物理实验是处理预设与生成关系的最好舞台
2014-05-29牛晓婷徐才吴俊林
牛晓婷 徐才 吴俊林
摘要:预设性与生成性是课堂教学的二重属性,处理好预设与生成的关系是有效和高效物理教学的关键。物理实验是物理教学的一种重要方式和手段,也是物理学科的基础和切入点,但是对于实验在教学中的重要作用仍有一些教师认识不够,不能充分地发挥实验在教学中促进教学生成的作用。针对这一问题阐述了新课程对物理实验作用的肯定与重视,物理实验在教学中各个方面的重要作用,进而论述了物理实验是处理预设与生成的最好舞台。关键词:物理实验;物理教学;预设;生成;学生发展中图分类号:G642文献标志码:A文章编号:1001-7836(2014)02-0089-03在物理学以及科学技术的产生和发展过程中,物理实验自始至终都占有极其重要的地位。物理实验可以创设各种教学情境,激发学生兴趣,最重要的是它的“过程”的特点,尤其是学生实验是最能体现学生主体性的方法,学生的物理实验过程需要细心地观察,结合实验的原理进行思考时离不开积极的想象和思维,更注重的是实验需要学生亲手操作,去体验感触,从而增加直接的感性认识。学生在实验过程中要进行各种不同的活动,在不同的活动过程中有不同程度的生成,还可以培养他们不同的能力,而且精彩的实验必须是要经过精心科学的预设才能保证其效果,因此,物理实验在课堂教学中为预设与生成关系的处理提供了很好的平台。一、新课改对物理实验在教学中的作用的肯定新课程的最高宗旨和核心理念是“一切为了每一个学生的发展”。《普通高中物理课程标准》指出,“实验是揭示物理规律的重要途径,是增强学生物理学习兴趣的有效手段。”而在全日制义务教育物理课程标准中则指出:“物理课程不仅应该注重科学知识的传授和技能的训练,注重将物理科学的新成就及其对人类文明的影响纳入课程,而且还应重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养”[1]。如果将物理实验这种手段有效地与物理教学相结合,既可以满足物理课程标准所提出的要求,又与新课程所提出的最高宗旨和核心理念相一致,可以实现多重目标。因此,认识到物理教学的重要作用,将物理实验与教学有效地结合有重要的意义。二、物理实验在各个环节中无可替代的作用
据统计,在现代物理学中大约有84%的知识与实验有直接的关系,可以说物理实验不但是物理学发展的基础,而且在物理学的教与学的过程中也具有重要的地位。中学物理实验教学能激发学生的兴趣,让学生了解物理实验的重要思想并得到实践,培养他们发现问题和解决问题的能力并由此提高创新能力。
(一)实验使学生的兴趣和注意力更加集中
兴趣是最好的老师,有了兴趣就有了内在的动力,可以收到较好的学习效果。 根据中学生的学习特点,我们知道他们持续注意的时间一般不超过20分钟,因此,教师在上课时应该采用多种教学方法,以吸引他们的注意力。物理实验,尤其演示实验特别贴近他们的生活,可以使学生立刻精神抖擞,是物理教学中最有效的方法之一,并且每个学生都可以按照自己的理解与想法去观察,遇到问题自己去解决,能最大限度地发挥他们的主观能动性。有些学生虽然理论知识差,但观察得细致,有些学生动手能力强,在实验过程中,教师为他们提供展现自我的机会,这样可以满足学生动手操作、手脑并用的愿望;更重要的是,学生能在实验中不断体会和尝到“发现”与“克服困难解决问题获得成功”后的喜悦,从而提高兴趣、增强信心和求知欲,进而热爱物理学科,培养科学的素质和志向。因此,实验为学生兴趣的生成提供了平台。
(二)实验是物理教学的催化剂
