观察到烛焰会随之晃动.(4)把喇叭对着塑料膜吹,观察塑料膜的振动情况.(5)在水中加1～2滴墨汁,不要搅拌,便于观察.然后在水中敲击音叉,观察水面的波纹情况.(6)将牛奶倒入碟子中,把铁丝的一头插在牛奶里,铁丝地另一端用手捏住,再用手指弹动铁丝,可以听到铁丝发出的微弱声响,看到牛奶表面有波纹.随着声音响度的减弱,波纹也随之减小.(7)在音叉边挂一个小球,使小球紧贴音叉壁,观察音叉发声时小球弹开的远度.(8)用细丝吊着激光笔,用喇叭对着它吹,观察地面上光斑晃动情况(该学生不仅做了该实验,还从记录的光斑图形上发现了一个规律).(9)把石头投入水中,随着“扑通”一声会看到水面的波纹.(10)在声源处涂抹上肥皂,随声音变化吹出不同泡泡.(11)将发声口对准一盆水,声音的响度会使水纹成为一幅图画.(12)放几个小喇叭在几根蜡烛周围,让这几个蜡烛燃烧,让音响在不同时间下分别开关,蜡烛也会跟着起舞.(13)在音响上装上一个管道,管道内存有可燃性气体甲烷.音箱内音乐的高低会促使管道内气流的变化,火焰也就随着高低发生变化.(14)用电子话筒将声音转换为电信号,然后用电子软件(Goldwave等)编辑成软件系统使其成为一幅电子图像.(15)可用千千静听等播放器,可以用不同的形式显示出频谱,可以看出声波的存在(需要手机或计算机及下载相应软件).(16)使用电脑软件捕获正在发声的声源并把它显示出来.(17)用高速摄相机拍下并观察发声物体振动的瞬间.(18)用医生测心电图的仪器显示声音的存在.(19)开发一套声波软件,根据不同人的声音不同识别对应的人,用在保密场所.(20)能否收集和利用噪声对水加热或者用来发电？

学生的探究成果很令人诧异,他们在“创造性实验反思策略”的启发下,把他们想到的、听到的、看到的、搜到的、咨询到的,全部用了起来,远超出了大家对“初二”学生的预期.没想到一次“实验反思”任务,引发了学生井喷式的回应.从学生的反思成果中可以看出,其成果极具个性化,在不同环境中成长的孩子,由于视野不同、兴趣爱好不同,他们的反思取向也不同,反思质量也有所不同.例如想到用电子软件(Goldwave等)显示声波存在的孩子们,平时早就有iphone手机,有意无意中就了解到相关软件的功能,等到用时则水到渠成,致使他们提出的方案也与众不同,往往质量也会高些.所以,教师在教学中如果能引导学生关注科技、跟上时代步伐,必将很有意义,这和初中物理新课标中提出的“关心科技发展”也是相一致的.总之,借助“创造性实验反思策略”,让学生经历了一次很好的创新之旅.谁说中国的孩子创新能力不足？看来只是我们没提供肥沃的土壤罢了.

对于高中生,笔者也做过研究.让某个班级的高中生学习“创造性实验反思策略”,然后让他们对实验进行反思,结果许多学生就好像打开了潘多拉魔盒,一下子提出了许多新的问题.比如指导高中学生“用插针法测定玻璃砖折射率”时,学生受“创造性反思学习策略”启发,提出了诸多问题:实验中大头钉插得不竖直会带来误差,怎么改进？实验中使用木板大头钉不易插,怎么改进？实验时怎样防止玻璃砖移动带来误差？玻璃砖质地不均匀会带来什么后果？能否利用“插针法”测量其他形状玻璃砖的折射率？能否利用“插针法”测量液体的折射率？能否用细激光束代替大头钉？能否用3根大头钉测玻璃砖折射率？能否用两根大头钉测量呢？在测量时能否不用量角器呢？为什么在长方体玻璃砖的直角一侧看另一侧的东西,怎么也看不见？能否用玻璃砖来分离白光呢？……在学生提出的诸多问题中,有的是教师事先可以预见到的,但很多是富有个性或独特的问题,早已超出教师的想象.由此可见,学习和应用“创造性反思学习策略”,确实能打开学生的思路,使整个实验过程充满开放和想象.还值得一提的是,教师在此基础上往往可以让学生展开二次探究,培养学生的创造力.就拿“测折射率”实验来说,有的小组在此基础上想出了如何改进实验装置,例如有的学生提出将实验中所用木板改为一块有磁性的平板,这样可改进在木板上做实验时插不直的缺点……;有的小组在此基础上对测量方法进行了创新或迁移,例如“三针法”测量玻璃砖折射率或“两针法”测量玻璃砖折射率,利用插针法测量液体折射率……;有的小组甚至发现了一些很特殊的问题展开了讨论,其讨论的结果常常让教师非常惊喜.实践证明,当学生学会和应用“创造性反思学习策略”后,对培养学生的创新意识和创造力起到了推波助澜的作用,就好像“催化剂”一样,使学生在探究过程中提问的能力明显提高,反思意识明显增强,创新成果不断涌现.学生的不少想法,明显受到“反思策略”的影响,在猜想、设计实验和收集证据这些重要环节上,较他们以往的表现都有所突破,其中不乏创新之举.有的想法虽然不尽完美,但却富有个性、很有创意.

在测量人的反应时间等实验中,笔者同样证实了“创造性实验反思策略”对培养高中生创新能力的有效性.

4 结束语

经过一段时间的研究,我们通过“实验反思”的案例可以发现,教师通过引导学生使用“实验反思策略”,让学生对他们所经历的实验过程中遇到的各种过程或问题进行评价、批判和再次深入探究,可以使学生对实验的整个过程认识得更深刻,可以促进学生实验综合能力的提升.久而久之,还可以让学生形成反思的习惯,可以使学生的批判思维能力、发散思维能力和创新思维能力得以发展.同时还有利于中学生产生浓厚的实验探究兴趣,形成勇于求真的科学态度,更深刻地掌握物理思想,更多地、更灵活地掌握物理方法和技巧.“实验反思”可以更好地促进学生成长.

1 熊川武.反思性教学［M］.上海:华东师范大学出版社,1999:92－108.

2 靳玉乐.反思教学(1版)［M］.成都:四川教育出版社,2006:155－219.

3 陈海涛.关于实验反思的实践与研究.物理实验.2006(7):23－26.