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摘要:实验是物理学的重点,较好地利用实验可以提升教学质量,培养学生质疑、探究能力和科学素养。新课程标准认为学习是一个探究的过程,是一种参与性和体验性的创造活动,因此,演示实验由验证性向探究性的改进成了物理教学改革的一个重要组成部分。
关键词:实验;验证性;探究性;改进
物理学是一门以观察、实验为基础的学科,在中学物理教学和学生学习中以实验作为基础,有着非常重要的作用。物理实验大体可分为学生分组实验、课堂演示实验和课外小实验等,其中又以课堂演示实验最为重要。《基础教育课程改革纲要》要求教师注意培养学生的独立性和主动性,引导学生质疑、调查、探究,在实践中学习,促进学生在教师的指导下主动地、富有个性地学习,因此在物理课程的教学中,其主旋律是“将实验与科学探究有效地结合起来”。
一、教学理念
1.演示实验教学的作用和现状
物理演示实验是教师为配合课堂教学而对学生所做的表演示范实验,在中学物理教学中的作用十分重要。首先,演示实验能发展促进学生的认知水平。演示实验可以将自然、生产、生活中的主要的、有意义的物理现象、规律,在演示实验的条件下突出并集中显示出来,为科学结论、规律提供实证,为学生提供丰富的感性材料,成为学生进行观察和获得感性知识的重要源泉,帮助学生建立物理模型,突破教学难点。成功的演示实验,常常给学生留下难以磨灭的鲜明印象,使课堂气氛异常活跃,从而获得很好的教学效果。其次,演示实验能培养学生学习物理的科学思维方法和各种能力。物理实验中蕴含许多非常好的启迪思维方法,在实验演示的过程中引导学生直接或间接地通过观察、分析、想象、假设、归纳等方法潜移默化地向学生渗透这些好的方法和思想。最后,演示实验能培养学生良好的科学素质。实验不仅能帮助学生掌握知识,提高智能,而且对非智力因素的培养也有显著的作用。通过实验(观察或实际操作),可以培养学生严谨细致的工作作风,坚韧不拔的意志品质,实事求是的科学态度。
虽然演示实验在物理教学中作用是功不可没的,但经过物理教学实践的人都清楚,演示实验教学在实际教学中存在着很多问题。第一,由于受高考指挥棒的影响,传统的教育方式和课时限制使我们的教育以“多抓分数”为主,忽略了对学生潜能和专业技能的培训。课堂演示实验基本上是教师配合教学内容“讲实验”,而不是做实验,更谈不上学生亲手操作和探究了,学生的任务就是被动地将书本上的“经典实验现象”与教师讲授的内容进行对比和验证,从而认可书本的内容,考试时生搬硬套,稍微变换一下物理情景就不知所云了。第二,没有认识到物理实验本身也是一个充满科学理论的认知过程,是物理教育中重要的、必不可少的组成部分,而是将物理实验仅仅作为理论教学服务的工具和手段。很多物理教师在教学过程中,或单纯在量的方面追求尽量多的感官刺激(应用多媒体技术短时间展示大量的实验或生活现象),或强调简单地观察记忆(教师一步步做、讲,学生看、记),或认为实验可做可不做(只让学生强记考点和结论),忽视了实验教学中的目标、方法、思维等质的方面的深入探讨和精心设计。如此一来,很大程度上限制了学生学习的主动性,无法培养学生学会学习、学会研究、学会质疑,甚至会引起学生的反感,进而丧失学习物理的兴趣。第三,在实际教学中,由于时间、空间的限制,仪器尺寸大小、仪表刻度线的粗细等都会影响学生的观察效果,致使很多情况下教师“自弹自唱”。在这些实验教学过程中,老师是“独裁者”,学生往往处于一种“看电影”的状态,甚至就认为和电影一样,现象和数据都是老师事先“准备好的”“凑出来的”,严重挫伤了学生的积极性、主动性。
2.验证性实验和探究性实验的特点
验证性实验是指对研究对象有一定了解,并形成了一定认识或提出了某种假说,为验证这种认识或假说是否正确而进行的一类实验。验证性实验是强调演示和证明科学内容的活动,科学知识和科学过程分离,与背景无关,注重探究的结果(事实、概念、理论),强化实验操作和观察等个别智力技能,强调快速、直接的获得物理知识,而不是探究的过程。学生通过观察、现象分析和教师的讲解,将教师讲授的内容与所作的实验现象进行验证,进而强化所学的知识和理论。学生处于“旁观者”的角色,对为什么进行实验、如何设计实验、实验的步骤等模糊不清,对培养学生学会思考、学会学习以及创新能力和实践能力的培养起到了一定的限制作用。验证性实验传递了这样一种信息:了解一个发现和如何把这个发现的结果应用到一个确定的问题上比直接学习如何发现要重要得多。