物理实验在某些方面对物理概念和规律的认识和建立,起着任何其他方式均无法代替的催化剂作用。也许没有物理实验学生也可以理解概念,认识规律,但是理解得不会那么透彻,应用规律的时候不会那么得心应手,因为感知是认识过程的第一步,没有很好的感知,不可能有真正的认识,“眼见为实,耳听为虚”,要顺利改变学生的前概念必须通过亲身直接感知、实验观察等一系列的实践活动,才能获得所研究物理问题的感性材料,实验就为感性认识提供了舞台。
1.物理实验在物理概念建立中的作用
物理概念是将物理现象、物理过程经过思维抽象而建立的,而这个特殊的认识过程的第一步就是“感知”,没有很好的感知,不可能有真正的认识。必须通过感知活动、实验观察等一系列的实践活动才能获得所研究物理问题的感性材料。学生通过观察演示实验或者亲自做实验都是获得感性材料的过程。获得了这些感性认识,学生在此基础上就能更好地理解所建立的概念,生成自己的新的知识结构,思维也得以发展。所以,物理实验是学生建立物理概念的基础。
例如:在“怎样描述速度变化的快慢”一节中,需要引出“加速度”的概念,加速度是一个非常抽象但是又非常重要的概念。它是联系力和运动的纽带,学好加速度就可以很容易地掌握牛顿运动定律。但是在实际的教学中,一线教师都觉得这节是个难点,教师教得吃力,学生学得也很吃力。那么在这一节的后面引入一个实验——利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度。教师们都知道,在学生掌握了打点计时器的使用方法后,其重点在于如何对纸带进行处理。在数据处理的过程中才能真正地体会加速度这个概念。在这个实验中,不仅可以根据定义把加速度计算出来,学生自己也可以懂得匀变速直线运动在相等时间内速度的变化量是相等的一种加速度不变的直线运动。所以实验的合理安排能够将教学难点突破,使得一些重要的概念变得不再是“天书”,而是就在身边,可以感受得到。
2.物理实验在物理规律的形成过程中的作用
我们知道,物理学所表达的定律,绝大多数是用实验探索得出来的,是通过大量实验进行观察,取得数据,然后加工整理,运用精辟的数学工具,将大量的数据上升才形成规律的[2]。物理规律反映了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律。它揭露了事物本质属性之间的内在联系,反映了运动变化的各个因素之间的本质联系[3]。
在教学中,重视感性认识,使学生通过物理现象、物理过程获得必要的感性认识,是形成概念、掌握规律的基础。这种感性认识可以来源于学生的生活,也可以来源于实验提供的物理事实。在教学中组织一系列有效的实验,点拨学生的思维,使学生的思维处于激励状态,既能活跃教学气氛,又能促进学生的思维活化,创设了良好的学习环境,有利于提高课堂效率。更为重要的是通过实验能训练学生的科学方法。比如实验归纳法、实验验证法、真实实验与理想实验相结合法等等。只有使学生经历和体验获得实验结果的过程,学生才能对什么是科学、什么是科学实验有较为深刻的理解,才能在实验过程中感受到科学过程和科学方法的训练,从而形成科学的态度、科学的情感和科学的价值观。
例如:牛顿第一定律又叫惯性定律,简单的一句话:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非在它上面的力迫使它改变这种状态。然而它是经过两千多年的历史才正确回答了力和运动之间的关系。很多学生对这个定律的理解不十分透彻,但是他们几乎全都对惯性有亲身感受。只要教师稍加点拨(本来物理处于什么状态,突然物体的哪一部分受力,而其他部分由于惯性要保持原来的状态不变,因而会出现什么样的情况。)学生对一切的相关惯性的解释就水到渠成,举一反三了。虽然惯性定律不能用实验直接证明,只是将伽利略的理想实验结合教师的讲解过程中播放的“现代人做伽利略斜面实验的频闪照片”去感受知识。但是从这一节的学习中,学生深刻体会到物理学中的科学方法,“科学假设、理想实验与合理推理”相结合的神奇力量。
