高中生物理实验意识的培养与实践①

周 鹏 张锡娟

(1.江苏省扬州中学,江苏 扬州 225009;2.扬州大学物理科学与技术学院,江苏 扬州 225009)

物理学是建立在大量观察和实验基础上的科学，近年来由于受到应试教育等因素的影响,中学物理教学正经历前所未有的困境。首先,目前一些学校的应试倾向剥夺了学生走进生活、接触社会的机会,使得学生对物理现象缺乏感性认识,也使得物理教学“缺物少理”。其次,一些学校的物理教学严重脱离实验,课本上列出的实验都不能保证做齐、做好,更别说拓展性的实验了。在很大程度上实验教学还仅仅满足于用纸和笔“做”实验,学生与丰富的物理现象和事实直接接触的机会甚少,只能按部就班地进行刻板的技能训练,缺乏实验意识,不会提问,无法创新。再次,尽管我们的改革口号喊得震天响,教学要以人为本,教学已很难真正激发学生的兴趣和探究欲望,学生在初中阶段培养的物理学习兴趣到了高中后迅速衰减,物理学习也变得越发困难。

随着教学改革的不断推进和深入,人们已清醒地认识到轻视物理实验的弊端,提出了中学物理教学要切实培养学生的物理学科核心素养。著名教育家苏霍姆林斯基说过：学生对学习知识不感兴趣,智力情感就会缺乏,就会对新知识、新事物变得迟钝。好奇心是兴趣的初级阶段,有好奇心才会有探究,有探究才会有认识,有认识才会有创新。而最能有效激发学生的好奇心、提起学生兴趣的教学手段就是实验,必须以生活实际和实验作为突破口。如何才能有效地改变现状,切实提升高中生的核心素养呢?

提升素养,意识先行！我们必须从物理学科自身的特点出发,高度重视物理实验,重视培养学生的实验意识和探究欲望,以此带动学生核心素养的整体提高。意识是人所特有的一种对客观现实的高级心理反映形式，它是包括感觉、知觉和思维在内的高级认知活动。结合日常的物理教学实际,依据认知科学和心理学理论,我们实施了以下行之有效的培养途径,进行了高中生物理实验意识培养的实践研究。

1 从客体感知层面培养高中生物理实验意识

在物理教学中,我们应从多个角度让学生觉察物理现象及其蕴含的重要概念和规律,以培养高中生的物理实验意识。

1.1 利用贴近生活的素材,引导学生观察物理现象

我们在教学中应积极创造机会,让学生亲历实践,获取第一手的感性认知。例如,带领学生走进自然,深入车间、田头,这是最易激发学生的好奇心和求知欲的途径之一。以乘车为例，沿途可以引导学生注意观察汽车起动的过程,从中觉察牵引力跟车速的关系,理解换档的作用与必要性；从汽车的加速和减速过程觉察物体的惯性和惯性在匀速与加速过程中的不同表现。这里还涉及相对运动、参考系、多普勒效应、共振、视差现象、大气压与流速的关系等等,这些都是我们课堂教学的生动素材和资源,是引导学生感知和觉察物理现象、促进学生物理实验意识形成的利器。

1.2 通过新颖、易行的小实验等引发疑问,激发学生的探究欲望

在平时的物理教学中,应尽可能利用身边常见的物品,设计一些新颖、易行的小实验和演示实验,激发学生自主探究的欲望。同时鼓励学生课后亲自动手做一做,甚至自行设计一些小实验,以增加学生进一步观察现象的机会,体会理论与实践间的联系,从而促进思考,引发疑问,激发兴趣。例如，利用笔杆配合其他物品,可演示伯努利效应、光的单缝衍射现象等；用黑板擦擦黑板,演示滑动摩擦力可以和物体(可移动的黑板)的运动方向相同、甚至可以不做功等现象,形象生动,让学生过目不忘。

1.3 以小任务、小课题形式布置课后作业,培养学生的物理实验意识

为提高学生的实验意识和实验能力,形成良好的实验素养,平时以小任务、小课题的形式布置课后作业,增加学生动手实验的机会。在学习初期注意以引导为主,不能太过功利,硬性要求学生拿出作品或成果,这样会导致学生疲于应付,从而使学生失去进一步学习的兴趣。

实验教学中最关键的是设计思想和实验方法,需要教师在平时注意引导和说明。在日常的教学过程中,我们应当重视并突出对物理思想和方法的教学,创设学生运用这些思想方法的情景和条件。只有真正理解了这些实验的思想和方法,学生才能做到灵活运用，课后的小任务、小课题正好是学生亲身体验实验设计思想和实验方法的重要载体。