探究式实验教学是指在教师的指导下,学生应用已经学过的知识,针对学习中的问题,自己设计实验发现或得出一些新的物理规律或结论,从而获得新知识并且加以应用的方法。新课程标准认为“学习是一个探究过程,是一种参与性和体验性的,并在教师指导下展开的、具有严密的学术性的创造活动”。在此活动过程中,学生自主地参与,获取新知识、形成新概念、培养学习科学知识所必需的实验和探究能力,进而养成探索未知世界的积极态度。人的一生都是在不断地进行探究的,学生是一个天生的探究者,探究性实验就是让学生通过独立或协作的方式进行解难释疑的探究,让学生在掌握知识、技能和方法的同时有思考、质疑、表述、探究、讨论问题的机会,强调在探究过程中获得理解科学知识和科学过程相互统一。如此,可以把探究性实验分解为:“这是学习(生活)过程中的一个问题”“通过什么样的实验可以解答这个问题”“如何组织和实施这个实验”“可以获取哪些结论或推广应用”。
二、教学模式
探究性学习有五个基本特征:提出问题、收集数据、形成解释、评价结果、检验结果。为此,探究性实验的教学常见模式可以归纳为:创设情景,提出研究课题——设计实验方案;组织进行实验——归纳实验结论;总结物理规律——推广应用或反思实验过程,提出新的问题。即一般由教师或学生先提出科学的问题;学生根据已有的知识和经验,提出假说和猜想,然后引导学生设计实验程序并实施实验方案;收集、处理并分析数据,得出结论;最后将其应用到新的情境中并加以检验或提出新的问题。这种模式强调探索和创造,学生以近似科学家如何实验的方式学习物理,不再强调“经典”的结论,而是强调过程和对结论的解释。
三、课堂应用
引入探究式教学后,我们进行物理实验的教学,应以学生自主参与为主,教师指导为辅,将演示实验上升为集趣味、探究于一体的实验过程。学生亲自体验、感受、探索和创造,学生是实验的主人,教师是指导者、组织者、合作者。
例如物理选修3-2《电磁感应》中“探究电磁感应的产生条件”这一节的教学,很多老师按部就班地根据书本上的流程一个实验一个实验地演示,一步步验证给学生看“这些条件可以产生感应电流”,最后归纳出规律。但这样的教学只能使学生沉浸在对现象的观察之中,而对为什么进行这些实验及产生此现象的原因却不很理解,利用规律解决实际问题往往会出现很多困难。为此,笔者在此部分内容的教学中,充分强调探究的过程:
(1)从本章第一小节中“磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应”出发,提出问题“如何才能得到感应电流”让学生设计实验来得到感应电流。学生根据初中已有知识“闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动可以产生感应电流”,重新回忆设计实验过程并亲自操作,结果发现单根导线的切割产生的实验现象很微弱,进一步让学生探讨如何改进,学生讨论得出改进方法——增强磁场和增长导线切割的长度,自然地引入了可以用一个矩形线圈(增加切割长度)来代替一根导线进行切割,使实验现象得到明显的提高。
(2)进行引导:运动是相对的,你是否可以设计另外的实验来对初中的实验进行补充呢?学生立刻得出可以让线圈不动而磁场运动,从而马上设计出“磁铁插入和拔出线圈”这一实验。
(3)进一步激发思考:上述实验中的“运动”蕴含着怎样的“变化”呢?你是否可以设计其他的实验来进一步完善?学生通过讨论发现是磁场的强弱发生了改变。进一步引导:不运动可以产生同样的改变吗?学生回忆电流可以产生磁场,控制电流的强弱可以控制磁场的强弱,慢慢地引导出“模仿法拉第的实验”的设计和操作。
(4)引导归纳:上述实验的“运动”和“变化”中实际是哪一个物理量在发生变化?最后得出产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生了改变。同时质疑:电流有大小和方向,既然是磁通量的变化产生了感应电流,那么感应电流的方向和大小必定与磁通量的变化有关,有什么样的关系呢?通过本节课的实验,你是否可以来加以证明呢?从而进一步对实验过程进行深化,为后面的学习激发了浓厚的兴趣。
