關(guān)于探索性物理實驗的幾點思考

關(guān)于探索性物理實驗的幾點思考

1探索性物理實驗的重要意義自20世紀20年代以來，物理教育在國際教育的背景下經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。其中之一是以傳遞物理知識和掌握物理知識為重點的“知識矩陣”階段。在這一階段,人們相信一個人只要掌握足夠的知識就能自立于社會,相信“知識就是力量”。到了60年代后期,人們漸漸意識到只有知識是不夠的,一個人要想立足于社會,除了必須具備一定量的知識外,還需要一系列的智慧能力和生存技能,物理教育便逐步轉(zhuǎn)入注重發(fā)展學生能力的“能力本位”階段。然而,人們很快又發(fā)現(xiàn),雖然擁有知識,具備能力就可以生存,可以工作,可以活下去,但是人的需求不盡于此,人不僅要活著,還要活得充實,人必須找回自己失去的精神家園,才能保持人類總體和個體生存質(zhì)量的提高,于是物理教育便更進一步向著旨在培養(yǎng)人們既有知識又有智慧、既會謀生又會對生活充滿熱愛的縱深方向發(fā)展,迎來了立足于培養(yǎng)創(chuàng)造性和完滿人格的“人本位”階段,這是國際物理教育未來發(fā)展的方向。在我國,由于師資水平和辦學條件在不同地區(qū)存在著巨大差異,大多數(shù)學校的物理教育還停留在“知識本位”階段,仍采用傳統(tǒng)的教學方法向?qū)W生機械地灌輸物理知識,把充滿智慧和生機的物理科學變成一堆堆枯燥的記憶材料,然后生硬地壓向?qū)W生,并希望學生通過記憶這些物理材料來增強能力、獲得發(fā)展。這種傳統(tǒng)的教學方法在我國物理教育史上曾產(chǎn)生過一些積極的作用,但是,隨著信息時代的到來,人的創(chuàng)造力和完滿的人格被推到了教育的首要地位,傳統(tǒng)的物理教學受到嚴重的挑戰(zhàn)。探索物理實驗教學方法就是在這種嚴峻的教育背景下展現(xiàn)出自己獨特的魅力。探索性物理實驗,是由教師給出實驗課題,提供實驗器材,提出實驗要求,讓學生自己擬定實驗方案,制訂實驗步驟,獨立地通過實驗的觀測和分析去探索研究,從而發(fā)現(xiàn)“新”的物理現(xiàn)象,總結(jié)出他們原來并不知道的規(guī)律性的結(jié)論的實驗。由于它注重學生的主動參與和積極性的發(fā)揮,因而在激發(fā)學生的學習興趣、訓練學生手腦并用、促使學生協(xié)作交流,特別是在培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力方面發(fā)揮了很好的作用。正因為具有這些特殊的教育功能,才使得探索性物理實驗受到了特別的關(guān)注,并且在我國試行的高中物理教學新大綱中,探索性物理實驗已作為一個重要內(nèi)容納入其中并給予了特別的強調(diào),有人正在尋找以探索性物理實驗教學為突破口的素質(zhì)教育方法,同時,我們還必須清楚看到,探索性物理實驗和其他一切新事物一樣既有它發(fā)生作用的條件,也有它的不足,若不管條件盲目使用,非但不能發(fā)揮它應有的教育功能,反而會帶來負面效果,這種效果甚至是嚴重的。為了盡可能發(fā)揮探索性物理實驗的教育功能,同時減少它可能帶來的負面影響,本文擬就施教過程中應注意的問題作一些粗淺的探討。2應該注意的問題2.1引導學生探索實踐的內(nèi)容老師在選擇或設(shè)計探索性實驗時做到內(nèi)容新穎、難易適度,這是能否發(fā)揮該實驗的教育功能的先決條件。新穎,是指探索的內(nèi)容相對學生已有經(jīng)歷是新的而不是舊的,適度是指探索的內(nèi)容既要與學生已有的知識經(jīng)驗有一定的聯(lián)系,同時又有一定的難度,這種難度是學生在自己的努力探索中加上教師的點撥便可以克服的?，F(xiàn)代心理學已揭示,人在完成任務(wù)的過程中,如果內(nèi)容陳舊或過于簡單,由于機體沒有受到新的挑戰(zhàn)而覺得任務(wù)枯燥無味,這種類型的教學材料是沒有價值可言的;如果任務(wù)太難,人們置身于一個完全陌生的環(huán)境中,原有的知識一點也用不上,這種過高的挑戰(zhàn)性會使人們感到無能為力,甚至產(chǎn)生恐懼,長此以往,會使人產(chǎn)生逃避失敗的心理,這種類型的教學材料一樣沒有教育價值,甚至是有害的。最好的探索性實驗內(nèi)容,按照維果茨基的發(fā)展理論,它應該是學生的“最近發(fā)展區(qū)”。這個“最近發(fā)展區(qū)”就是學生在教師指導下所獲得的知識水平與學生自行探索達到的知識水平之差。