指向问题解决的高中物理实验教学

檀辰馨

[摘要] 分析目前高中物理实验教学的现状，探讨提高实验教学有效性的策略，即指向问题解决的整体设计策略、学生“做中学”的学习策略、教师“教为不教”的指导策略，并以“测电源电动势和内阻”的实验教学为例呈现实验教学案例。

[关键词] 实验教学;问题解决;做中学;教为不教

一、问题的提出

物理是一门实验学科，实验能力是学生在物理学习中必须掌握的核心能力之一。实验题是物理高考的必考题型，其考查范围为《普通高中物理课程标准（2017版）》（以下简称《课程标准》）中规定的学生必做实验。在大部分物理教师看来，实验题就考那么几个实验，其中的实验基本原理确定，实验方法大同小异，因此考查范围都是学生比较容易掌握的。但是学生在实验题上的得分率却并不算高，教师眼中的“送分题”到了大部分学生那里就成了“送命题”。

更令人担忧的是，高考的笔试形式决定了学生在高考试题上的表现其实远优于他们实际的实验操作能力。出于应试的目的，学生花在“做实验习题”上的精力往往数倍于花在“做实验”上的，有些学生甚至整个高中期间都没有亲自动手做过一个物理实验，这导致学生的实验操作能力根本达不到《课程标准》的要求。这一点在去年刚被纳入江苏省学业水平测试的实验技能考试中得到了证实。在笔者所监考的考场中，绝大部分学生无法独立正确完成所有的实验操作，过半学生不能正确完成电路连接，约1/3的学生不会操作电阻箱。最令人意外的是，很多学生竟然不认识电容器。由此，当前高中物理实验教学的有效性值得商榷。

二、高中物理实验教学现状分析

1.学生学情现状

《课程标准》在必修课程中规定学生必做的实验有12个。笔者对所在学校的高一学生发进行了问卷调查，共發放问卷530份，回收有效问卷516份。如表1所示，调查数据显示学生认为必修课程中最难的实验排名。

通过访谈，笔者发现学生认为实验学习的难点主要有以下几个：原理难以理解;实验变式太多;实验操作烦琐;数据计算量大。

2.教师教学现状

笔者通过与同行的交流，以及对公开课、优质课的观摩，发现在高中物理实验教学中，普遍存在如下问题。

（1）实验教学纸上谈兵。有些教师认为学生做实验只是“走过场”，加上目前大部分高中的物理实验室都存在仪器老旧损坏等问题，因此不愿意安排学生分组实验。出于教育功利化目的，教师中流传着“做实验不如讲实验，讲实验不如考实验”的错误思想。这导致目前的高中物理实验教学中，教师讲实验、画实验、放实验视频的多，学生进实验室动手操作的少，实验教学变成了纸上谈兵。这也是部分学生动手操作能力差、甚至学了三年高中物理都还不认识电容器的原因所在。

（2）教师讲解面面俱到。有些教师在进行实验教学时，生怕学生学不会，于是从实验原理、方案、步骤、数据处理、结论、误差分析都先细说一遍，甚至是自己先做一遍给学生看，然后让学生完全照着做。这样一来，学生完全成了教师手中的“提线木偶”，做实验时只剩下单纯的模仿，而不需要任何思考，也没有自主发挥的空间。正因为此，学生缺少对实验原理的深入思考，缺少对实验方案设计的过程体验，只能靠死记硬背来学实验。然而，高考物理实验题却常常考查创新实验，学生因为缺少应变能力，所以很难应对。

（3）故障排查越俎代庖。在学生进行分组实验时，教师课前就提前检查、挑选、摆放好实验仪器，课中则随时给予全方位技术支持。“老师我们的纸带打不出点！”“老师我们的小灯泡不亮！”“老师为什么电流表没示数而电压表有示数？”这样的问题相信每个高中物理教师都帮助解决过无数遍。看上去，故障排除了，学生实验顺利进行下去了，可是学生能力上的问题解决了吗？故障排查，需要学生调动所学知识，充分反思、论证，是非常锻炼学生实验能力的一环，一旦教师代劳，学生就失去了一个提升能力的机会。

（4）学生实验流于形式。教师事无巨细地讲，学生按部就班地做，结果毫无悬念，学生也毫无兴趣。这样已经预知结果的“假探究”充斥在学生实验的课堂中，导致学生缺少任务驱动，做实验的时候敷衍了事，实验数据拼凑抄袭，整个实验过程流于形式。

