高中物理体验式学习的实践研究

●余俊文

《国家中长期教育改革和发展规划纲要 （2010－2020 年）》战略主题之一：“坚持能力为重。 优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养。 着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力，教育学生学会知识技能。”高中物理通过“体验式学习”探究物理问题（尤其原始物理问题），是提高学习者学习能力、实践能力、创新能力的有效途径之一。体验式学习是一种原始的基本的学习方式，强调“感觉记忆”和思维的完美结合、做中学、知行合一，强调学习者单独反思或同他人一起思考交流。操作非常简单，从体验中感知、模仿、提炼、生成知识，包括“具体体验、观察思考、形成概念、移植他处”四个步骤。高中物理体验式学习，将所探究物理问题融入实际应用情景（即原始状态）中，或者进行原始物理问题改造，进行“感觉记忆”体验，再进行提炼、上升、理性化的思维体验，不断的获得认知上的冲突而理解更加深刻。 高中物理体验式学习，极大限度地释放出学习者的潜能，更能“促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考”，满足其自主学习、自我教育、终身学习的需要。

一、物理实验的体验式学习

物理是一门实验学科，物理知识是在观察和实验的基础上，加以提炼上升到理性而来的。不论演示实验还是分组实验，都是学习物理的基础与关键，都是经过精心筛选、改造，能极大程度地再现知识情景的准原始物理问题，是体验式探究物理问题的极好题材。

（一）基本物理量测量工具的体验式学习

长度、质量、时间属于基本物理量，由于基本物理量测量精度不断提高，测量工具不断更新，体验式学习基本工具操作要领（知识）效果最好。这里以“长度测量工具使用操作” 为例： 长度测量由粗糙到精密，工具即从刻度尺（木尺→透明塑料尺→钢尺）→游标卡尺→螺旋测微器→光的干涉条纹等不断地发展，都需要熟练掌握使用。如果学习者没有直接的操作体验，仅仅停留在教师讲述的间接经验上，不会深刻理解它的设计原理和操作注意事项， 也不会达到熟练使用不出现错误、 减小误差的要求。 因此运用“体验式学习”来认识仪器的设计原理、构造、使用程序、注意事项等等，有着其它学习方式无法取代的优势。 首先，要认真体验用木尺测量（比如书的厚度），总结出刻度尺的使用规则， 以及测量中的注意事项（提高精度的方法）等等；其次要分析思考，测量估读产生误差过大的原因， 在于木尺的刻度线设计过于简单；再次要反思：对“刻度线”进行改造是提高长度测量精度的关键吗？能改造吗？再通过与他人交流反思：只有通过改造刻度尺“刻度线”的设计形式才能提高其测量的精度； 最后再把此思维移植到怎样操作新的（比如透明塑料）刻度尺，再认真体验一番透明塑料尺的使用，就会发现透明塑料尺比起木尺，物体与刻度有更大的接触面，可观察性更强，更便于读数；观察中又发现塑料尺过厚（视线侧移）、刻度线过粗影响测量精度；回过来再体验使用钢尺，虽然钢尺很好地解决了塑料尺过厚、刻度线过粗的问题，但是它没有解决毫米刻度以下只能估读，不准确的问题；又再进一步体验游标卡尺， 是怎样巧妙解决毫米刻度以下的准确（到0.02 毫米）的问题，但游标卡尺也不能解决精度更高的实际需求； 再进一步体验螺旋测微器， 是怎样巧妙解决毫米刻度以下的准确 （到0.01 毫米） 的问题； 再进一步体验利用光的干涉条纹，来检验平面的平整度，是如何解决机械工具不能达到的极高精度要求工作原理。

（二）探究类物理实验的体验式学习

高中物理教科书中，探究类物理实验有很多，比如“探究斜抛运动的射程、射高”。学习者在进行探究类实验之前， 往往对相关现象并没有有意识地去体验、观察、思考。 有的探究类实验是直接的原始物理问题：比如坐电梯、坐过山车体验身体的超重失重；有的探究类实验是简单改造后的原始物理问题：比如课堂上用细线拴上小物体甩一甩， 感知一下向心力的大小。因此进行探究类物理实验，经过刻意地体验式学习所获得印象与知识更加深刻。 这里以体验式学习“感知向心力大小”为例：首先，用细线一端拴有一小球，另一端用手拉住并甩动小球，使小球在水平面内做圆周运动， 就能感知体验到手必须施加给小球一个拉力（向心力存在），而且还能体验到向心力大小的变化；其次，自然会去思考猜想：体验到的向心力大小变化与哪些因素有关？什么关系？能够定量测量吗？再对猜想进行交流、讨论、反思：手上的感觉总是很粗略， 必须想办法测量出向心力大小以及相关物理量的大小，比如研究一个机器之类的，来解决控制变量法所需的条件和定量测量数据， 通常思考无果；最后将此没有实现的思维，移植到学习别人专门为解决此问题设计的实验装置， 带着思考无果的问题， 主动地去体验去学习去研究去理解别人设计原理、使用操作，从而更容易加深理解物理规律。可见体验式学习探究类物理实验，还使创新思维得到充分启发和训练。

