尊重学生主体地位 打开物理创新实验新局面——以苏科版初中物理“气体压强”实验为例

周治轩

(南京市南航附属初级中学,江苏 南京 210007)

2019年,教育部发布《关于加强和改进中小学实验教学的意见》,将中小学实验教学及其研究推向一个新的高度.对于初中物理实验而言,当务之急是继承我国实验教学的优秀传统,同时在继承的基础上追求创新.由于考核评价等因素的影响,对于初中物理实验教学中优秀传统的继承工作做得比较好,但是在创新方面有所不足.当然实验创新并不是无所作为,事实上无论是国家层面还是区域层面,都一直在对实验的创新进行推动,一些具有区域性质、草根性质的实验创新也在不断推进,但是总体而言,这些实验创新的推进主体依然是教师,学生的参与度不够,很多时候学生只是教师创新实验思路中的操作者,这实际上不是真正意义上的实验参与者,没能将实验创新的终极价值体现出来.

陶行知曾说:“一流的教授具有两种要素:一有真知灼见;二肯说真话,最驳假话,不说诳话”.两个“真”指明了教学的基本价值选择.对于初中物理来说,在实验创新的过程当中也要追求“真”,这个“真”首先应当体现在学生的真正参与上,只有学生成为实验创新的主体,在实验过程中所出现的任何新的发现才是真正的真知灼见,与此同时,初中物理创新实验要想行稳致远,很关键的一点就是要真创新.如果能够做到这一点,初中物理创新实验就能够在一定程度上提高学生对于初中物理学习的积极性,也能够培养学生的独立思考能力、创造性思维以及团队协作能力,这对于促进学生全面发展尤为重要[1].

1 创新实验须尊重学生的主体地位

虽然说学生主体地位是当下基础教育中的一个基本认识,但是不可否认的是,这种认识更多地停留在理论层面,由于应试等客观因素的影响,学生在学习过程中的主体地位要想得到确立并不容易.在初中物理实验中,由于教师追求实验的效率,很多时候所出现的也只是“指令性实验”,即教师只是让学生按照预先设计好的实验步骤去一步步完成实验.传统实验中学生的主体地位都很难得到确立,那么在创新实验中要想落实学生的主体地位,难度可想而知.

在物理教学中让学生亲手完成一些物理实验,亲自探究一些物理规律,可以激发学生学习物理的兴趣,充分调动学生的学习积极性和能动性[2].实验对于激发学生的物理学习兴趣,提升学生的物理核心素养不言而喻.当前的物理教学又致力于发展学生的物理学科核心素养,必然意味着初中物理实验要做出根本性的创新,这一创新过程离不开学生主体地位的确立.对此,笔者做如下理解.

首先,在学生认知范围之内,遵循“最近发展区”的理论,让学生在“跳一跳”的基础上能够“摘得到”的创新,是真正有意义的创新.辩证地理解创新实验,可以发现其中有两个关键词:一是创新,二是实验.两者的关系是创新是实验的特征,实验是创新的载体与内核.创新实验的目的是让学生感觉到物理学科的魅力,是让学生在基于实验进行探究的过程中表现出显著的创新意味,这不仅可以激活学生的探究欲望,更可以让学生在切身体验中领略科学发展的途径.

其次,教师引导下的、能够为学生所理解并迁移的实验创新是真正意义上的创新.面向学生的创新实验与科学发展过程中的创新实验有着明显的不同,前者并不强调纯粹科学意义上的突破,事实上这也是不可能的,其强调的是在学生原有认知基础上进行的创新,突破的是学生原有的认知基础或经验基础,所追求的是通过创新让学生“眼前一亮”,从而让学生获得知识上的收获,同时又获得情感上的收获,这样的双重收获可以为学生的物理学科获得强大的推动力量.

再次,学生在自身的经验基础与知识基础上,通过经验与知识的整合并对已有实验进行的创新,是真正意义上的创新.从创新的角度来看,创新不可能凭空产生,其必然依赖于学生原来所学到的知识,但是仅仅有原来的知识还不会形成创新,真正的创新还需要学生拥有创新意识和创新思维.这些都应当是学生身上应该具备的优秀特点,也是创新实验过程中学生主体地位的重要体现.

通过以上分析可以发现,在创新实验推进的过程中,尊重学生的主体地位,就必须从学生的实际出发,在学生已有的知识基础和经验基础上,用创新意识来促使学生伸出创新实验的思维触角,用创新行为来体现创新思想.