三、指向问题解决的实验教学策略

《基础教育课程改革纲要（试行）》提出：“要处理好传授知识与培养能力的关系，培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。” 提高高中物理实验教学有效性的重点在于让学生动起来，深度参与到实验过程中，在实践中主动学习、自主建构。

1.整体教学设计策略——问题式教学PBL

指向问题解决的教学方法，即PBL（Problem-Based Learning），也叫作问题驱动式教学，是指以学生为主体，以学科内的问题为核心展开探究学习，并以寻求解决问题的方案为目的的教学方法。具体落实在实验教学中，就是以实验目的为核心问题，对学生产生任务驱动，让学生通过自主设计实验方案、自主完成实验探究的方式，在完成实验任务的过程中达到实验教学的目标。

基于问题的教学能够提高学生主动性，激发学生求知欲，提高学生在实验教学中的主动参与程度，从而实现有意义的知识建构和能力提升。具体到学和教两方面来说：学生在亲自动手操作、实践的过程中培养能力，促进对实验原理的理解和实验操作能力的提升，即“做中学”;而教师要将实验教学课堂的主体还给学生，只从旁提供适当的指导，其指导原则在于培养学生能力而非直接给出答案，即“教为不教”。

2.学生实验学习策略——“做中学”

“做中学”是指让学生通过实践活动学习知识与技能的学习方法，其目的在于增加直接经验、培养解决实际问题的能力。任何知识的建构都必须基于学习者自身的原有经验，而无法单纯通过老师的灌输而习得。在实验学习的过程中，学生要变“坐中学”为“做中学”，以问题得到解决为目标亲自动手操作，运用多种感官获得感性经验，在实践中去体悟实验原理、感受实验过程，并思考解决问题的方案。正如杜威所说的：“一种经验，一种非常微薄的经验，能够产生和包含任何分量的理论（或理智的内容），但是，离开经验的理论，甚至不能肯定被理解为理论。”

根据信息加工心理学，知识可以分为陈述性知识和程序性知识。程序性知识主要表征为一系列操作规则，其学习重点在于实践，实验技能就属于程序性知识。而“做中学”强调学生的实践操作，因此程序性知识的内在学习要求十分契合。

3.教师实验指导策略——“教为不教”

叶圣陶曾说：“凡为教，目的在达到不需要教。”这就是“教为不教”的教育理念。新的时代背景下，教师的作用已不仅仅是“传道授业”，如何培养具有自主学习能力、终身学习能力和创新学习能力的高素质人才是教育的核心问题。教师要转变角色，变“教授者”为“指导者”，变“教学生学会”为“教学生会学”，将课堂主体真正还给学生。联合国教科文组织指出：“教师的职责现在已经越来越少地传递知识，而越来越多地激励思考;除了他们的正式职能以外，他将越来越成为一位顾问，一位交换意见的参与者，一位帮助发现矛盾论点而不是拿出现成真理的人。”

授人以鱼，不如授人以渔。显然，在实验教学中，比让学生做出结果、得到结论更重要的是培养学生的实验素养，因此教师要适当放手、充分留白，让学生在问题解决的过程中有自我发展的空间。教是为了不教，教师要学会做减法：减少直接结论的讲授;减少对学生思维和行动的约束;减少对问题解决的插手干预。只有教师退一步，学生才能进一步。

四、指向问题解决的实验教学案例

陶行知认为：“让学生走上创造之路，手脑并用，劳力上劳心，这需要六大解放：一解放眼睛，二解放双手，三解放头脑，四解放嘴，五解放空间，六解放时间。”以学生感到最难的“测电源电动势和内阻”实验的教学为例，这一实验的难点在于实验方案的变式繁多，除课本上给出的传统伏安法之外，还有安阻法、伏阻法、安安法、伏伏法等众多创新实验方案，且数据处理过程需要在理解实验原理的基础上采用数形结合的数理方法，对学生综合能力要求较高，學生仅靠生搬硬套和题海战术很难在高考的创新实验考查中取得高分。

