为理想之舟找到现实的航道

黄红波

实验在物理学中的地位如此重要，被尊为“物理学的基石”，甚至再给它冠上更多的溢美之词仍觉不够。实验是物理人的情结，是物理人心中的理想之舟。然而，爱之深，责之切，对高中物理实验的批评已久，小到教学，大到教育，各种林林总总的论调也是众所周知的。本文无意有所褒贬，更不想怨天尤人，而是回到现实，从几个具体问题着眼，通过对一些事的思考，试着和同行们一起为高中物理实验这艘理想之舟找到现实的航道。

就物理实验自身而言，其重要性不言而喻，然而，回到教学的范畴，就不得不将“理想”着陆到遵从学生心智发展特点和认知水平的“现实”，回到教育环境和教学条件的“现实”中来。我们需要回答高中物理实验“为何而教”“教什么”“教成怎样”这三个问题，也就是课程的目的和内容，以及教学评价。只有回答好了这三个问题，才能避免陷于空谈或纠缠在问题的细枝末节上。

一、为人的终身发展而教

目前，对“为何而教”有较高的共识，简而言之，大多认为物理实验在高中物理教学中既是“内容”，也是“手段”，要让学生掌握一些基本的实验知识和实验技能，同时，实验也是课堂教学的重要手段，可以感性地切入课程内容。

我认为，物理实验若为此而教，格调还不够！教学服务于教育，高中物理实验教学理应站在教育的高点，以人的终身发展为目标。在这一点上，物理实验教学和理论教学的目标完全一致。

从人类发展的历史来看，早在四五百年前，吉尔伯特和伽利略等一批科学家将实验观测和物理规律的研究结合起来，创造了实验的科学方法。以具体问题具体设计、有目的地控制条件、对现实进行理想化、突出主要因素、进行定量化描述等为代表的核心思想，其意义大大超过推动物理学发展本身，它已经成为人类改造世界的一般意识形态。我们的学生，将来真正从事物理学研究的毕竟只占极少的一部分，实验教学的视野应当是全体学生，在于激发其对大自然的好奇心，培养坚持真理、实事求是的价值观，教会经验与理论相结合的方法论。当更多的人喜欢上物理，懂得物理实验的美妙，其思想精髓才会成为改造世界的利器，物理实验才不会成为物理人把玩于高阁、自我清高的阳春白雪。

以人的终身发展为目标，也是现实的需要。高中生的生理和心理发育旺盛，好奇心重，这个阶段所学，通常能决定其一生的行为习惯，实验教学需要抓住这一黄金时段。进入新世纪，学生将肩负起中华民族伟大复兴的历史重任，国家建设在呼唤创新力量。高中物理教学有责任发挥其思想的独特作用，为学生的终身发展打下基础，将他们塑造成不仅乐于创造而且善于创造的建设者。这是时代对高中物理实验教学提出的要求，也是理想之舟畅游的现实航道。

二、教会受用终身的思想方法

在课程标准和教材中，高中物理实验的内容和要求都不如理论部分阐述得那样明确，而且内容分散在相应的理论章节中，教师普遍感觉很难提炼出所谓的“知识点”从而做到有的放矢。其实，抓准了为人的终身发展而教的目标，教什么的疑问就不难回答。

从一则亲身经历说起。有个研究生来找我，说想买一只精度更高的电子天平，因为我们实验室天平的精度才10mg，没法称出他所需2mg的硫酸铜。我出了一个主意，让他先称出10mg的硫酸铜，然后制成100ml的溶液，再取出其中的20ml，这不就是所需的2mg量吗？！他大为惊讶，叫着说“这样也行啊”。其实，这只是一个“测多算少”的办法。这个思想方法就在高中物理实验中，例如用打点计时器的纸带计时，用油膜法测定分子的直径。这些实验大家都很熟悉，大多也会熟练操作。想来，高中读完，哪还有实验用打点计时器来计时，用油膜来测分子直径的呢？可见，物理实验要教会学生的不只是能操作几个仪器，测准几个量，或是验证几条定律，应该有比这些更重要的东西。我们可以体会到教材将物理实验分散开的深意，是不希望教学的关注点局限在几个具体的实验中。正如1979年诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格所说，“无人无所不知，你也不必知晓一切”。教师也不可能教会学生天下所有的实验。高中物理实验教学要服务于人的终身发展要求，可将重点落在三个层次：探究问题的通用规范、解决问题的科学思想和实验研究的常见操作。

