简论中学物理教师的实验素养

金厚龙

摘 要：实验是物理学的重要基础和特征，中学物理教师的实验素养是中学物理教师核心素养的重要组成部分。中学物理实验教育的各种价值及其提升功能在追逐应试教育“蝇头小利”的教学氛围中逐渐被稀释或弱化的现象反复出现。反思现状，迫切需要提升中学物理教师的实验基本功，大力提升中学物理教师的自我实验意识；不断发展中学物理教师对实验的批判反思思维；积极倡导中学物理教师成为自力更生的终身实验者；努力进阶形成中学物理实验教育的文化。这是高质量物理教育的生命所在。

关键词：中学物理教师；实验素养；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）9-0077-4

审视当下中学物理教师教学现状，可以发现教学理念的偏失以及教师教育培训课程结构的失衡造成了中学物理实验教育弱化、淡化、碎片化，有必要对中学物理教师的实验素养状况进行反思，强化中学物理教师实验素养的应有地位与价值。

1 具有自我实验意识的实验素养是中学物理教师的核心素养之一

1.1 中学物理教师应当是积极实验者的角色，实验素养不可或缺

物理学是以实验为基础的一门自然科学，所以中学物理教师的实验者角色是由学科特点所决定的。江苏省物理特级教师张善贤先生认为：实验教学是物理学科教学的源泉，是物理学科有效教学的核心工程[1]。轻视或淡化中学物理教师的实验者角色是不利于中学物理学科发展的。1976年12月6日，丁肇中教授在斯德哥尔摩举行的诺贝尔物理学奖颁发典礼上，首次用流利的中文发表了一篇激动人心的致词：“国王、王后陛下，王族们，各位朋友：得到诺贝尔奖，是一个科学家最大的荣誉。我是在旧中国长大的，因此，我想借这个机会向发展中国家的青年们强调实验工作的重要性。中国有句古话：‘劳心者治人，劳力者治于人。这种落后的思想对在发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想，很多在发展中国家的学生们都倾向于理论研究，而避免实验工作。事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是物理学更是从实验中产生的。我希望由于我这次获奖，能够唤起在发展中国家的学生们的兴趣，而重视实验工作的重要性。”[2]

物理教师的实验意识及其积极性直接影响着其教学的风格，影响着其所培养学生的目标与质量。让每位中学物理教育工作者从超越学科本位的理念出发，将实验教学的实践付诸行动，成为积极的实验者，是当前中学物理教师教育培训的首要任务、核心要素。

1.2 实验素养的重要标志是根植于实验教学实践中的自我实验意识及其付诸的实验行动

实验意识来源于教学生活的方方面面，中学物理中的概念、规律、习题等教学任务都可用实验的方法来完成，需要教师主动感悟，积极开拓。

静摩擦力及其方向教学一直是个教学难点，不少物理教师总采用定义介绍或利用力的作用效果来佐证等方法进行理论教学，其实有实验意识的老师可采用身边的物体如毛刷、牙刷等，很直观形象地展示出静摩擦力的存在及方向的判定。这样，利用实验教学就可以将抽象的物理问题直观化。再比如，如图1所示，A、B 是两个相同的齿轮，A 被固定不能转动。若B 齿轮绕A 齿轮运动半周，到达图中的C位置，则此时B齿轮上所标出的水平方向的箭头所指的方向是（ ）

A.竖直向上 B.竖直向下

C.水平向左 D.水平向右

这个题既不涉及深奥的物理知识，也用不着繁杂的计算。就是考查被测试者的空间想象能力和实验意识。在一次研训时，笔者让接受培训的初中物理教师练习，结果错得较多。在练习过程中，没有发现一个教师想到拿出口袋中的两个硬币或类似物体来亲自转动一下，只顾埋头思考。