這種程度上的探索性物理實驗對學生來說既是新穎的又是可以通過努力探索獲得成功的,也就是說這種實驗是學生必須跳一跳才能摘到的“挑子”,因而能極大地調(diào)動學生的主動積極性,從而使學生在積極參與探索活動的過程中,使這種實驗的教育功能得到充分的實現(xiàn)。怎樣才能獲得內(nèi)容新穎、難易適度的探索性物理實驗呢?瑞士心理學家皮亞杰的發(fā)生認識論可以給我們以很好的啟示,皮亞杰認為,認識起源于主客體之間的相互作用,正是由于這種相互作用的結(jié)果,才使得主體在生活實踐當中產(chǎn)生一定的認知結(jié)構(gòu),即皮亞杰所謂的圖式,若把選擇或設(shè)計的實驗內(nèi)容視為一種認知圖式,就其獲得的過程我們提出了下列思考路徑:通過“調(diào)查或訪談”去了解教育對象的原有水平和能力差異,以此作為選擇和設(shè)計實驗的基礎(chǔ)。但是在調(diào)查或訪談的基礎(chǔ)上選擇或設(shè)計的探索性實驗內(nèi)容未必一定對學生都是新穎適度的,因而需要把學生在實驗的過程中將用到的知識點再反饋到學生之中,刪除那些過難或過易的探索內(nèi)容,增添既能導致學生認知沖突從而激發(fā)學生學習興趣、又是學生力所能及的探索點,如此反復,最后得到合乎要求的實驗方案。2.2測量回形針的體積的方法,是激發(fā)學生探索實踐的必要,但同時還必須注意給學生一些小現(xiàn)代心理學已經(jīng)揭示,學生在具體條件下學到的知識,盡管當時也可以在相似的背景下應用于各種場合并達到熟練的程度,但在面對具體問題時仍會出現(xiàn)不知怎樣應用所學知識的情形。也就是說,學生在進行探索實驗的過程中,有時會覺得一遍茫然,無從下手,所學的知識變成了僵化的知識,在這種情況下,教師必須給予指導。但是,這種指導又必須是適當?shù)?否則,將會影響這種實驗功能的發(fā)揮,那么,什么樣的指導才是恰到好處呢?教師的指導首先要利于學生打破僵局使探索得以繼續(xù)進行;此外,在指導的過程中要給學生的思維留下廣闊的天地,讓學生在教師的點撥下積極思考,向著探索的目標奮進。例如,我們曾在從未學過物理的初中學生中實施過如下探究,課題是:在只給定一盒回形計和一把最小刻度是1mm的刻度尺的前提下,要求學生探測一枚回形針的體積。當時學生普遍感到茫然而不知所措,主要原因是一枚回形針橫截面的直徑小于1mm而且回形針又是彎曲的!學生沒有拉直回形針,因而無法用給定刻度尺直接度量。此時學生學到的知識已進入僵化階段,若不及時給予啟發(fā),學生的探索活動就會中斷。于是,通過訪談?wù){(diào)查后,我們抓住問題產(chǎn)生的關(guān)鍵,從以下兩個方面給予點撥:①回形針可以打開拉直或彎成你所需要的形狀;②盒子里的每顆回形針可以看成是一樣的。學生得到這兩方面的提示之后紛紛行動起來,他們大多數(shù)能把回形針拉直并測出了它的長度,然后或者把五六根拉直的回形針緊密并排測出回形針的直徑,或者把回形針在圓珠筆上密繞四五圈來測回形的直徑,從而使探索活動繼續(xù)向前推進。在這一種探索中,學生自己成功地找到了測量回形針直徑的方法(即把幾根相同且拉直的回形針緊密并排或把拉直的回形針在筆桿上密繞幾圈,先測出幾根或幾圈橫截面的直徑的總長度再除以幾就得到回形針橫截面的直徑),因而對“放大測量法”和“緊密并排”、“密繞”的含義和作用有了深深的體驗,這種體驗是難以忘懷的,其作用在日后很容易遷移到類似的情境中去,從而使抽象的物理理論在學生頭腦中和活生生的物理事實結(jié)合起來,因而讓學生學得生動,學得有趣,而且學得有用。但回頭試想,如果教師在指導時把“放大測量法”及具體操作方法向?qū)W生和盤托出,并強調(diào)“緊密并排”、“密繞”,然后要學生按部就班地進行實驗從而測出回形針的體積,體積是可以測出來的,但學生失去了探索過程的體驗,這種對過程細節(jié)的體驗往往比學習結(jié)果更為重要,甚至會讓學生受益終生。還應該看到,正因為我們在點撥時注意留給學生廣闊的思考天地,才促使學生積極思考找到了測量回形針體積的方法,而且有兩種不同的測法(“多根緊密并排測量”和“密繞多圈測量”),這對培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維的品質(zhì)是大有好處的。也就是說,在學生的探索活動無法進行下去時,教師在啟發(fā)時一定謹慎適度,既要打破僵局使學生繼續(xù)探索下去,又要留給學生一片廣闊的思考天地,只有這樣才能充分發(fā)揮探索性物理實驗應有的教育功能。所以,教師過多的指導非但與事無補,反而會損壞學生的探索質(zhì)量,教師指導也應做到謹小慎微、惜語如金。