（三）验证类物理实验的体验式学习

高中物理教科书中，验证类物理实验也很多，比如“验证力的平行四边形定则”，“验证机械能守恒定律”等等。通常是学习者先通过理论推导出某个规律之后，再用实验定量检验理论推导的正确与否。验证类物理实验的体验式学习，主要体验理论与实际的差异、理论与实践的结合、辩证地处理问题等。 这里以“验证机械能守恒定律”为例：首先要体验①理论推导机械能守恒定律的表达式，②实验验证的原理、需要测的物理量、及其测量的顺序，③仪器的工作原理、怎样装配、怎样协调工作，④小组成员分工与协调。其次思考验证守恒的关键点：△Ek是否等于△Ep？再不断地进行讨论交流反思：实验测定的△Ek与△Ep不严格相等原因在哪里？ 想什么办法可以减小△Ek与△Ep的差异？ 在什么情况下可以认为机械能守恒定律得到验证？ 还能不能设计用其他办法（原理）来更加精确地验证？等等。最后将验证类物理实验的体验式学习过程，移植到其他的验证类物理实验中去，不仅能体验实验的具体过程、定量的细小的数据差异，还能体验到细节决定成败的人生态度以及客观严谨的科学态度。

二、观察物理现象的体验式学习

观察物理现象，包括观察实际应用中的原始物理问题或改造后重现的物理情景（实验现象），是学习物理的（除“实验”以外的）另一个最基本方法，也是体验式学习物理的重要起点。在体验式学习中，观察各种原始物理现象要做到：①要刻意地进行观察。主要体验：怎样观察已经注意的现象，怎样观察还没有引起注意的现象。只要是刻意地观察，哪怕是天天见的最熟悉的现象也会体验到它的不同与异样。 ②要能动地进行观察。从观察现象到产生问题，不是将“感觉记忆” 堆砌起来就会水到渠成自然而然地产生， 而是以观察到的现象为起点能动地思考才能产生需要的真问题， 否则现象还是现象， 问题还是问题，成为伪观察。 ③要养成能动的观察习惯。 就任何一个事件， 要以发现问题为目的， 站在不同角度观察、不同层次观察，体验从同一现象中发现不同问题的内涵和发现观察过程的灵感与逻辑。 ④要落脚在各种知识点上。不管涉及知识的量与质，体验式学习必须要以获得各种知识为目的， 如果不能用知识去解释现象，或者不能能动地从现象中提取知识，那现象观察就毫无意义。 ⑤要有深度，需要现象观察、分析、思考一步一步地引向深入。 比如“从屋檐处滴下水滴的运动”这样一个现象：观察水滴的“运动轨迹→运动速度→动能变化→势能变化→能量转换……”不断深入。不同学段的体验式学习需要达到不同的知识深度，不能老停留在最初的“运动轨迹”观察层次。

三、物理思维过程的体验式学习

（一）物理现象与规律相结合的体验式学习

学习物理从入门到入行的关键点，在于将“感觉记忆”与规律能动地结合起来，将形象思维与逻辑思维完美地融合。体验式学习更加强调思维训练：①要刻意体验在高中物理入门阶段， 以形象思维为基础进行模仿训练，以实际例题分析、求解的过程为原型进行体验；刻意突出原型特征：针对实例过程进行受力分析、运动分析、作图分析等（形象思维的比重大），再寻找实例中有哪些过程、有哪些量、哪些已知、哪些不知；再抽象为量与量间的关系，尤其是那些变量独立变量的关系；再抽象到某个函数关系，建立公式求解（逻辑思维的比重大）；再将结果放回实例中去讨论，比如解的取舍，矢量的方向（形象思维的比重大）等等。 做到在整个实例原型中刻意强调：哪些是现象、哪些是规律、哪些思维属于形象思维、哪些思维属于逻辑思维；刻意强调它们相互渗透、相互影响、相互修正。 ②刻意引导学习者体验如何“抽象”成物理规律：逐渐摆脱对实例原型的模仿，直接理解前提与结论间的必然联系的内涵， 直接理解物理现象与规律的融合点。 ③刻意体验在前面基础上单刀切入逻辑思维，以逐步减少形象思维的比例。比如将一个物体的运动直接抽象为质点s-t 图， 再抽象为 v-t 图，再抽象为 F-t 图、a-t 图，以至于抽象为一般函数图[1]。