在整个教学过程中,笔者始终抓住学生的已有知识“磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应”,引导学生进行理论探究和实验探究,积极调动学生对新事物的探究兴趣,让学生在课堂上处于最大限度的主动激活状态,使学生始终处于积极主动地探索知识的状态中,学生好比是猎取知识的“猎手”、电影的“演员”而非观众;教师处于主导地位,从电影的“演员”变为“导演”,利用手中的“指挥棒”去引导学生通过探究活动自主构建知识结构,使他们参与体验知识的获得过程,既激发了学生的学习积极性又培养了学生的科学素养和能力。
四、思考与前景
新的课程标准提倡探究式学习方式,由此有些老师喜欢走极端,在教学中就产生了一种效应:向学生传授的物理知识大都是探究式的,几乎所有的物理实验也都是探究性实验。实验是科学探究的重要组成部分,但是教学中的科学探究不一定也不可能都是完整的,所以不一定都要在课上或课下做实验。其实,学习的过程就是要在短时期内把前人通过长期大量的积累、实验得出的正确结论迅速承接过来,抽出时间和精力进行新的创新与发展。培养学生探究能力不只是探究实验一种方式,介绍科学家的探究过程也是一种好的方法。如果对所有的知识、所有的实验都探究,不仅没有必要,也没有这么多时间。
但实验始终是物理众多教学环节中的重中之重,是培养学生实践动手能力、科学素养和创新精神重要途径,也是真正落实物理课程标准的目标、实施物理课程发展的重要条件和重要的课程资源,因此,物理课程应该更加重视实验。由于长期形成的讲授、演示的教学模式束缚,无法很快实现探究式教学,但俗话说“授人以鱼,不如授人以渔”,实验方法是解决问题的门路与程序,有了解决的门路与程序,做起来就会事半功倍。我们在思想上认准新教法的优点,根据实际情况,选择适合探究的实验,并对探究过程进行合理的规划,引导学生顺利进行科学探究,从而培养学生的创新意识和实践能力。在教学实践中充分发挥探究式教学法的优势,改变物理实验教学现状,促进物理教学发展就指日可待了。
(作者单位:江苏省溧阳中学)
关键词:实验;验证性;探究性;改进
物理学是一门以观察、实验为基础的学科,在中学物理教学和学生学习中以实验作为基础,有着非常重要的作用。物理实验大体可分为学生分组实验、课堂演示实验和课外小实验等,其中又以课堂演示实验最为重要。《基础教育课程改革纲要》要求教师注意培养学生的独立性和主动性,引导学生质疑、调查、探究,在实践中学习,促进学生在教师的指导下主动地、富有个性地学习,因此在物理课程的教学中,其主旋律是“将实验与科学探究有效地结合起来”。
一、教学理念
1.演示实验教学的作用和现状
物理演示实验是教师为配合课堂教学而对学生所做的表演示范实验,在中学物理教学中的作用十分重要。首先,演示实验能发展促进学生的认知水平。演示实验可以将自然、生产、生活中的主要的、有意义的物理现象、规律,在演示实验的条件下突出并集中显示出来,为科学结论、规律提供实证,为学生提供丰富的感性材料,成为学生进行观察和获得感性知识的重要源泉,帮助学生建立物理模型,突破教学难点。成功的演示实验,常常给学生留下难以磨灭的鲜明印象,使课堂气氛异常活跃,从而获得很好的教学效果。其次,演示实验能培养学生学习物理的科学思维方法和各种能力。物理实验中蕴含许多非常好的启迪思维方法,在实验演示的过程中引导学生直接或间接地通过观察、分析、想象、假设、归纳等方法潜移默化地向学生渗透这些好的方法和思想。最后,演示实验能培养学生良好的科学素质。实验不仅能帮助学生掌握知识,提高智能,而且对非智力因素的培养也有显著的作用。通过实验(观察或实际操作),可以培养学生严谨细致的工作作风,坚韧不拔的意志品质,实事求是的科学态度。
