欠发达地区高中物理实验教学现状及对策

陈小平 谭海兰

(1. 湛江市教育局教研室,广东 湛江 524043; 2. 湛江二中港城中学,广东 湛江 524000)

欠发达地区高中物理实验教学现状及对策

陈小平1谭海兰2

(1. 湛江市教育局教研室,广东 湛江 524043; 2. 湛江二中港城中学,广东 湛江 524000)

物理学是一门以实验为基础的科学,物理实验在物理教学中有着举足轻重的地位和作用.然而,实验教学长期以来未能得到应有的重视,尤其是欠发达地区,物理实验资源非常欠缺,实验教学意识淡薄,很多学校的演示实验和学生分组实验无法开设,新课程教学目标无法落实.通过对欠发达地区的湛江市高中物理实验教学状况的调查研究,剖析欠发达地区高中物理实验教学现状及其产生的原因,提出改进实验教学现状的应对策略.

欠发达地区;高中物理;实验教学;现状;对策

物理是一门以实验为基础的学科,物理实验能够培养学生认识自然、热爱科学的优秀品质,训练学生科学的思维习惯,提高学生的实践能力.《普通高中物理课程标准》明确指出:实验是物理课程改革的重要环节,是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径.[1]然而,很多地方对物理实验教学未能引起足够的重视,尤其是欠发达地区,物理实验资源非常欠缺,实验教学意识淡薄,很少有教师自制实验器材来解决物理教学中的问题,很多学校的学生分组实验无法开设,甚至连演示实验也难以开展,新课程教学目标无法落实,学生的创新精神、实践能力和学科素养得不到有效的培养.[2]湛江市地处祖国大陆最南端,属于欠发达地区.本文通过对湛江市高中物理实验教学状况的分析研究,剖析欠发达地区高中物理实验教学现状及其产生的原因,提出改进欠发达地区高中物理实验教学现状的应对策略.

1 湛江市高中物理实验教学现状

为了调查了解湛江市高中物理实验教学现状,笔者根据新课程标准对高中物理教学的要求和湛江市实验教学的实际,分别编制了“湛江市高中物理实验教学情况调查问卷”的教师卷和学生卷.随后向湛江市普通高中物理教师发放调查问卷410份,收回395份,剔除部分没有填写完整或不按要求填写的,有效问卷382份,有效率93%.调查涵盖了省一级中学、市一级中学、面上中学和乡镇中学,占比分别为30.5%,30.7%,26.5%和12.3%.同时向全市各类学校学生发放问卷1870份,回收1805份,有效问卷1726份,有效率92%.将调查数据输入EXCEL软件,求出相应百分比,绘出图表,直观反映了实验教学现状调查情况.另外,还就湛江市高中物理实验教学状况对16所不同层次学校的部分师生进行了访谈.根据对调查问卷和访谈情况的分析研究,了解到湛江市高中物理实验教学现状如下.

1.1 实验资源非常欠缺

一是实验室欠缺.实验室数量与学生人数严重不匹配,实验室环境简陋等现象在湛江市各类普通高中普遍存在,乡镇一级学校尤为严重.调查发现,全市除了几所省一级中学实验室比较完备外,其他学校有的勉强有一两间实验室,有的连实验室也没有.二是实验器材严重不足,实验设备陈旧,使用率低.调查发现,全市高中学校实验器材种类齐全而且数量也充足的仅占10.2%,约有75%的学校实验器材种类不够齐全.除了几所省一级中学实验器材比较新之外,近一半学校的实验器材大部分是旧的,20%的学校实验器材全是旧的,如图1所示，远不能满足实验教学的需要.

