非常规物理实验_有待深入开发的重要物理课程资源.pdf

教师进修园地 非常规物理实验 有待深入开发的重要物理课程资源 张 伟1 2 郭玉英2 刘炳升3 1 内蒙古师范大学物理与电子信息学院 内蒙古 呼和浩特 010022 2 北京师范大学物理学系 北京 100875 3 南京师范大学物理科学与技术学院 江苏 南京 210097 摘要 本文提出 非常规物理实验 的概念 简要描述了其特点 根据新课程标准的理念重新审视其教育价值 从实现三维课程目标的角度进行了理论探讨 指出它是有待深入开发的重要物理课程资源 关键词 非常规物理实验 教育价值 物理课程资源 1 引言 课程资源的开发和利用是当前基础教育课程改革 的一个重要课题 高中物理课程标准 指出 实验室 的课程资源不仅限于实验室的现有设备 学生身边的 物品和器具也是重要的实验室资源 但在标准解读的 相关部分 却只强调了常用课程资源和网络课程资源 未对这一问题展开深入讨论 人们在教学实践中早就 发现 与使用 厂家生产的专门器材 做的实验相比 使 用生活物品 废旧材料 毛边材料 人体或人体局部 儿 童玩具等做物理实验 更能激发学生的兴趣 更能引起 学生参与学习的主动性和积极性 更有利于促进学生 手脑并用 发展学生实践能力 探究与创新能力 英 美 等发达国家 十分重视这类实验的开发与应用 在我 国 虽然这类物理实验在中学物理教材中早有体现 在 物理教学中早有运用 对其教学功能也有一些专题研 究 但没有引起物理教育领域的普遍重视 也缺乏深入 的理论探讨 本文提出 非常规物理实验 的概念 根据 新课程标准的理念 从理论上探讨其独特的教育价值 说明它更有助于实现物理课程标准提出的三维目标 是有待深入开发的重要课程资源 旨在引起物理教育 领域对这类实验的普遍关注 从而促进其深入开发和 广泛运用 1 非常规物理实验的概念 非常规物理实验 是指主要利用学生熟悉的生活 易得物品 材料 器具 人体或人体局部以及儿童玩具 等开发进行的一类体现自创性 体验性 趣味性 简易 性 生活化的物理实验教学活动 与其相对应的是使用 厂制正规的专门实验器材开展的实验教学活动 即所 谓 常规物理实验 非常规物理实验是反思常规物理 实验在育人功能上存在的局限性而提出来的 它与常 规物理实验 计算机辅助实验 模拟实验及仿真实验有 机结合 优势互补 方能使物理实验教学更具实效 非常规物理实验是从开发物理课程资源的角度进 行的一种分类 这样划分便于我们从繁杂的实验形式 中把那些容易被忽视的非常规物理实验形式提取出来 进行研究 进而全面认识和挖掘其潜在的教育教学功 能 开拓新的非常规物理实验形式 探索以学生个体发 展为出发点的物理实验教学方式 使其教育功能在物 理教学中得以充分发挥 非常规物理实验并不是 非科学 和 无目的 恰 恰相反 它追求科学本质 崇尚科学精神 注意培养学 生科学素质 追求丰富的教育内涵和全维课程目标的 达成 2 非常规物理实验的特点 非常规物理实验的特点一方面体现在实验材料的 生活化及易得性上 另一方面主要是它作为客体构成 一类独特的课程资源 学生与其相互作用时产生的良 性心理影响有别于常规物理实验 现将其特点归纳为 以下五个主要方面 1 材料易得 实施便利 生活中的一切材料 物品 都具有物理属性 在人为干预下均可显现物理原理 这 个事实提醒我们 学生的生活空间即 物理实验室 生 活中的一切材料 物品都是我们开展物理实验 探究和 认识其物理本质的重要课程资源 家庭 学校以及社会 生活环境中的各类物品 器具 材料种类繁多且容易得 到 手边材料以及人体或人体局部更是随时可以利用 这就为我们突破材料和时空限制 