虽然演示实验在物理教学中作用是功不可没的,但经过物理教学实践的人都清楚,演示实验教学在实际教学中存在着很多问题。第一,由于受高考指挥棒的影响,传统的教育方式和课时限制使我们的教育以“多抓分数”为主,忽略了对学生潜能和专业技能的培训。课堂演示实验基本上是教师配合教学内容“讲实验”,而不是做实验,更谈不上学生亲手操作和探究了,学生的任务就是被动地将书本上的“经典实验现象”与教师讲授的内容进行对比和验证,从而认可书本的内容,考试时生搬硬套,稍微变换一下物理情景就不知所云了。第二,没有认识到物理实验本身也是一个充满科学理论的认知过程,是物理教育中重要的、必不可少的组成部分,而是将物理实验仅仅作为理论教学服务的工具和手段。很多物理教师在教学过程中,或单纯在量的方面追求尽量多的感官刺激(应用多媒体技术短时间展示大量的实验或生活现象),或强调简单地观察记忆(教师一步步做、讲,学生看、记),或认为实验可做可不做(只让学生强记考点和结论),忽视了实验教学中的目标、方法、思维等质的方面的深入探讨和精心设计。如此一来,很大程度上限制了学生学习的主动性,无法培养学生学会学习、学会研究、学会质疑,甚至会引起学生的反感,进而丧失学习物理的兴趣。第三,在实际教学中,由于时间、空间的限制,仪器尺寸大小、仪表刻度线的粗细等都会影响学生的观察效果,致使很多情况下教师“自弹自唱”。在这些实验教学过程中,老师是“独裁者”,学生往往处于一种“看电影”的状态,甚至就认为和电影一样,现象和数据都是老师事先“准备好的”“凑出来的”,严重挫伤了学生的积极性、主动性。
2.验证性实验和探究性实验的特点
验证性实验是指对研究对象有一定了解,并形成了一定认识或提出了某种假说,为验证这种认识或假说是否正确而进行的一类实验。验证性实验是强调演示和证明科学内容的活动,科学知识和科学过程分离,与背景无关,注重探究的结果(事实、概念、理论),强化实验操作和观察等个别智力技能,强调快速、直接的获得物理知识,而不是探究的过程。学生通过观察、现象分析和教师的讲解,将教师讲授的内容与所作的实验现象进行验证,进而强化所学的知识和理论。学生处于“旁观者”的角色,对为什么进行实验、如何设计实验、实验的步骤等模糊不清,对培养学生学会思考、学会学习以及创新能力和实践能力的培养起到了一定的限制作用。验证性实验传递了这样一种信息:了解一个发现和如何把这个发现的结果应用到一个确定的问题上比直接学习如何发现要重要得多。
探究式实验教学是指在教师的指导下,学生应用已经学过的知识,针对学习中的问题,自己设计实验发现或得出一些新的物理规律或结论,从而获得新知识并且加以应用的方法。新课程标准认为“学习是一个探究过程,是一种参与性和体验性的,并在教师指导下展开的、具有严密的学术性的创造活动”。在此活动过程中,学生自主地参与,获取新知识、形成新概念、培养学习科学知识所必需的实验和探究能力,进而养成探索未知世界的积极态度。人的一生都是在不断地进行探究的,学生是一个天生的探究者,探究性实验就是让学生通过独立或协作的方式进行解难释疑的探究,让学生在掌握知识、技能和方法的同时有思考、质疑、表述、探究、讨论问题的机会,强调在探究过程中获得理解科学知识和科学过程相互统一。如此,可以把探究性实验分解为:“这是学习(生活)过程中的一个问题”“通过什么样的实验可以解答这个问题”“如何组织和实施这个实验”“可以获取哪些结论或推广应用”。
二、教学模式
探究性学习有五个基本特征:提出问题、收集数据、形成解释、评价结果、检验结果。为此,探究性实验的教学常见模式可以归纳为:创设情景,提出研究课题——设计实验方案;组织进行实验——归纳实验结论;总结物理规律——推广应用或反思实验过程,提出新的问题。即一般由教师或学生先提出科学的问题;学生根据已有的知识和经验,提出假说和猜想,然后引导学生设计实验程序并实施实验方案;收集、处理并分析数据,得出结论;最后将其应用到新的情境中并加以检验或提出新的问题。这种模式强调探索和创造,学生以近似科学家如何实验的方式学习物理,不再强调“经典”的结论,而是强调过程和对结论的解释。
三、课堂应用
引入探究式教学后,我们进行物理实验的教学,应以学生自主参与为主,教师指导为辅,将演示实验上升为集趣味、探究于一体的实验过程。学生亲自体验、感受、探索和创造,学生是实验的主人,教师是指导者、组织者、合作者。