图1 学校拥有实验器材情况

1.2 很多学校没有专职实验员

调查发现,30.6%的学校没有专职物理实验员,如图2所示.有的学校是因为实验器材缺乏没有设置专职实验员,有的学校干脆让任课教师或者没有任何相关知识背景的校工担任实验员,这导致很多学校实验器材的管理、维护、维修等均存在问题.有些器材因为存放条件要求较高,实验员不懂相关知识导致被损坏;有些仪器,特别是学生实验常用的仪器损坏后,实验员没有相应的能力去维修,导致本来就不多的器材数量更加不足.另外,实验器材的改进很大一部分需要实验员的参与和帮助,但非专职实验员理论水平和能力跟不上,有的甚至连相应的器材都认不全,根本无法提供有效的帮助.

图2 拥有专职实验员情况

1.3 实验课的开展情况远不达要求

调查发现,全市能够经常开设实验课的学校不多,很多教师不愿组织学生去实验室做实验,甚至连演示实验也不做.如图3和图4所示,能经常开展演示实验和分组实验的学校分别为30.6%和12.2%.分组实验开设率低的原因:有67.3%的教师认为是器材的原因;25.5%的教师觉得做实验时学生管理太费劲,所以不愿开展实验;13.3%的教师觉得讲实验比做实验效果好,没必要做实验,如图5所示.高达23.3%的教师用黑板和课件讲实验.因此,利用自制实验器材来解决实验教学中问题的教师少之又少.

图3 演示实验开展情况

图4 分组实验开展情况

课外实验更是被教师们忽视,仅有5%的教师认为自己的学生做过较多的课外实验.而对学生的调查表明,10%的学生表现出对课外实验感兴趣,经常会去做.至于90%的学生没做过或很少做,主要原因有: (1) 材料和工具难找到; (2) 课业繁重,没有时间; (3) 自己想做,但缺乏相应的理论指导.[3]

图5 教师不愿意开展分组实验的原因

1.4 实验资源开发的意识不强

调查发现,约有90%的教师认为教材的实验并不是完全合理的,需要改进,但在实际教学中能经常对实验方案进行优化设计的教师只有28.8%,有19.4%的教师甚至从来没有进行过优化设计,完全照搬课本实验,如图6所示.对教材的实验改进和实验器材制作方面,有74.5%的教师尝试过,但能经常这样做的仅占8.2%,如图7所示,说明自制器材的氛围并不浓厚.访谈中教师提到,自制教具主要有以下困难: (1) 教学任务紧,没有时间; (2) 收集和准备材料比较困难; (3) 理论水平不足,不知如何下手.除此以外,教师对自制实验教具的重要性认识不足和学校缺乏对教师自制实验教具的评价激励机制也是影响教师自制教具的重要原因.[4]

图6 实验教学中优化实验设计情况

图7 实验器材的改进与制作情况

1.5 学生的实验能力和学科素养较差

对学生的调查发现,在实验教学中,学生存在以下问题: (1) 大部分学生都对实验比较感兴趣,但兴趣只停留在较低层次上,对实验的作用认识不足,只是追求其趣味性,或者只是通过实验帮助理解知识.对实验的其他功能,如提升科学素养,培养创新能力等认识不到位,如图8所示. (2) 学生的实验能力欠缺,不具备在实验过程中运用所学知识调试实验仪器、交流合作解决实际问题的能力,实验过程中遇到问题时,有60%以上学生的第一反应就是寻找教师帮助,如图9所示,很少有学生能够对教师讲解的内容提出质疑.(3) 学生很少有机会按新课程要求自己设计实验方案,即使有机会,对自己独立设计的实验方案也信心不足,希望教师能够指导,如图10所示,有58%的学生甚至期望教师能直接讲清原理和步骤,自己直接动手就行，说明学生的自主探究能力还比较薄弱.这些问题表明,学生的实验能力和学科素养与新课程标准的要求相差甚远.