当前，教会学生探究问题的通用规范被严重忽视，实验报告册变成填空题，这是一个大问题。我看过几份美国中学生的家庭作业，他们对一个问题的探究会从背景与现状、研究方法、数据与分析、结果讨论、结论等分层次写得有板有眼，简直就是一份完整的研究论文。规范最终成为习惯，进而影响到人的终身发展。现在的学生未来都将走向社会建设，由通用规范塑化在他们身上的科学特质和行为习惯，将投射到社会生活的方方面面，小到一份调查，大到一项工程，相信这种特质和习惯的裨益绝不是会做几个实验所能实现的。

现行高中物理课本收录了不少很“美”的实验，《物理学世界》在2005年评出的十个“最美的实验”也大多收录其中。例如“光的杨氏双缝干涉”实验，明暗条纹证实光能像波一样相互干涉，从而打破对牛顿“光的粒子说”的迷信。更具启示的是，一百多年后，约森几乎是套用了这个实验，成功地实现电子的“双缝干涉”，直观地揭示出粒子波动性的奥秘。惊叹之余，我们发现物理实验之美并不在于仪器的精良，也不在于能测准到小数点后更多的位数，而在物理思想的完美呈现，在以最根本和纯粹的方式揭示出事物奥秘后所带来的震撼。

美国教育大师杜威认为学习是在指导下的发现，而不是信息的传递。同样，高中物理实验教学中要始终坚持学生的主体地位，教师要设法释放和助长学生对实验的兴趣和热情，以课本实验为载体，带领学生将动手与动脑相结合，帮助他们在实验中建构起物理思想的初级体系。这个初级体系或许很不健全，但最具有活力和延展性，是能产生与约森一样伟大创造的基础，能成为人的终身发展中取之不竭的财富。

当然，物理实验不是空中楼阁，独立使用实验仪器、熟练记录并处理数据等操作技能也不可或缺。一般教学比较强调操作的规范性和合理性，这完全必要，然而，也要防止由此产生的神秘感和教条化。朱正元先生曾经提出的“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”是一个很好的做法。放低身段，就高中物理实验而言，完全不必要纠结在实验的“高精尖”上。要鼓励学生多动脑，做实验的主人，利用身边现有条件尝试一些简易实验和家庭实验。2010年诺贝尔物理学奖鲜活地说明了这点。奖金得主海姆教授为了得到单层石墨烯，早在2003年就曾让一位刚来的中国博士生用抛光机磨薄的方法进行尝试，却只能磨薄到1000层。有一天，他看到一位扫描隧道显微镜工程师用胶带反复粘贴并撕开的方法清洁石墨表面，灵光乍现，经过近一年的反复尝试，他用这样的方法得到单分子石墨烯。方法看起来十分“土气”，却很管用。与海姆相比，中国博士生缺少了些什么？值得我们深思。我还清楚地记得，2005年高考命题时的经历，专家们设计了一道实验题，探究弹簧超过弹性形变范围时的变化规律，准备验证时，发现手边根本没有现成的弹簧，也没有砝码。于是，我们找来几根电炉丝当弹簧，收集了十多只瓷杯杯盖当砝码。为了解决杯盖质量不等的问题，我们用其中一只杯盖做标准质量单位，定标了其他杯盖的质量，最终很好地完成了实验任务。虽然我们的实验仪器看起来也很“土气”，但是，通过恰当的实验方法，同样能实现实验目的，而且收获比按部就班的重复大了许多，也可谓是理想之舟的一次小小的畅游。