实施多种形式的物 理实验教学提供了丰富 便利的条件 2 贴近生活 亲近感强 由于学生对生活中经常 使用或身边随处可见的材料和物品很熟悉 用它们呈 现物理现象 探究它们的物理属性或原理 会使学生感 到物理学亲近 真实 可靠 会切身体会到物理与生活 47 第 26卷第 9 期 物 理 教 师 Vol 26 No 9 2005年 PHYSICS TEACHER 2005 物理与技术 物理与社会以及物理与个人之间的密切 关系 从而感受到学习物理就是从本质上探究和认识 环境世界 3 程式多变 新奇有趣 非常规物理实验实质上 是将其它用途的生活材料或物品 手边材料或物品 废 旧材料或物品 儿童玩具等人为地赋予了新用途 以及 利用人体自身充当实验成份置于物理教学环境之中 这种运用场合的新异 课堂结构的新颖 教学程式的多 样化以及呈现出学生预料之外的新奇现象 都会引起 学生的兴趣 好奇心和认知动机 4 物具它用 体现自创 非常规物理实验实际上 主要是借用 非实验物品 开展的实验教学活动 常常 涉及并解决 一种生活材料或物品可以做哪些实验 一 项实验活动可以利用哪些生活材料和物品 的发散性 问题 因此借用生活材料物品开展内容丰富 形式多样 的实验教学 可体现教师教学的个性和自创性 即使教 师采用他人富有创造性的实验方案 对学生而言同样 具有启迪作用 5 结构简单 体验性强 非常规物理实验所用材 料 物品在生活中容易获得 使学生课后自主实践 亲 身体验成为可能 由于实验方案 原理 结构一般都比 较简单 实验装置易制易修 不怕学生弄坏 因此教师 不必进行 不要搞坏 之类的告诫 学生在操作时手指 肌肉和心理放松 自由触摸体验 在与实验装置和现象 进行充分作用的过程中获得直接经验和深切感受 3 非常规物理实验的教育价值 非常规物理实验对于实现物理课程标准提出的知 识与技能 过程与方法 情感态度与价值观三维课程目 标具有独特的价值 是常规实验所无法取代的 因而是 一种有待深入开发的重要物理课程资源 3 1 非常规物理实验更注重学生的亲身体验和感受 有利于学生对知识意义的主动建构 促进学生形成技 能 建构主义学习理论认为 学习是学习者利用感觉 吸收并且建构意义的活动过程 这一过程不是被动地 接受外部知识 而是同学习者接触的外部世界相互作 用的结果 我们不能离开实际生活而在头脑中抽象虚 无的 孤立的事实和理论 我们学习的是已知事物之间 的关系及人类确立的信念 2 因而建构主义者断言 离开学习者的背景知识和经验来谈 建构 压力不一定都是垂直地面向 下 可以是任何方向 4 研究表明 对感受到的信息加 工水平越深 保持越好 5 非常规物理实验的体验性特 点无疑是促进知识保持的有效手段之一 物理教学中使用 不怕学生弄坏 的实验器材 教 师 放心 学生 随心 教师包办代替的成分减少 学 生动手实践的机会增多 在具体操作过程中 学生将不 断地发现问题 自主解决问题 因此会不断积累直接经 验 促进学生形成实践技能 因此 利用非常规实验开展物理教学活动 是由 关注知识 转向 关注学生 由 给出知识 转向 引起 活动 进而促进学生主体性发展 3 2 非常规物理实验有助于创设源于生活的真实的 探究情境 为学生经历科学探究过程创造条件 在探究学习方式普遍认同的情况下 具体实施策 略成为每个学科课程关注和研究的热点 什么样的问 题适合学生探究 这是实施探究性教学面临的首要问 题 因为只有既适合于学生又有意义的问题才能产生 有所收获的探究活动 而且问题必须用学生的观察和 他们从可靠渠道获取的有关科学知识来解答 6 非常 规物理实验为实施探究性教学与探究性学习提供了丰 