图8 学生对实验作用的认识情况

图9 学生在实验过程中遇到问题的做法

图10 学生在实验前的想法

1.6 实验教学的评价方式单一

调查和访谈中发现,大部分教师都认识到目前的实验教学评价比较单一,却无法做出有效的改变.如图11所示,有49%的教师意识到实验操作评价应占一定的比例,但实际操作起来比较困难,最终只能流于形式;32.7%的教师认为写实验报告比较可行,但实验报告中教师只关注学生测得的数据和实验结果,没能准确评价学生的实验能力.图12表明,有67.3%的教师认识到高考实验既要考查学生的动手能力,又要考查分析和处理数据能力,所以高考实验若以笔试与操作相结合的方式评价是较理想的.但目前大部分中学对学生的实验能力评价,主要还是通过纸笔考试的形式进行,多数学校仍以高考实验成绩来评价实验教学.

图11 教师认为实验评价的最佳途径

图12 教师认为高考实验比较合理的考查方式

2 现状原因分析

2.1 政府对实验设备设施的经费投入严重不足

近年来,通过教育“创强”,政府对教育经费投入有所增加,但这些经费主要用于校舍建设、校园美化、电教设备、功能室、场馆室等,而用在实验室的扩建和实验器材的添置上较少,甚至由于学位扩容,有的学校还把实验室改为教室.调查发现,在全市新增教育经费中,政府给学校用于实验设备设施的经费投入占学校总增教育经费投入的情况是:省一级中学不到4%,市一级中学不到3%,与经济发达地区比较相差甚远.这么少的经费投入,远没能达到新课程对实验设备设施的要求,严重制约实验教学的正常开展.

2.2 学校领导和教师不重视实验教学

很多学校领导和教师过分看重实验教学的应试功能而忽视其发展功能,在高考指挥棒的影响下,学校领导和教师都围着高考成绩转,纸笔实验分数的高低成为判断学生实验能力强弱的唯一依据.学校领导和教师们形成了这样一种错误导向:实验教学的目标是提高学生对实验题目的解答能力而不是实验技能,不管用什么样的授课模式,只要能让学生在考试中得高分即可.这就导致实验教学中“教师的教”和“学生的学”都是围绕着“考试得高分”的目标进行.在实际的教学过程中,也确实存在学生不动手做实验而考试同样可以得高分的情况.于是,不少教师更加坚定自己的想法:不做实验也能得高分,况且“时间短、麻烦少、效率高、效果也不差”,何乐而不为?正是由于这些功利因素的影响,导致学校领导和教师将实验教学简单地与考试成绩挂钩,不重视学生实验操作技能和学科素养的培养.教师在实验教学上缺乏积极性,分组实验变成演示实验,演示实验变成讲实验,做实验变成做实验题.

2.3 没有建立科学的实验教学评价体系

目前很多地方的教育部门还没有出台可供参考的科学的实验教学评价体系,没有具体的、可操作的实验教学评价细则和评价量表,导致实验教学评价不能规范有效.多数教师没有意识也没有能力探索较为完善的实验教学评价方法,还是安于现状,采用传统的实验教学评价方式,把简单便捷的纸笔测试作为实验教学评价的唯一标准,不了解实验评价的目的是培养学生物理核心素养和促进学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的发展,不会将形成性评价与终结性评价相结合,不会把学生在活动、实验、制作、探究等方面的表现纳入评价范围,不懂得评价主体的多元化和发展性评价等,极大地扼杀了学生的创新精神和实践能力的培养.另外,由于高考在人们心目中的重要地位,高考的导向作用对实验教学评价的影响极大,如果实验教学评价与高考成绩脱节,即使有再科学完美的评价体系,教师们都可能不会采纳.正是由于实验教学评价的缺失,忽视了实验教学在培养学生的好奇心、合作交流能力、实践能力、创新能力、科学素养等方面的作用,导致学校领导和教师不重视实验教学.