此题真是一个妙题，既考查对知识是否真正理解，更重要的是考查学员有没有实验意识。在考场内可以方便地做实验验证的问题，大部分教师竟然毫无这种感觉。问题出在哪里？与物理教师的实验素养是否存在关联？笔者认为，没有教师的实验意识就没有学生的实验意識。

1.3 物理教师的实验素养是其核心素养之一

物理学科作为自然科学领域一门重要的基础学科，实验教学是物理教学的重要组成部分，倡导核心素养导向的实验教学，是体现物理课程目标的价值追求。物理学科的核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成、长期逐步积累的行动习惯和关键能力，体现物理学科的教育价值[3]。因此，中学物理教师的实验素养也是物理教师的核心素养。江苏省物理特级教师许亚平先生1992年参加“江苏省青年教师优质课评比”选拔赛，课题是“密度”起始课。因是现场抽题，参赛选手只能借用当地学校实验室的常规标配器材，各路选手各显神通，有的在内容编排上精彩纷呈，有的在实验项目上独领风骚，有的在投影仪、课件等现代化设备的应用上别具一格，许先生凭借两个精彩的小动作获得了一等奖第一名。动作之一是许先生用前一位赛课者放在墙角边盛放仪器的提盒，放在讲台上将天平垫高；动作之二是在用天平比较相同体积铝块和铜块质量时，先将铝块放到一个托盘中，再将铜块放到另一个托盘中。这两个动作其实反映了许先生的实验意识及实验教学基本功。教室的讲台不是太高，天平又太矮，实验是演示给学生看的，要让所有学生都能看到、看清实验过程及实验现象，这本是教学常识，照理也算不上什么闪光点，可是实验意识不强的教师未能顾及到这一点，而许先生的灵机一动填补了评委们的缺憾。用天平比较相同体积不同质量的铝块和铜块，好像先将哪块放到托盘中并不重要，其实效果大不一样。试想，若先将铜块放到天平左盘中，左盘下降，再将铝块放到右盘中，则天平没有反应。相反，先将铝块放到左盘中，左盘下降，再将铜块放到右盘中，这时右盘会“咯噔”一下翻个身。显然，后者比前者更具有视觉冲击。这些不经意间的小动作，被“内行”的专家评委们看出了“门道”，其实的确能够透视出教师的实验基本功，也反映了教学的机智与灵活。

2 中学物理教师实验素养的发展品质是具有批判反思思维

物理学科的实验地位决定了实验不仅是一种重要的教学方法，也是学习物理的一种重要手段，它既可以激发学生学习的兴趣，又可以让学生轻松地获得知识和技能，还能培养学生的科学探究能力和团队合作的精神。中学物理教学的主要目标是使学生掌握好基础知识和基础技能，具备灵活运用知识的能力，而这些知识、技能的形成和发展都离不开实验，所以要求教师具备更多、更高的实验技能是非常必要的，也是物理教师教学成功的一个基础。而批判性思维被称为“使您做得更好”的艺术。美国国家委员会支持优秀批判性思考的专家们认为，在每天的课堂教学中，教师应该把学生思维作为中心，鼓励他们总结或摘要课本内容或者其他人的表述，推敲各种概念与思想，能做应用、分析、推理、批判等高层次思考，通过批判性实践，使理解和思路变得深入广阔，对原有知识进行升级[4]。中学物理教师培训同样适用这些原则，要鼓励教师基于不同的知识水平、操作技能对相同的实验建构出不同的实验方式与方法，将实验经验内化为教师自身的精神财富，支持教师成为具备批判反思意识的实验者。

在实验教学中主动进行反思，对进一步理解实验、深化实验、完善实验起着重要的作用。通过反思可总结实验规律，优化实验方案，创新实验设计，揭示实验本质，增强实验效果。以往的实验教学比较注重的是实验前的准备和实验过程的操作，而忽视了实验后的反思和总结。美国著名教育家杜威说：“教师的成长离不开对自己教育实践中经验、信念、知识以及自身优势的反省，当你着手反省这些问题时，你就已经开始了自己的成长历程……反省思维能够指导我们的行动，使之具有预见性，并按照目的去计划行动。换句话说，反省思维使我们单纯的、盲目的行动转变为智慧的行动。”[5]