2 学生主体地位视角下的创新实验

认识到学生的主体地位确立是实验创新的根本,那么在学生主体地位的视角之下进行实验创新,也就有了清晰的思路.由于实验创新离不开学生的经验技术与知识基础,因此可以认为生活化的实验教学策略能有效提升初中物理教学效果,也就是说,围绕着生活实验主题,可以引导学生发现理论与生活的联系,从而在实验展开的过程中,让学生的创新思维得到激发,真正的实验创新就可以在互助合作、实践探究中得以实现,并且能够在新的情境当中实现拓展应用[3].苏科版初中物理八年级下册中,有“气体压强”这一内容.在这一知识的教学传统中,涉及到的实验主要有马德堡半球实验和托里拆利实验.苏科版教材在编写的时候,马德堡半球实验是通过“读一读”的方式来呈现的,托里拆利实验则被回避,代之以用注射器估测大气压的值.这样设计的好处是一方面尊重了物理学发展的历史,另一方面又从学生生活经验角度出发,让学生拥有了实验的主体地位.从创新的角度来看,本知识教学中的实验应当如何创新呢?笔者认为对这个问题的回答可以从两个角度来进行:

一是学生对大气压大小的体验.体验的目的主要是为了让学生产生认知失衡.大气压是一个日常生活当中感知不到,但是数值却又很大的物理量.在进行实验创新的时候,思路可以落在与学生生活密切相关且用到大气压的地方,具体的创新做法就是控制大气压发生作用的机制.如吸牛奶时不让空气进入牛奶盒,让学生站在高处用吸管吸牛奶,等.重要的是,这需要让学生自己去思考并设计.在激活学生创新思维的时候,可以采用的做法是:在比较中先归纳再演绎,即吸牛奶时“让”和“不让”空气进入牛奶盒,在低处与在高处用吸管吸牛奶,等.事实证明,通过比较及体验,学生可以产生好多验证大气压存在的创新思路.

二是学生对大气压大小的测量.这里的创新主要体现在让学生自己想到用注射器去测大气压.这在教学当中有没有可能呢?事实证明是可能的,因为在上面举例的时候就已经提到了注射器,学生已经知道,在注射药液的时候是因为手对活塞、活塞对药液产生压强,还在往外拉活塞的时候,如果前端封闭,那么要克服的就是大气压强.此时教师可以引导学生比较:如果用粗细不同的注射器,那么所要用的拉力大小是否相同?这样的比较可以让学生的思维从定性走向定量,可以让学生认识到拉力的大小反映着大气压力的大小,可以想到用p=F/S来求解.

根据学生在实验中的反应,这个实验中的创新主要体现在以下方面:一是对大气压的感知,不是通过眼睛看或耳朵听来得到间接的认识,而是通过对生活经验的回顾,通过对具体过程的体验,来获得直接的认识.这些认识的形成显然能够让学生有更加直接的思考,于是大气压的知识与学生的思维之间关系就更加接近,这从获得知识的角度来看,是一种创新.二是在大气压测量的过程中,学生通常很难将注射器与压强测量联系在一起,这是绝大多数初中学生都会表现出来的情形.所以如果老师直接强加所谓的“引导”,学生也很难建立起实验与测量原理之间的联系.在这种情况下,实验过程中通过创新,让学生去比较不同粗细的注射器,那学生就可以运用比较的方法来发现拉力大小的不同,就是因为注射器的粗细也就是横截面积的不同,有了横截面积作为桥梁,学生也就容易想到压强的计算公式,从而完成对大气压测量的判定.

在真正完成实验的过程中,为了体现创新的精神与内涵,教师可以让学生将动手做实验与动脑思实验结合在一起.这个过程中的每一个细节,都可以让学生有新的发现,比如说体验大气压的时候,学生通过往瓶子里吹气或吸气,会发现两者各有不同.要从物理的角度解释这种不同,就需要学生去感知,去思考,而学生通过感知与思考就会发现:吹气后瓶子鼓起来,吸气拍瓶子变形凹下去,虽然都与“气”有关,但却有着不同的原理,即一是气压,一是大气压.后者是大自然的气体产生的气压,前者则是在人工条件下形成的气压,而这种比较,恰恰又为大气压强的计算奠定了基础.

3 实验创新归根到底是学生的创新

以上案例说明,初中物理中的实验创新,归根到底应当是学生思考过的、对实验的来龙去脉、对实验的原理与操作步骤的创新.创新是相对于学生而言的,只要在学生原有经验系统与认知系统之外的实验,都可以理解为创新.

一旦学生通过自己的努力获得创新,那么对于激发学生的实验兴趣而言,就有着非常明显的推动作用.只要实验创新再继续,那么这种推动作用就会不断持续下去,从而使得学生参与物理实验,并且通过物理实验来提升物理核心素养.

总体而言,物理实验是初中物理课程不可或缺的组成部分,是初中生物理学习的重要组成部分.作为一名初中物理教师,在教学过程中应当充分利用实验的价值,应当巧妙地运用实验尤其是实验的创新去提升学生学习物理的兴趣.当学生进入创新状态时,实验就能够发挥发展学生的操作能力、观察水平、创新意识、思维能力、知识运用能力及问题解决能力等作用,在整个实验创新的过程中,物理教师要充分转换教学观念,将学生推至实验教学的前台,让他们始终保持积极而主动的状态[4].陶行知强调:“行是知之始,知是行之成.”对于初中物理实验而言,创新是一个知行合一的过程,学生是知行的主体,是打开物理实验创新局面的关键.