三、为了学生进步而评价

“考什么教什么”与“教什么考什么”的争论似乎永无定论。在我看来，将实验题当作实验评价的标准，或将考题限制在课本实验的具体内容里，两种做法对学生的健康发展都有害。高中物理实验的教学内容要比考试题的内容宽泛得多，而且有很多内容根本无法用纸笔考出来，例如展示实验习惯、完成实验报告、过程之间合作交流等。就算实行操作考试，也很难考查情感、态度和价值观维度，更何况受场地和条件的限制，最终必将流于形式。一方面，如果教学抱有急功近利的心态，因此而减少教学内容，只会导致教育内容的狭窄化，弱化实验教育为人的终身发展而教的功能，无异于竭泽而渔。另一方面，如果试题只考课本上那几个实验内容，势必会加剧教学内容的狭窄化，可能造成教学的僵化，干扰教学目标的达成，使得该教的不教，落一个买椟还珠的结果。“教”与“考”在教育中的角色不可分割，在促进人的终身发展的共同目标下，两者融合产生评价。评价的目的是教学，是为了促进学生的进步；考试是评价的重要手段，但不是唯一手段。

俗话说“考考考，老师手中的法宝”，通俗地说明了考对教学的重要作用。在我看来，“考试”这个法宝不仅不能丟，而且要用好，要将其上升到评价的层面。现在，学生考试很多，从学期考到月考，甚至还有随堂考，但对考试结果的报道和使用不够重视，通常只有一行分数，最多再配上排名，不能不说是对考试资源的极大浪费。考试起不到评价作用，十分让人痛心。为此，需要我们遵循教育原则，以高中物理实验的内在逻辑为依据，应用教育心理学的方法，对实验考查目标进行分类，使之满足从考试到评价的升级。例如，江苏省高考将实验考查目标解析为两大维度，共3个认知领域和4个实验能力组成的12个子目标。从近几年的考试结果看，学生对基本的实验知识，例如仪器的操作和读数、数据的记录和处理等掌握得相对较好，而实验技能迁移到解决新问题方面就比较欠缺，特别是理解实验原理和评价实验方案等方面很不足。实践表明，我们需要更多地潜心研究，利用好每一次的考试结果，只有当它升级为评价，才能真正发挥其促进学生进步的力量。

用相对细致的目标分类对实验教学进行评价，绝不意味着用同一个标准将学生塑化成同一个模样。事实上，评价的目的恰好在于帮助学生认识自己，帮助他们富有个性地发展。教育家布卢姆说过：“没有预料不到的结果，教学也就不成为艺术了。”我们没有权利扼杀学生那些预料不到的结果，事实表明，许多伟大的发明创造正是来自于那些预料不到的结果。教师在演示真空玻璃管内的鸡毛和铜钱同时下落的实验时，有学生提出不同看法，认为仅将玻璃管抽成真空显示两个物体同时落下，还不足以说明落体速度与质量无关。他认为，同时下落的原因不排除玻璃管内还有其他未知因素，因此，需要看到未抽真空时两物体不能同时落下才可以。多么深刻的见解！如果教师当场不容他发言，怒斥一番，物理思想的萌芽或许由此枯萎。

四、结束语

毋庸讳言，当前物理教学的确遭遇到了一些不利因素。我们不用灰心丧气，更不能怨天尤人，应当相信物理人的聪明才智。多点学习，多点研究，真正地让学生成为实验课的主人，采用灵活多样的教学手段，提炼出课本实验的物理思想，改进评价手段。我们要站在大时代的顶峰，将高中物理实验放到“为人的终身发展而教”的航道中，让高中物理实验教学融入到中华民族伟大复兴的事业中去，这艘理想之舟一定能畅游。■

（作者系物理高考命题专家、博士，现为江苏省教育考试院研究员）