富的资源支持 因为非常规物理实验所涉及的材料和 物品就在学生生活的环境之中 尽管学生对它们很熟 悉 但对其固有的物理属性或所包含的物理原理未必 知晓 所以 从认识生活物品或材料的物理本质入手可 开发众多学生感兴趣的探究问题 而问题的难易程度 和探究的完整性可根据课程内容 或超越课程内容 学生认知水平和教学时间等制约因素进行设计 先突 48 Vol 26 No 9 物 理 教 师 第 26卷第 9 期 2005 PHYSICS TEACHER 2005 年 出不同环节的探究活动 循序渐进 最终使学生理解科 学探究的全过程 比如探究泡沫塑料 塑料 玻璃等材 料的导热性能 探究硬币 鸡蛋 钥匙 易拉罐等材料的 密度 探究耳环 戒指 项链等饰物的纯度 利用书本 粉笔探究物体的稳度或 比较滑动摩擦与滚动摩擦的 大小 探究弹力与橡皮筋伸长量的关系 用纸张等材 料探究 轻重不同 等高下落的物体同时落地 等等 此外 根据电冰箱 微波炉 电视机 手机等家用或手边 物品内隐的物理原理均可设计出难易不同 学生自主 探究的课题 图2 教 师 设 计 制 作 的 物理黑箱实验 作为学 生利用所学知识探究其 内部原理的实验器具 可实现在实验室中开展 探究式 教学 一些内含 物理原理的儿童玩具如 海狮顶球 见图 2 等玩具可视为有趣的 黑箱实 验 利用这些玩具可在课堂上组织探究式教学 海狮顶球 玩具的玩法是 在光滑的桌面上 用 海狮 前胸去推靠塑料球时 则发生塑料球转动的有 趣现象 其原理是同性磁极相互作用产生力矩使球发 生旋转 教师可提出问题 什么原因造成塑料小球发 生转动 学生猜想 提出假设 你准备用什么方案 来证明你的假设 学生设计实验 如果 海狮 胸内 有一块小磁铁 那么它怎样放置才能使塑料球发生旋 转呢 给学生一个小磁钢 试着去靠近塑料球 通过变 换角度 反复试推 最终可自主发现使塑料球转动的小 磁钢所处的最佳位置 可见 使用非常规实验开展探究式教学的突出特 点是探究问题源自生活 实施便捷 能够引起学生探究 兴趣 同时体现学生主动建构知识 学习科学方法与应 用知识的统一 特别是引导学生从物理学角度认识环 境世界 会使学生感到学习物理学具有实际意义 3 3 非常规物理实验有利于培养学生的科学情感 如何在物理课程中培养学生的科学情感 是新一 轮课程改革面临的一个重大课题 情感不能灌输 不能 手把手地教 只能靠不断体验 形成心理 积淀 而成 在物理课程中培养学生的科学情感 重在让学生直接 与科学现象接触 以获得独特的 挑战性的直接经验 从而使学生在亲身体验中使情感需要得到满足 因为 在教学情境中 要使学生产生快乐情绪的首要关键在 于 教师要想方设法操纵各种教学变量去满足学生的 有关需要 7 非常规物理实验所具有的 贴近生活 程式多 变 以及 体验性强 等特点可以满足学生的好奇 好 动 求知 求成 求趣等多种需要 可以使学生从 已知 的情境中发现 未知 而获 新知 从 熟悉 的事物中 发现 新奇 而获 新意 从 平常 的物品中发现 奇 特 而获 新用 由此使学生在良好心境下开展学习 图 3 比如 用易 拉罐 制 作的 马德 堡半 球 如图 3 学生们 会从 熟悉 的废 旧 材料 中发 现新 用 途 尤其是对其产 生的 实验 现象 感 觉到趣味性 同时 感知 到大 气压 的 存在 学生对电冰箱物理原理的探究活动中 不仅可以 理解科学技术对经济社会发展和人类文明进步的重大 作用 同时也会了解氟利昂对地球自然环境所造成的 负面影响 而将物理玩具拿到课堂 对其 神奇 现象背 后隐藏的物理原理进行揭示 会使学生了解到物理知 识的巧妙运用 