3 实验教学改革与对策

3.1 教育部门和学校应加大实验教学的经费投入

一是加大对实验室和实验器材的投入.各级教育行政部门和学校应高度重视实验硬件的投入,至少建设一定数量符合标准的实验室,为学生的实验提供条件.教育部门应向广大一线教师和实验员调研,统计出能够满足新课程标准对实验要求所需的实验器材的种类和数量,配齐基本实验器材,把钱花在刀刃上,避免仪器的闲置和有限资金的浪费.二是加强对专职实验员的配备和培养.实验员是实验室管理、实验器材保管和维护、维修的专职人员,是实验资源开发的重要力量.目前具备专业素质的专职实验员太少,应加强专业实验员的配备,对现有实验员要加大专业技能的培训力度,提高实验员的专业水平和实验能力.

3.2 要高度重视实验教学,注重教学方式多样化

物理概念比较抽象,思维能力要求较高.而传统教学中,教师为提高学生的应试能力,满堂灌文本知识,然后进行题海战术,舍去一切物理概念和规律建立过程的呈现,不给学生独立自主探究的机会.这些做法使得学生的物理学习了无生趣,丧失了学习的热情.调查发现, (1) 有95%的学生希望物理实验课多些自主学习、合作探究的机会; (2) 90%的学生希望能多些到实验室上物理课,让自己获得操作体验的机会; (3) 63%的学生在教师演示实验时,希望能先让自己分析、思考、归纳、概括出物理概念和规律,教师再小结完善答案; (4) 38%的学生希望教师能布置多些课后小实验和小制作的作业,以提高自己的创新精神和实践能力等.因此,学校领导和教师必须转变观念,高度重视实验教学,注重教学方式多样化.(1) 物理实验不能单纯为高考而开设,它是中学物理的重要组成部分,是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径.只有认识到这一点,教师才会去研究实验,认真开展实验,创新实验设计等.(2) 要丰富实验教学模式.传统的先讲后做、讲多做少,教师示范,学生模仿的实验教学模式不仅限制了学生的思维,使学生的实验技能和科学素养得不到培养,还使学生丧失了对实验的兴趣.教师要尽量采用新课程标准提倡的自主、合作、探究的教学模式,加强探究性实验的教学,探索创新的、符合学生实际的教学模式.(3) 加强演示实验在课堂导入中的作用,激发学生学习物理的兴趣.(4) 为了展现物理概念和规律的建立过程,降低学习的难度,应尽量多开展演示实验、分组实验和随堂实验等.(5) 在教学中要充分突出学生的主体作用,变“教学过程”为“学习过程”,[5]教师少讲,将探究和展示的机会尽可能留给学生,培养学生自主学习和合作探究的能力.(6) 积极开展课外实验,使学生将物理学习的兴趣延伸到课外,培养学生的创新精神和实践能力.

3.3 鼓励教师积极开发实验课程资源

教育行政部门和学校要提供实验课程资源开发的土壤,鼓励教师进行实验器材的改进和制作,特别是低成本器材的制作.(1) 倡导教师利用生活中廉价的材料和废旧物品制作实验器材,以解决或缓解实验器材短缺问题,满足欠发达地区物理实验教学的需要.(2) 鼓励教师对教材中的实验教学内容进行合理的改进设计,以降低实验仪器的要求和实验教学的难度,适应欠发达地区实验教学的实际,使物理课堂教学更具有针对性.(3) 教育部门可定期举办实验仪器制作和实验改进设计大赛,在当地营造浓厚的实验教学氛围,促进物理教师实验改革的热情,并注意通过大赛收集优秀作品来充实实验课程资源.(4) 鼓励教师进行校本教材的研究与开发,邀请专家对教师实验资源开发进行必要的培训和指导,组织教师编写符合欠发达地区高中物理实验教学的校本教材,并在当地推广运用.

