分析物理教学中国外实验教学效果研究和启示

1、.分析物理教学中国外实验教学效果研究和启示在建构主义理论的影响下,从上世纪70年代末、80年代初开场,国外研究逐渐显示实验的教学效果与教育功能之间存在一定的差距,由此引发了科学教育界对实验教育功能与实验教学效果之间的不匹配及其产生原因和对策的研究,这一研究主题成为30年来实验研究的热点问题。这一浪潮对实验教学和实验教学研究产生了重要影响。当然,这一浪潮的目的并不是动摇或削弱实验的地位和作用,更不是把实验从科学教育中清理出去,而是为了重新评估实验的教学功能,找出影响实验效果的因素,为进步实验教学效果献计献策。在国内,对国外这一浪潮鲜有介绍,俗话说“他山之石,可以攻玉,为了借鉴国外先进实验教学经历

2、,介绍别人最新的研究成果,为了进步我国实验教学的程度,解决我国课程改革中实验教学所遇到的问题,下面从实验教育功能研究、实验教学效果研究和对我们的启示三部分进展介绍。一、实验教育功能研究自从科学教育进入学校以来,对实验教学就存在着两种对立的观点。一种观点认为实验是科学教育中理所当然的事情,实验对于科学教育就像厨具对于厨房一样是不可或缺的。另一种观点认为“花那么多的时间、人力和物力用在实验上值吗?在科学教育开展过程中,由于科学教育工作者的不懈努力,实验已成为科学教育的特色和必要的组成部分。为了答复“实验在科学教育中的作用是什么?,人们总结了系统而丰富的实验功能。1962年J. F. Kerr在总结

3、实验研究成果的根底上,把实验的功能总结为20项。1966年他把这些功能概括为10项,并对各项内容进展了准确界定。这10项内容是:培养观察和记录才能,培养科学思维习惯,训练操作才能,训练解决问题才能,满足实验考试要求,帮助理解理论知识,证实科学事实和科学理论,发现科学事实和科学理论,激发和保持学习科学的兴趣,感受科学现象的真实性。J. F. Kerr认为各项之间并不是孤立的,而是互相联络的,根据各项之间的内在联络,他绘制了实验功能关系图,有连线的工程之间表示它们之间有联络,如图1所示。J. F. Kerr的工作具有一定的代表性,他对实验功能的界定和分析不仅对当时的科学教育具有指导作用,而且对我们

4、如今理解实验教学也具有借鉴价值。由于社会的进步和科学教育研究的不断深化,实验的功能也在随着科学教育理论的开展而不断丰富,如随着STS、探究和科学本质观在教学中的出现,这些内容在教育功能中也反映出来,如何通过教学实现新的实验功能已成为理论中需要解决的问题。二、实验教学效果研究D. Hodson通过分析认为传统的实验教学是基于以下几点假设之上的:科学开场于观察;科学观察是可信的、无偏见的;从观察得出客观、无价值倾向的数据;从这些数据中通过总结可以得出事实和规律;从这些数据中通过归纳可以得出以原理和理论为形式的解释;通过进一步的观察和实验可以直接和明确地证实理论。以上这种研究方法是基于“客观、中立的

5、观察观之上的归纳方法。18世纪休谟提出的“归纳问题早已是困扰归纳方法的难题,在上世纪60年代,美国科学哲学家汉森提出了“观察浸透理论哲学观点,这一观点不仅对哲学产生了重大影响,而且也动摇了传统科学教育的哲学根底。与此同时,从上世纪70年代开场,对学生认知构造的研究不断提醒了学生前概念的顽固性和科学教育效率低下这一现实。在这一大背景下,从70年代末、80年代初人们开场对实验教学效果、对实验的教育功能提出质疑,其中有代表性的研究见表1。从表1中可以看出,研究人员大多来自美国、澳大利亚、加拿大、以色列、英国等科学教育研究较兴隆的国家。研究方法有教学实验、课堂观察、师生访谈、文献综述和思辨研究等。在这

6、些研究中,除了一篇研究认为实验对学生的学习有积极作用外,其余的观点或研究的根底都是实验的功能与教学效果不匹配。详细的表现是:学生不能观察到老师想让学生观察的现象;演示实验反而强化了学生原有的错误认知;在实验中,学生按照“菜谱式的实验步骤,寻找答案;学生在实验活动时只操作仪器,而没有“操作思维等等。影响实验的教学效果,造成实验的教育功能与实验的实际教学效果不匹配的原因包括哲学根底、课程设计、教学行为、老师素质、教学资源等方面。由于哲学根底直接影响其他因素,因此实验所根据的哲学理论落后是其中最主要的原因。传统的实验受“观察的客观、中立观影响,这一观点认为,观察是客观的、中立的,任何人所看到现象都是