实验教学反思是通过教师批判性的思维，促进提高教师的实验教学领悟能力和自身教学质量。反思活动是教育理念与课堂实践之间的对话，他寄寓着教师专业成长的人生价值，渗透在教师实践智慧提升过程，不仅有助于教师分析解决问题能力的提升，也促使课堂成为有生命、有挑战性的学习场所，为教师开展行动研究提供了无限发展空间。

3 中学物理教师实验素养的发展目标是成为自力更生的终身实验者

中学物理教师不仅要能熟练掌握并指导学生利用实验室器材进行分组实验和演示实验，还应能够利用自己身边或生活中的物体甚至自制教具进行类似课本实验功能的实验，培养教师终身的实验热情，养成终身的实验习惯，这既是中学物理教师自身发展的需要，也是中学物理教学的需要，应当成为中学物理教师在职培训的重要目标。所有的中学物理教师实验培训目标最终指向是让教师成为独立的、自力更生的终身实验者。

有感于苏州大学朱正元老教授，其“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验。”[6]一直影响着笔者课堂实验教学的风格。一方面，实验室里传统的实验器材往往体积较大，有的还需要连接电路，如探究“平抛运动竖直方向分运动的特点”时，实验室的实验器材是平抛竖落仪，除实验器材本身不易携带外，还需要学生电源等辅助器材，学生还对本实验中两球同时释放的电磁原理了解不透，解释清楚又要花费不必要的时间。利用改进后的机械平抛竖落仪，虽然不用电器元件，但很多学校的实验仪器更新不及时，造成实验教师想用但没有仪器的苦恼，即使有，数量也有限，仅能在课堂上做演示实验，因过程太快视觉效果也不是太好，影响了实验作用的发挥。如何实现每个学生都能亲自动手做实验的目的，笔者在设计这个实验时，力求器材简便（全员参与），操作简单（人人都会），现象简洁（个个看懂）。具体做法就是用左手两个手指轻松夹住两个象棋子，右手平弹出其中一子做平抛运动，另一个同时做自由落体运动。再比如，对自由落体的认识过程，牛顿管的实验非常形象直观。但如果在此实验之前补充两个小实验，效果会更好。先是通过比较书本与纸片的下落，建立直觉的认识——重的物体比轻的物体落得快；第二步把纸片捏成纸团后与书本一起下落的实验，显著减小阻力大小的影响，形成浅显的直观印象——直觉并不可靠，要透过现象看本质，轻重物体下落的快慢与阻力有关；第三步再用牛顿管做进一步的实验，基本排除了空气阻力的影响，建立比较深刻的直观印象——在没有阻力的环境下，所有物体下落的快慢一样；循序渐进，逐步深入，水到渠成，这就是实验的魅力。让学生体会物理知识的学习并不是空洞的，而是实实在在的探究。深刻领会物理就在身边，真正践行新课程所倡导的基本理念：“从生活走向物理，从物理走向社会。”[7]

4 中学物理教师实验素养的发展进阶是形成中学物理实验教育的文化

文化是人类在社会历史发展过程中所创造的物质财富和精神财富的总和。物理实验则是物理工作者在认识改造世界过程中创造出来再现物体运动规律的物质和精神财富，所以物理实验具有很强的文化价值。

江苏省物理特级教师胡平先生一直倡导“把物理实验当作文化来教”[8]，强调对中学生的物理实验教育应以突出文化价值为旨归，指出实验教育的文化价值主要在于独立风格的造就、自由思想的养成、民主精神的发扬和严谨态度的培养，要求执教者通过加强物理实验发展史的教育、推进科学与人文融通的常态化、强化现代技术的渗透、引领实验教育走进生话与社会等途经，把中学物理实验当成文化来教，从而不断提升物理实验教育的文化价值。笔者完全赞同并欣赏，更赞同作为中学物理教师培训的目标导向，因为没有物理教师的实验文化，就没有物理课堂的实验文化，更没有学生的实验文化。