例如物理选修3-2《电磁感应》中“探究电磁感应的产生条件”这一节的教学,很多老师按部就班地根据书本上的流程一个实验一个实验地演示,一步步验证给学生看“这些条件可以产生感应电流”,最后归纳出规律。但这样的教学只能使学生沉浸在对现象的观察之中,而对为什么进行这些实验及产生此现象的原因却不很理解,利用规律解决实际问题往往会出现很多困难。为此,笔者在此部分内容的教学中,充分强调探究的过程:
(1)从本章第一小节中“磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应”出发,提出问题“如何才能得到感应电流”让学生设计实验来得到感应电流。学生根据初中已有知识“闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动可以产生感应电流”,重新回忆设计实验过程并亲自操作,结果发现单根导线的切割产生的实验现象很微弱,进一步让学生探讨如何改进,学生讨论得出改进方法——增强磁场和增长导线切割的长度,自然地引入了可以用一个矩形线圈(增加切割长度)来代替一根导线进行切割,使实验现象得到明显的提高。
(2)进行引导:运动是相对的,你是否可以设计另外的实验来对初中的实验进行补充呢?学生立刻得出可以让线圈不动而磁场运动,从而马上设计出“磁铁插入和拔出线圈”这一实验。
(3)进一步激发思考:上述实验中的“运动”蕴含着怎样的“变化”呢?你是否可以设计其他的实验来进一步完善?学生通过讨论发现是磁场的强弱发生了改变。进一步引导:不运动可以产生同样的改变吗?学生回忆电流可以产生磁场,控制电流的强弱可以控制磁场的强弱,慢慢地引导出“模仿法拉第的实验”的设计和操作。
(4)引导归纳:上述实验的“运动”和“变化”中实际是哪一个物理量在发生变化?最后得出产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生了改变。同时质疑:电流有大小和方向,既然是磁通量的变化产生了感应电流,那么感应电流的方向和大小必定与磁通量的变化有关,有什么样的关系呢?通过本节课的实验,你是否可以来加以证明呢?从而进一步对实验过程进行深化,为后面的学习激发了浓厚的兴趣。
在整个教学过程中,笔者始终抓住学生的已有知识“磁生电是一种在变化、运动过程中才能出现的效应”,引导学生进行理论探究和实验探究,积极调动学生对新事物的探究兴趣,让学生在课堂上处于最大限度的主动激活状态,使学生始终处于积极主动地探索知识的状态中,学生好比是猎取知识的“猎手”、电影的“演员”而非观众;教师处于主导地位,从电影的“演员”变为“导演”,利用手中的“指挥棒”去引导学生通过探究活动自主构建知识结构,使他们参与体验知识的获得过程,既激发了学生的学习积极性又培养了学生的科学素养和能力。
四、思考与前景
新的课程标准提倡探究式学习方式,由此有些老师喜欢走极端,在教学中就产生了一种效应:向学生传授的物理知识大都是探究式的,几乎所有的物理实验也都是探究性实验。实验是科学探究的重要组成部分,但是教学中的科学探究不一定也不可能都是完整的,所以不一定都要在课上或课下做实验。其实,学习的过程就是要在短时期内把前人通过长期大量的积累、实验得出的正确结论迅速承接过来,抽出时间和精力进行新的创新与发展。培养学生探究能力不只是探究实验一种方式,介绍科学家的探究过程也是一种好的方法。如果对所有的知识、所有的实验都探究,不仅没有必要,也没有这么多时间。
但实验始终是物理众多教学环节中的重中之重,是培养学生实践动手能力、科学素养和创新精神重要途径,也是真正落实物理课程标准的目标、实施物理课程发展的重要条件和重要的课程资源,因此,物理课程应该更加重视实验。由于长期形成的讲授、演示的教学模式束缚,无法很快实现探究式教学,但俗话说“授人以鱼,不如授人以渔”,实验方法是解决问题的门路与程序,有了解决的门路与程序,做起来就会事半功倍。我们在思想上认准新教法的优点,根据实际情况,选择适合探究的实验,并对探究过程进行合理的规划,引导学生顺利进行科学探究,从而培养学生的创新意识和实践能力。在教学实践中充分发挥探究式教学法的优势,改变物理实验教学现状,促进物理教学发展就指日可待了。
(作者单位:江苏省溧阳中学)