感到探究的乐趣 非常规物理实验的特点还决定了学生能够在课内 外自主和自由地实践和体验 扩大了主客体相互作用 的空间 能够适应学生的认知发展水平 使学生的学习 由被动变为主动 由不易理解到容易理解 由学不懂到 学得懂 进而使学生在成功需要的满足中产生愉悦 增 强自信心 消除畏难情绪 通过满足学生创造需要来引发学生快乐情绪 培 养学生科学情感 是非常规物理实验另一独特的功能 由于非常规物理实验是借用 它物 的实验形式 所用 材料容易找到 因此会使学生产生自己动手也做一做 的欲望 教师展现在学生面前的非常规物理实验 其巧 妙的设计 独到的构思 将给学生以创造性的启发和激 励 其不完美 不理想之处又可促使学生产生 如何才 能做得更好 的创造动机 特别是非常规物理学实验中 蕴含的 改变 更换 代替 放大 重组 借 用 等丰富的创新思路 无不潜移默化地启迪着学生 此外 非常规物理学实验引发的问题能够促使学生用 物理学的观点去重新审视环境中的事物和现象 例如 如果教师向学生提出 用粉笔 易拉罐 文具等能做什 么物理实验 这类开放性问题会使学生从新的视角审 视环境中的物品和材料 并根据它们的质地 颜色 形 状 原理等物理特性 运用所学 设想出新用途并付诸 创新实践 从这个角度看 物理教学中运用非常规实验 49 第 26卷第 9 期 物 理 教 师 Vol 26 No 9 2005年 PHYSICS TEACHER 2005 国外教育 让学生为技术世界作准备 美国技术教育改革的新动向 徐 杰 江苏省镇江中学 江苏 镇江 212017 摘要 本文简要分析代表美国技术教育改革最新成果的 美国国家技术教育标准 出台的背景 介绍其主要内 容和特点 探讨对我国理科课程改革的启示 关键词 技术教育 课程标准 技术素养 课程改革 重视技术教育并使技术课程与科学 数学课程并 重成为 20世纪末期世界课程改革的一个重要特点 美 国自 2061 计划 1989 年 开始关注技术教育 直至 面 向所有美国人的技术 计划 1994 年 正式研究技术教 育内容标准 历经 10 年努力 于 2000 年推出 国家技 术教育标准 标志着美国的技术教育改革跃上了一个 新的高度 引起世界各国的广泛关注 1 美国为何出台 国家技术教育标准 1 1 美国进一步提高综合国力的必然选择 20 世纪末期 为了迎接 21 世纪新一轮的国际竞 争 为了提升综合国力和维护国家安全 世界各国纷纷 调整政策 加大对科技和经济体制整合的力度 以科技 创新推动经济发展 尤其是美国 冷战结束后 将科技 发展作为实现国家利益和国家目标的头等大事来抓 克林顿政府于 1993 年 1994 年相继发表了 技术促进 经济增长 面向可持续发展的未来的技术 等报告 1995年秋 美国制定 美国国家安全科学技术战略 第 一次将国家安全的概念扩展到了经济和科技领域 认 为 安全概念一度曾意味着拥有世界上最强大的军事 力量 而现在则同时还意味着经济上的安全 技术是 经济增长的驱动力 可见 发展科技已被视为进一 步提高综合国力从而保证美国国家安全的强有力的手 段 而保持科技竞争优势的关键在于教育 因此 美国 政府自然会在教育改革中体现这一战略思维 1 2 美国经济社会发展的必然要求 美国具有高度发达的现代市场经济 其劳动生产 率 国内生产总值和对外贸易额均雄居世界首位 有较 为完善的国民经济宏观体制 美国科技力量雄厚 特别 在计算机 医药 航天及武器装备等领域 其技术水平 居世界领先地位 技术革命 技术进步和技术创新对生 产力的巨大推动作用 极大地促进了美国经济社会的 繁荣和发展 从根本上讲 综合国力的竞