作为物理实验教育的高级追求，文化价值的预设与生成并不是一日之功、信手拈来的事，需要教师具备更广博的知识，更开阔的视野，更高超的实验技能，更内涵的实验文化。目前的中学物理教师在职培训，形式大多是听讲座、上课评课、参观、研讨、交流，内容大多是理念的更新、课程内容的再认知、先进教法学法的介绍等，很少有实验方面的培训，更谈不上实验文化的渗透熏陶，实验教育的文化价值及其提升功能在追逐眼前应试教育“蝇头小利”的教学氛围中被稀释或者弱化了。挖掘实验教育中的文化价值就是要加强实验发展史的教育，物理实验文化经典具有永恒的价值，历久弥新。在物理人文精神日渐淡薄的今天，其价值日益凸显。启发引导物理教师认知物理实验教育发展史，有助于他们真切地体会物理实验文化的深厚底蕴，领悟物理先贤聪慧详实的思想。提升实验教育的文化价值就是要有意識地把实验中的文化内涵赋予学生。如学习牛顿第一定律时，要重点介绍伽利略的“理想实验”，伽利略将可靠的实验、大胆的想象、严谨的推理很好地融合在一起。爱因斯坦评论说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且，标志着物理学的真正开始。”[9]爱因斯坦事后设计了理想实验“爱因斯坦列车”，并由此推出了相对论。落实实验教育的文化价值就是要引领实验教育走进生活，走向社会。马克思说：“物理学家是在自然过程表现得最确实、最少干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”[10]马克思设计了社会实验，推出了共产主义理论，这是物理实验思想作用于人类思想的一个经典绝世之作。从这个角度说，物理实验教育可以理解为一种文化传承，一种文化创造。

一旦物理实验走进生活、走向社会，实验与生活、与社会就是一个相互融合的整体，实验就与多彩的生活、缤纷的社会共生共长，实验教育就有鲜活的生命，这正是实验教育的文化使然。把物理实验当作文化来教育、培训中学物理教师，就是要让物理教师经历一番物理实验文化的儒化，生成特有的物理实验气质，进而打破传统意义上的实验与文化的隔离，实现两者之间的相互渗透与融合，让物理教师能够绘就物理实验文化的美丽，展示物理实验文化的力量和物理实验文化的价值，这不仅是物理实验教学的文化，也是新时代中学物理教师的追求。

参考文献：

[1]张善贤.物理学科有效教学的核心工程是激活源泉教学[A].陶洪.著名特级教师教育思想录，中学物理卷[C].南京：凤凰出版传媒集团，2012：103.

[2]高达声.从科技史看实验的特点和作用[J].实验技术与管理，1984（1）：5.

[3]曹义才.基于核心素养导向的中学物理实验教学表现性评价[J].物理教师，2016，37（7）：9.

[4]李金云，李胜利.指向核心素养的美国阅读教学新趋向[J].课程·教材·教法，2017（6）：119-120.

[5]魏书生.如何做最好的班主任[M].南京：南京大学出版社，2009：105.

[6]袁国道，邢海根.诠释“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”新意[J].物理教师，2007，28（3）：1.

[7]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012：2.

[8]胡平.中学物理实验教育的文化价值简论[A].陶洪.著名特级教师教育思想录，中学物理卷[C].南京：凤凰出版传媒集团，2012：357.

[9]华东地区初中物理教材编写协作组.九年制义务教育三年制初级中学学生学习指导用书，物理第一册[M].苏州：苏州大学出版社，2001：100.

[10]高风歧.《资本论》的研究方法和叙述方法[J].河北师范大学学报（哲学社会科学版），1982（3）：36.