3.4 加强对任课教师实验教学能力的培训

任课教师是实验的组织者、指导者和实施者.但调研中发现不少教师存在以下问题: (1) 不熟悉实验器材的原理和使用,导致不敢带领学生做实验; (2) 教师自身操作不规范,给学生做了错误示范; (3) 教师缺乏一定的器材维护知识,实验中器材一出现问题,自己不能解决,必须求助实验员; (4) 教师对基本的仪器不熟悉,要进行器材的改进和重组,甚至是制作,基本不可能.

因此,加强对任课教师实验教学能力的培训是非常必要的.(1) 教研部门要经常开展物理实验教学研讨活动,加大对教师实验技能的培训力度,邀请专家对教师的实验教学进行指导,努力提高教师的实验教学水平.(2) 学校要给教师提供物质和精神上的支持,对教师的发明和创造给予激励,使学校形成良好的研究氛围,激发教师实验改革的热情.(3) 教师要加强学习、转变观念,不能满足于利用现有资源开展实验教学,还要积极自制简易实验器材,尝试对现有实验器材和教材实验内容进行改进和创新,以提高实验教学效率.

3.5 构建多元化的实验教学评价体系

目前对实验教学的终极评价多是笔试,包括高考.笔试只能静态地评价学生对实验原理、步骤、数据处理等知识的理解水平,即使学生没有做过实验,单纯背实验也基本达到这种效果,这只是对知识目标维度或物理观念素养的单一评价.要落实物理课程目标,全面提高学生的科学素养,必须构建多元化的实验教学评价体系.(1) 将操作考试纳入实验教学评价的范畴,做到操作考试与纸笔考试相结合.通过考察学生在实验操作中是否会提出问题、形成猜想与假说、进行合作与交流、获取和处理信息,对实验的本质属性、内在规律及相互关系是否会进行抽象概括、分析综合、推理论证,对实验结果是否实事求是、是否会进行评估和分析、质疑与批判等,加强对新课程三维目标和物理核心素养的评价.(2) 要注重形成性评价与终结性评价相结合,关注过程性评价.通过对学生的实验兴趣,参与活动的投入程度,应用知识解决问题的能力和作业、测验、作品展示等多种评价,帮助学生发现、纠正存在的问题,激励学生学习,促进学生发展.(3) 要加强对教师的教学评价.通过对课堂实验的开设情况和学生实验能力的提升情况等来评价教师的实验教学,促进教师对教学的反思、改进和提高.(4) 让学生参与实验过程的自我评价和同学之间的互评,还要从学生的长远发展去评价,建立学生实验评价档案袋等,[6]促进学生认识自我、勇于实践、勤于思考,培养学生自主学习、合作探究和终身学习的能力.要通过对实验教学的多元评价,提高学校领导和教师对物理实验地位和作用的认识,促进实验教学的正常开展.

总之,经济水平和教学观念在一定程度上制约物理实验的教学水平,要改变欠发达地区高中物理实验教学现状,除了需要地方政府在财力物力上的大力支持,需要教育行政部门和学校领导的高度重视外,更需要广大物理教师转变观念,树立信心,挖掘潜力,发挥智慧,立足实际,攻坚克难,加强实验教学的研究,努力开发实验教学资源,以满足实验教学的需要,提高欠发达地区高中物理的教育教学质量.

1 教育部. 普通高中物理课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社, 2003.

2 陈小平编. 高中物理创新实验设计[M]. 汕头:汕头大学出版社,2017.

3 李美芬. 大理州高中物理实验教学情况调查及实践研究[D].昆明:云南师范大学,2014.

4 徐在菊. 新课标高中物理教材物理实验教学的分析与研究[D].济南:山东师范大学,2009.

5 付道春. 新课程中教师行为的变化[M]. 北京:首都师范大学出版社,2001.

6 黄光扬. 正确认识和科学使用档案袋评价方法[J].课程·教材·教法,2003(2):50-55.

本文系广东省教育科学“十二五”规划课题“欠发达地区高中物理实验教学研究”(课题批准号：2012YQJK298)的研究成果.

2017-06-01)