值得強調(diào)的是,要使教師的指導恰到好處,指導教師必須細心研究學生遇到困難的關(guān)鍵所在,以及突破關(guān)鍵點的方法,然后采用或比喻暗示,或旁敲側(cè)擊,從而激活學生的思維,引導學生積極探索。2.3關(guān)注學生在探索過程中的錯誤探索性物理實驗本身要求學生按照實驗目標想方設(shè)法尋求新的發(fā)現(xiàn),但是,在探索的過程中沒有現(xiàn)成的道路可走,學生由于受到自身知識及周圍環(huán)境等多種因素的影響出現(xiàn)錯誤或走些彎路是必然的,其實學生戰(zhàn)勝困難的過程和體驗是十分重要的。然而,不少教師,尤其是青年教師,害怕學生出現(xiàn)錯誤,面對學生的錯誤,他們或者焦急萬分,或者怨天尤人,結(jié)果弄得教學氣氛緊張,學生唯恐出現(xiàn)錯誤而不敢大膽探索,這就嚴重損害了探索性實驗應有的教學功能?？梢?教師對待學生在探索過程中出現(xiàn)的錯誤的不同態(tài)度,對學生能否獲得一個寬松愉悅的探索環(huán)境具有重要影響。那么,作為指導教師應該怎樣對待學生在探索過程中的錯誤呢?回答這個問題,人本主義心理學可以給我們很好的啟示。人本主義心理學家羅杰斯認為,教師或父母對學生的行為做出肯定或否定的評價會對學生產(chǎn)生積極或消極的體驗,從而影響學生對自己的評價,并進而反映到他的學習活動中去。如果學生對某種行為的體驗是積極的,同時又受到教師或父母的積極評價,他就能夠?qū)ψ约旱男袨楫a(chǎn)生正確的評價和積極的體驗。可見,學生在積極探索的過程中,如果得到教師的鼓勵或肯定,學生心中就會對自己的探索活動產(chǎn)生積極的體驗,從而更加主動積極地投入探索之中。相反,就會降低學生探索的熱情,從而影響探索活動的質(zhì)量。既然學生在探索過程中出現(xiàn)錯誤是難免的,那么,只要學生的探索是認真的,教師就都應該對學生探索的熱情給予肯定,切不可針對學生的錯誤去大加指責。當學生因出現(xiàn)錯誤而無法繼續(xù)探索下去時,教師在指導前首先應該耐心傾聽學生的想法,給學生營造一種輕松愉悅的探索環(huán)境,在肯定學生優(yōu)點的同時引導學生去發(fā)現(xiàn)自己的錯誤和找到進一步努力的方向,在這個方面,廣西師大物理教育研究所的羅星凱教授為我們樹立了榜樣,他對待學生出現(xiàn)的錯誤總是堅信“世上沒有愚蠢的想法?！泵鎸W生在探索過程中出現(xiàn)的錯誤,羅教授不是輕易地給予肯定或否定,更不是給予批評或指責,而是樂于傾聽學生的意見,針對學生的錯誤為學生提供認識錯誤的條件。例如提供針對性的實驗,讓學生通過操作、觀察、推理等多種方式找出錯誤的根源。這個根治錯誤的過程本身就是一個極好的學習機會,作為指導教師,若能正確處理學生在探索過程中出現(xiàn)的錯誤,學生不僅能糾正錯誤,而且能學到解決問題的方法和培養(yǎng)出手腦并用等多方面優(yōu)良品質(zhì),這種能讓學生終生受益的教育功能是其他傳統(tǒng)教學方法難以實現(xiàn)的?？傊?教師若能恰當處理學生在探索過程中出現(xiàn)的錯誤,這對學生始終保持旺盛的探索熱情和培養(yǎng)學生解決問題的能力具有重大的積極作用。2.4實驗的研究探索性的物理實驗在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和完滿人格方面確實有其獨特的作用,人們因此對它給予了高度的重視。但是,時代的需要和人們的重視并不等于說探索性的物理實驗完美無缺,而恰恰相反,這種實驗教學還處在初步階段,幾乎所有相關(guān)的問題都急待深入研究,例如,這種實驗的教育功能有哪些?要充分發(fā)揮它的每項教育功能應該創(chuàng)造哪些條件?怎樣設(shè)計這種實驗?怎樣評價這種實驗在學生方面產(chǎn)生效果?還有,這種實驗的案例急待開發(fā),如此等等。所以,無論是直接從事一線教學的物理教師還是專門從事物理教育的研究者,在利用探索性物理實驗進行教學的過程中,都要充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性,除了要創(chuàng)造性地用好已有的探索性實驗外,還要學會研究和開發(fā),使這種實驗教學的理論和內(nèi)容不斷得到豐富和發(fā)展,只有這樣,這種實驗才能在教育實踐中不斷煥發(fā)出生機和它的獨到作用。3物理教育中的應用要求探索性物理實驗是作為順應時代的潮流而綻開的一朵鮮花,它在培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性和完滿人格方面具有獨到的作用,但是我們必須清楚地看到它和其