（二）物理知识点提炼升华的体验式学习

从各个直观感性的现象个案到提炼出理性的普遍规律，是高中物理体验式学习的重点也是难点。这里以“动量守恒”为例，体验从物理现象入手，一步一步地提炼升华生成物理规律：首先感知“游泳时，手向后划水身体则向前运动”过程中，手和水之间作用大小和方向，提炼出“物体间的作用是相互的”；再进一步提炼：设计一个能准确测定相互作用力大小和方向的实验，并能在课堂进行具体操做体验；再从实验中提炼出作用反作用力的普遍规律（牛顿第三定律）；再体验由牛顿第三定律推导出两个物体组成系统的一位动量守恒；再体验提炼升华一般情况下，二位或三位系统的动量守恒等等。 每一次提炼与升华体验，都要突出演绎推理，都是知识与思维融合的质的飞跃。

（三）物理知识应用及拓展的体验式学习

知识的应用主要指理论探究（发现新问题）和理论定量估算（解题）；知识的拓展主要指，物理规律与其它知识经验结合起来不断构建、完善、扩展自己的知识体系。 这两个过程不论从学习的思维上还是程序上，体验式学习都有自身的优势：从亲身体验的角度来切入学习， 更容易使学习者乐于成为课堂上知识应用与拓展的主角。 比如在学习匀速圆周运动规律之后，需要体验分析解答水平面（竖直面）内各种情况下的圆周运动规律的拓展应用， 再拓展到带电粒子在匀强磁场中的运动。 物理知识应用及拓展的体验式学习，对突出自主学习、再学习、建构知识体系、巩固提高知识利用率等有很好的帮助。

四、高中物理体验式学习的实践指导维度

（一）思维指导

思维模式指导是提高物理学习入门几率和能否成功实施高中物理体验式学习的难点。要坚持做到：①刻意加强学习者主动学习的方法指导， 积极能动地参与，没有参与就不能产生任何体验，就没有体验式学习。②刻意加强指导学习者主动感受到“乐”，乐中有学，学中有乐，形象思维与逻辑思维更进一步的融合成为可能，学习效果更好。③刻意加强学习者学以致用的方法指导， 体验式学习为学习者及时提供了一个运用物理知识的空间，使生活、知识、社会三者不再割裂，学习高中物理不再越来越难。④刻意加强学习者还原物理情景， 体验原始物理问题的真问题的思维指导， 体验任一个逻辑推导并非虚拟的游戏，而是有与之对应的真实过程。

（二）反馈交流

反馈交流思考问题是实施高中物理体验式学习，是提高获取知识与技能质量高低的重中之重：通常抓住小组合作学习的方式，通常分为四人组（也可以分二人组），经过体验原始物理问题之后，要求小组内交流，比如一人宣讲三人听，讲者按照自己的理解进行讲解，一边讲一边在纸上画草图、演算或者理论推导，主要讲这部分“讲什么？是什么？为什么？怎样表达？ 怎样演算推理？ ”听者也按照自己的理解来做到有准备地听，小组内轮流讲轮流听，相互交流理解经验，相互纠错，相互提醒，相互完善理解[2]。

（三）方法移植

方法移植是进行体验式学习，养成创新思维习惯，从而自主学习终身学习的重要途径。①体验式学习不仅适用于物理学科，学习者很容易将高中物理体验式学习的经验移植到其他学科。 ②突出学习物理知识的同时还可能通过方法移植、知识组合实现创新成为可能。③体验式学习突出了能力全面发展，实践中也许理解掌握某个知识技能略微差些，但体验中有可能意外获得其他知识。

综上所述，体验式学习不仅能够“促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考”，而且能够促进“自我教育”、满足终身学习的需要。

[1]余俊文.中下层次学生学习物理入门切入点的理性思考[J].物理通报，2011（5）：31-33.

[2]余俊文.高中物理“教材精读法”的课堂建构与维度研究[J].教育科学论坛，2012，（2）：19-21.