7、一样的,并都能从现象中归纳出规律和理论。这种哲学观无视了学生在学习科学之前就对相关的现象有自己的认识,而这些认识将影响他们的观察结果。同时由于他们没有老师所具有的理论知识,不能从背景中挑选出老师释放的“信号。在课程上,认为实验是无所不能的,这种观点影响实验教学功能的界定和教材的编写。在教学上,缺少对学生实验技能的评价,老师没有对学生的实验描绘和解释进展及时的反响,也降低了学生的兴趣和动机。在老师素质上,老师缺乏实验指导才能,不能准确把握成功实验教学的评判标准,这些都影响了实验教学效果。另外,缺乏合适学生概念转变的实验教学资源也是其中的原因。从表1和以上的分析可以看出,改进实验教学效果的措施包括

8、以下方面:在哲学上,要抛弃归纳实证的哲学,采用哲学界和科学教育界广泛承受的科学哲学认识论。在课程上,要根据实验的详细奉献来确定实验的功能。在教学中,要把实验的教学目的落在实处;通过利用预测观察解释演示策略把实验与学生的前概念联络起来,使学生原有的认知与所学的科学对话;通过讨论使实验与学生个人原有认知、同伴的观点发生共鸣,最终实现学生概念的改变,等等。三、启示1.从社会建构理论和科学本质观的角度重新审视实验教学传统实验教学是建立在归纳方法根底之上的,不仅科学研究的过程是归纳的过程,而且学生学习的过程也是归纳的过程。由于这种理论与科学研究的过程和学生个体的学习过程不一致,因此导致了实验功能与实验教

9、学效果之间的不匹配。早在1990年D. Hodson就呼吁“归纳模型早已被科学哲学家抛弃,如今科学教育工作者也应该抛弃它。应该用社会建构观和科学本质观对我国的实验教学进展反思。在课程、教材、教学过程、实验评价等实验教育的方方面面对归纳方法进展清理,而树立更能反映科学探究和学生学习规律的哲学观。2.关注实验教学效果虽然我国实验教学具有自己的特色,但是中外实验教学肯定有共同点,国外实验教育功能与教学效果之间存在差距,在我国也应该具有同样类似的现象。因此,应该开展对我国实验教学效果的研究,找出实验教育功能与实验教学效果不匹配的原因,为进步我国实验教学程度寻找对策。在研究中可以借鉴国外的先进经历,例如

10、Miller的实验教学评价模型,他通过比较实验教学目的、实验教学设计、课堂上学生的实际活动和学生实际学到的内容,来评价实验教学效果。这一模型不仅为确定教学效果提供理论支持,而且能为一线老师落实实验教学目的提供理论工具。3.用新理论指导学生实验学习在我国,对实验制作和改进等硬件方面的研究较多,而对实验的教学和教学过程等软件方面的研究却不多。国外的实验研究浪潮告诉我们应该关注实验教学的细节,不仅关注老师的教,而且更应该关注学生的学,把这些细节放大,从中勘察学生实验学习的特点及影响学习的因素。例如:在演示实验教学中,老师的教学目的是什么?老师方案如何实现这些目的?在教学时老师实际行为是怎样的?学生的

11、学习活动与老师的教学设计有何差异?学生的学习结果与老师的预期有何差异?哪些因素影响实验教学效果?如何进步实验的教学效果?老师和学生的实验观现状是什么?哪些因素影响老师和学生的实验观?如此等等。在以上的研究中,可以借鉴国外的先进经历,例如参与理论从行为、动机和情感3个方面分析学生在实验教学中的参与程度,能帮助理解学生虽然喜欢实验,但是实验教学效果并不好这一事实。其原因是学生在演示实验中,虽然在“凝视实验,但不是“观察实验,更不是“看到实验。再如,把学生的学习分为可观察领域和思维领域,把老师的教学目的和教学意图区分开来等等,这些新的理论都可以开阔我们的视野。4.针对学生的前概念设计和选择实验及其教

12、学方式学生不是空着脑袋走进教室,等待老师向里面“灌知识;学生也不是白板,等待老师在上面刻画知识的痕迹;学生是自主建构的主体,在走进教室之前,他们已经形成了个人自洽的日常概念体系。在课堂上,只有当学生的日常知识与所教的科学知识发生对话时,学生的日常概念才可能向科学概念转变;只有当学生与同伴之间互相交流时,学生才可能体会科学的本质。因此如何利用实验创设这样的教学情景是需要研究的问题。首先,根据学生前概念设计和选择有针对性的实验。其次,利用有效的教学策略实现概念转变。例如:利用预测观察解释演示策略可以使学消费生认知冲突,进而到达概念转变。再如,通过讨论,既可以使学生对实验的描绘和解释得到反响,与同伴的观点互相比较,又可以使学生所学的内容与原先的知识、日常经历相联络。5.培养胜任实验教学的老师国外研究显示教学人员