2 从主体能动层面培养高中生物理实验意识

意识是思维主体对信息进行处理后的产物,意识产生的前提是思维活动,没有思维就不可能产生意识。因此,我们在教学中应关注学生的思维活动,让学生的思维不断地对信息进行能动操作,从而培养他们的物理实验意识。

2.1 推行以学生为中心的授课方式,满足学生的学习需求

以学生为中心的授课风格更能激发学生的学习兴趣，要让学生真正成为学习的主人,就必须始终以学生的认知基础为出发点,从学生思考问题的角度处理问题，要让问题在学习过程中“自发”产生。只有让问题能“自发”产生的“生态课堂”,才是符合学生认知规律、符合物理学习规律的高效课堂，现举例如下。

(1)在“探究加速度跟外力和质量的关系”的实验中,因为时间有限,很多教师都是直接将实验的注意点告知学生,而抛开了学生的认知过程,导致实验做完了,学生都不知道为什么要这样做，更不知道到底在什么情况下要这么做。这里就必须留出时间让学生进行思考和探究，可以让学生进行分组实验,通过分析a-F图像和a-1/M图像不过原点和发生弯曲的原因,在此过程中让学生逐步意识到摩擦力对实验有明显影响、砝码和砝码盘的总重力并不总是等于其对细线的拉力,引发他们进一步思考，自主解决以上问题,最终真正理解上述实验中的注意点。

(2)对于“力学单位制”“划时代的发现”等非主要教学内容,教师一般会采取“翻转课堂”的形式,学生课前通过图书馆、网络等途径收集相关资料，先行自学,在课堂上则是通过学生自己的讲解,理顺相关知识结构,掌握相关主要内容。这种授课方式能充分发展学生的个性,充分激发学生的学习欲望和潜能。

2.2 为学生平时的实验探究提供必要的物质保障和必备的理论支撑

并不是所有的实验都能够通过利用日常的生活用品轻易地完成,我们一般是结合研究性学习、校本课程等方式进行必要的理论补充,进行实验器材的使用培训。例如：数字化实验中各种传感器及相关软件的工作原理和使用方法；气垫导轨、光电门和数字毫秒计的配合使用方法和作用；高压放电装置的应用(研究电场分布、尖端放电、电子风等)；涉及大学物理的一些实验器材(板式电位差计、分光计、驻波发生器等)的工作原理和使用方法等。

3 从评价功能层面培养高中生物理实验意识

鉴于学生的认知水平与实验能力的限制,不能保证学生的每次实验都能成功或达到预期效果,这就要求我们要有科学的评价方式。及时、科学的评价不但可以肯定学生已取得的成绩,关键可以帮助学生明确方向、理清思路,激发其进一步探究、实践的兴趣,为后续的学习和研究奠定基础。

3.1 思想方法的学习与评估

此类评估一般在实验的开始阶段进行,旨在帮助学生明确方向、理清思路,找到理想的实验方案等。在这一环节我们往往是通过类似于开题报告的形式进行,学生利用PPT等将自己的学习和研究思路展示出来,接受同学和老师的质疑和启发、指导。

3.2 过程性评价

过程评价关注学生学习和研究的过程,学生以简短的书面或口头报告的形式,向其他小组和教师进行汇报,再由其他小组成员或教师进行评价或指点,以帮助学习者及时调整思路,改良方法,顺利进入下一阶段的学习和研究。实施小组协作、小组竞争,及时评估学生的学习成果是常用的、及时的、高效的过程性评价方式。

例如,在“探究感应电流产生的条件”的教学中,不同学生、小组探究的形式不一定相同,通过进一步的启发和归类总结,可以找到共性的特征,实现学生的认知自然地从“切割”到“无相对运动”、从“磁场变化”到“磁通量变化”的逐步递进。

3.3 成果评价

成果评价是对学习者实验、研究结果的评价。对中学生而言,主要目的是肯定他们所做的努力,肯定其在实验创意、创新方法、研究成果的价值和取得的成绩,同时也指出相应的问题和不足,以促进他们的后续学习,强化实验意识,提升实验素养,为今后进行深入的学习和研究奠定必要的、坚实的基础。

3.4 自评与互评

自评和互评在实验的每一阶段都可以进行,目的是要让学习者明了在研究过程中存在的困难,充分展示思维过程,在此过程中相互学习,彼此借鉴,互相启发，自评和互评也是培养和提升实验意识和素养的关键环节。

4 结语

教师在教学中应基于核心素养的培养要求,提高课堂教学效率,多联系社会生活实际,利用一切手段激发学生的学习兴趣,培养其实验意识和能力,精选、优化课后练习和学习项目,真正做到以学生为本,提升其终生学习的能力。