因此，笔者采用PBL教学策略，围绕“测电源电动势和内阻”这一核心问题，让学生分成若干学习小组，以小组合作的方式自主设计个性化实验方案，自行展开实验探究，并以最终测出电源电动势和内阻为任务目标。对学生而言，这意味着四个解放：解放眼睛——观察现象，解放双手——动手操作，解放头脑——方案设计，解放嘴——交流讨论。而对教师而言，为了保障学生有充分的空间和时间，则要实现另两个解放：解放空间——开放器材室，供学生根据自己的实验方案选用器材，以完成其个性化实验方案;解放时间——通过调课做到实验课2节连排，保证学生有充足的时间完成整个实验设计和操作。

1.自行设计实验方案

提前布置实验任务，教师以导学案的方式引导学生自主学习实验原理，让学生在走进实验室之前就做好充分的知识准备。在此基础上，各小组通过组内讨论、查找资料设计个性化实验方案，画出实验电路图。

2.自行选用实验器材

各小组根据方案的需要来上报所需器材清单、自主挑选器材，笔者为增加课堂趣味性和挑战性设置了如下规则：（1）各小组按抽签顺序依次挑选器材;（2）各小组所拿器材不可超出清单范围，即不可额外拿取本组无用的器材;（3）后选的小组若出现所需器材已被选完的情况，则需自行更改实验方案。

这一障碍设置大大提高了学生参与的积极性，课堂气氛空前活跃。一个班级12个学习小组，笔者一共提供了10个电流表、12个电压表和6个电阻箱供学生挑选。最后两个小组原先设计的分别是伏安法和安阻法，但是电流表在第9组选完后就没有了，仅剩6个电压表和2个电阻箱，所以这两个小组开了紧急会议临时改为了伏伏法和伏阻法。

3.自行排除实验故障

笔者在提供给学生的器材中混入了一些有故障的器材（提前检测好，并做个不起眼的暗号方便识别），包括接触不良的电池盒和开关、断了的导线、坏了的电流表电压表等，并告知学生器材中可能有部分存在故障，需由各小组自行排查出并正确判断其故障类型后找教师进行更换。

给学生提供多用电表，方便学生排查故障。多用电表的使用和电路故障排查一直是电学实验中学生的学习难点，但是其原理其实很简单，小家电修理工亦能熟练使用。我们学生之所以存在学习障碍，归根结底还是以前纸上谈兵的实验学习方法不对，如果能在“做中学”，亲手操作几次，很快便能突破这一学习难点。需要注意在学生排查电路故障遇到困难时，教师应给予启发，但不可亲自动手帮助操作。

4.自行处理实验数据

学生设计表格，并记录实验数据，组内可以进行讨论，以完善表格设计的合理性和科学性。完成实验数据采集后，对数据进行处理，如果遇到有问题的数据，可以进行小组讨论，反思实验中存在的问题，重新进行实验。考虑到不同小组存在能力差异，时间充足的小组完成数据处理后可以当堂完成实验报告，时间紧张的小组可以完成初步数据分析确保其正确性后将数据带走，课后完成实验报告撰写。

实验报告可以帮助学生梳理整个实验从原理到结论的各环节，让学生在感性经验之上建构理性思考。因此应当要求每个学生都要撰写，以防止整个学习小组内只有个别学生真正参与的情况。在高中学习之初接触第一个实验开始，教师就应当对实验报告的规范写法提出具体要求，对学生的第一份实验报告给予详细指导，之后则逐渐放手，让学生自行撰写。

5.自行分析实验误差

各小组完成实验报告后，开展实验交流汇报。教师总结各小组所采用的实验方案，组织学生讨论不同实验方案的原理及实验误差原因，评价不同实验方案的优缺点，并引导学生反思实验方案有没有可改进之处。

指向问题解决的“做中学”在强调学生实践的同时，并未摒弃学科知识的学习，而是要求对不同学习内容选取不同的教学方法。显然，对于物理概念、定律等需要理解记忆的陈述性知识而言，教师深入浅出地讲授更有利于学生学习;而对于实验技能这样的程序性知识而言，以问题解决为驱动的实践教学则更为适切。实验教学中，教师要拿捏好“教为不教”原则中“教”和“不教”的尺度，既保障学生的主体地位，又充分发挥教师的主导引领作用，做到课前精心准备、课中适当放手，在张弛之间提升学生的实验素养。

[参考文献]

[1]屠锦红，李如密.“做中学”教学法之百年演进述评[J].课程·教材·教法，2014，34（4）：95-102.

[2]胡晓雄，徐志燕.基于高考实验题对高中物理实验课有效教学的思考[J].物理教师，2017，38（12）：27-30.