3.为教学提供难得的问题资源
通过实验验证理论预言或假说的时候回答有时可能是出乎意料的,实验事实胜于一切,其最珍贵的启发性意义也在此。它的这种意想不到的启发意义也会反映在做实验本身的过程中,会发生一些意想不到的事情。因此说不仅是成功的实验,就是失败的实验也会是个很好的教学契机。
科学实验本身是一个严谨的科学过程,需要认真、严谨、实事求是、不怕困难、勇于进取的科学态度和精神。但是人们在科学探究的过程中,总是由于某些原因造成实验失败,如:实验设备故障、实验条件不适宜、实验设计不合理、准备不充分或遇偶发事件等都是无法避免的,如果教师能对其正确引导和应用,合理归因就可以将失败的实验作为一个很好的案例加以利用,甚至可以产生成功实验难以达到的教学功能[4]。一个失败的实验本身就为学生提供一种情境、一个现实的问题,是一种很难得的教学资源,分析寻找原因的过程就是一个探究的过程,无论是否得到科学的实验结论,只要经过认真的探索就都是有价值的[5]。同时,如果能意识到实验不是一帆风顺的,而学生又可以善始善终,具有不怕挫折、坚韧不拔的追求真理的顽强精神,从而能够陶冶情操,锻炼性格,培养良好的科学作风和科学精神,这样实验的价值就发散了,而且实验也有助于训练学生的科学实验方法:人们总是在错误和失败中成长得更快,教师如果能机智地利用失败实验教学,会产生意想不到的教学效果,并且对自己来说也是一次十分有益的职业成长体验,有利于教学机智和实验素养的不断提高。
4.实验中引进新技术使得物理教学更具有开放性
教学活动是通过一定的手段和工具来展开,这些工具的使用决定着教学活动的具体过程和组织方式以及效率等,可以说人类在社会生产与生活中创造出来的新技术和新设备,一直不断地推动着教学活动的发展,它们是人类教学进步的重要动力,是教学效率和效果得以不断提高的重要物质保证[6]。随着社会经济发展而不断更新的教学设备不断地优化着、提高着教师教学技术,利用新技术是新时代的教学特征,而学习新技术对应的也是教学发展的客观需要。
当前物理课程改革更加突出实验教学,要求实现实验手段多样化和现代化,物理课程标准也明确提出要重视将信息技术应用于物理实验,加快物理实验软件的开发和应用[7]。
(1)信息技术的应用增强中学物理实验的演示效果。中学生有独特的认知特点,选用动画、适当的文字、声音等能够刺激学生较多感官的因素的有机结合,使学生接收到更多信息,有利于发挥学生主动学习的潜能。信息技术中传感器的引入可以说是物理实验的重大变革,使得实验的功能变得更加强大,从而将一些抽象的物理过程和概念直观化、精准化,目前传感器是物理实验仪器很重要的部分,有了它们实验在教学中的作用更重要。
(2)信息技术能提供丰富的物理实验教学资源,引导学生自主学习。我国中学的物理教材往往只有一套,也就是说学生可利用的这一种教材资源是非常有限的。但是,当今社会已是一个信息无限膨胀的社会,如果学生的知识仅仅被困在课本上这一范围,是很难适应当今知识社会的变化和发展的。因此,有必要为学生提供更直接、更便捷、更丰富的资源平台,而信息技术手段就能实现这一目标,而且这些资源不是死板的、单一的,而是非线性的、声色俱全的、交互性以及超文本形式的,可以满足学生日益增长的需求。
(3)信息技术能为学生自我设计物理实验方案、分析物理实验数据提供帮助,从而提高学生的探究能力。做实验的目的并不是仅仅让学生记住实验步骤和相关的结论,而比较重要的是能使学生体验产生实验结论的整个过程,让学生对物理过程理解得更透彻。新技术不仅可以作为多媒体展示工具来使用,还可以做实验的仿真模拟和某些比较抽象的物理过程的动态分析,在处理数据的时候,计算机可以实现学生手动无法完成的大量的、复杂的计算,可以使得信息处理更加高速化和智能化。这不仅能为有限的课堂节约时间,还可以从各个角度多层次地分析数据获得更多的认识,为学生创新能力的培养奠定坚实的基础。
但是需要强调的是,物理实验教学与物理概念规律教学、习题教学、复习教学等其他教学形式相比,其最基本的特征在于突出反映它的实践性,以及它自己所独有的活动方面。实验操作应该是学生思维下的产物与行为,是学生必需的,如果用信息技术完全代替,不仅学生,教师也会在行动上产生惰性,教师在思想上更不能纸上谈兵,急功近利。
5.有利于发挥学生的主体性,培养他们的创新能力
中学物理实验不仅仅指实验室里的常规实验,而是广义的实验,包括观察、实验、小制作、小实验等活动。这些丰富的实践活动给中学生提供了足够的生动、形象、直观、富有启发性的感性材料,为他们进一步认知事物打下了必要的基础。“非常规”物理实验就是利用环境中“非专业化”的物理手段,不按固定方法和形式,人为控制条件,有目的地实施观察与探索物理规律的实验教学活动”[8]。它的实验器材都是来自学生身边的物品,具有简易,低成本的特点。在中学物理教学中适当地引入“非常规”实验,将有利于培养学生的创造性思维,使得学生将生活物理化,物理生活化。这是符合新课改的理念和要求的,也是中学物理教学改革的方向之一。另外,常规实验(演示实验和学生实验)教给学生基本的实验方法和技能,培养求实的科学态度,是物理课不可缺少的教育环节。然而,物理概念和规律的建立,光靠单一的途径往往并不深刻,需要多方面,有时甚至是反面的措施,从不同的情境、不同的角度中领悟,才能有更深层次上的理解和掌握。非常规物理实验正是基于这种考虑而设计和实施的。如果将非常规实验和常规实验有机结合使得优势互补,即:“科学性与趣味性”相结合、“操作训练与自主体验”相结合和“实验室资源与生活环境资源”相结合,能够更加有效地培养学生的分析问题、解决问题的能力,是当前教育教学创新的重要方式。三、结语物理实验可以最大限度地调动学生的自主能动性,激发学生的学习兴趣,培养学生的各种能力。这是处理预设和生成的前提条件。另外,实验之前所需要的种种设计和安排包括:原理的学习(问题的提出)、器材的准备、步骤的设计和注意的事项等等,都凸显了预设的作用,而具体的实验过程中可能会遇到无法预料的问题,处理数据时涉及到新技术的引用,而有的实验要求学生自己设计,对实验原理和器材的选择是非常开放的,教师和学生对待这一系列问题的态度和方法体现着他们的智慧,这是利用实验教学中的生成部分的体现。因此,实验在中学物理教学中所具有的作用和地位是不可替代的。也正因为这些,我们可以说,物理实验是物理教学预设和生成和谐相处的最好舞台。参考文献:[1]全日制义务教育物理课程标准[S].2005.[2]李珍呈.浅谈物理实验对物理规律教学的作用[J].物理教学探讨,2006,(2):19-21.[3]余胜华.在物理规律教学中实施实验探究[J].考试周刊,2007,(22):81-82.[4]顾厚根,朱铁成.失败实验在中学物理教学中的运用[J].物理教学探讨,2006,(9):6-8.[5]朱俊.浅谈新课程背景下的中学物理实验教学[J].教育革新,2011,(12):37.[6]朱慕菊.走进新课程与课程实施者对话[M].北京:北京师范大学出版社,2002:148-151.[7]彭耀.新课标下高中物理实验教学探讨[D].武汉:华中师范大学硕士学位论文,2008.[8]张伟,郭玉英.论“非常规”物理实验的教学地位[J].课程·教材·教法,2007,(12).