关于探索性物理实验的几点思考

关于探索性物理实验的几点思考

1探索性物理实验的重要意义自20世纪20年代以来，物理教育在国际教育的背景下经历了三个发展阶段。其中之一是以传递物理知识和掌握物理知识为重点的“知识矩阵”阶段。在这一阶段,人们相信一个人只要掌握足够的知识就能自立于社会,相信“知识就是力量”。到了60年代后期,人们渐渐意识到只有知识是不够的,一个人要想立足于社会,除了必须具备一定量的知识外,还需要一系列的智慧能力和生存技能,物理教育便逐步转入注重发展学生能力的“能力本位”阶段。然而,人们很快又发现,虽然拥有知识,具备能力就可以生存,可以工作,可以活下去,但是人的需求不尽于此,人不仅要活着,还要活得充实,人必须找回自己失去的精神家园,才能保持人类总体和个体生存质量的提高,于是物理教育便更进一步向着旨在培养人们既有知识又有智慧、既会谋生又会对生活充满热爱的纵深方向发展,迎来了立足于培养创造性和完满人格的“人本位”阶段,这是国际物理教育未来发展的方向。在我国,由于师资水平和办学条件在不同地区存在着巨大差异,大多数学校的物理教育还停留在“知识本位”阶段,仍采用传统的教学方法向学生机械地灌输物理知识,把充满智慧和生机的物理科学变成一堆堆枯燥的记忆材料,然后生硬地压向学生,并希望学生通过记忆这些物理材料来增强能力、获得发展。这种传统的教学方法在我国物理教育史上曾产生过一些积极的作用,但是,随着信息时代的到来,人的创造力和完满的人格被推到了教育的首要地位,传统的物理教学受到严重的挑战。探索物理实验教学方法就是在这种严峻的教育背景下展现出自己独特的魅力。探索性物理实验,是由教师给出实验课题,提供实验器材,提出实验要求,让学生自己拟定实验方案,制订实验步骤,独立地通过实验的观测和分析去探索研究,从而发现“新”的物理现象,总结出他们原来并不知道的规律性的结论的实验。由于它注重学生的主动参与和积极性的发挥,因而在激发学生的学习兴趣、训练学生手脑并用、促使学生协作交流,特别是在培养学生创造性思维能力方面发挥了很好的作用。正因为具有这些特殊的教育功能,才使得探索性物理实验受到了特别的关注,并且在我国试行的高中物理教学新大纲中,探索性物理实验已作为一个重要内容纳入其中并给予了特别的强调,有人正在寻找以探索性物理实验教学为突破口的素质教育方法,同时,我们还必须清楚看到,探索性物理实验和其他一切新事物一样既有它发生作用的条件,也有它的不足,若不管条件盲目使用,非但不能发挥它应有的教育功能,反而会带来负面效果,这种效果甚至是严重的。为了尽可能发挥探索性物理实验的教育功能,同时减少它可能带来的负面影响,本文拟就施教过程中应注意的问题作一些粗浅的探讨。2应该注意的问题2.1引导学生探索实践的内容老师在选择或设计探索性实验时做到内容新颖、难易适度,这是能否发挥该实验的教育功能的先决条件。新颖,是指探索的内容相对学生已有经历是新的而不是旧的,适度是指探索的内容既要与学生已有的知识经验有一定的联系,同时又有一定的难度,这种难度是学生在自己的努力探索中加上教师的点拨便可以克服的。现代心理学已揭示,人在完成任务的过程中,如果内容陈旧或过于简单,由于机体没有受到新的挑战而觉得任务枯燥无味,这种类型的教学材料是没有价值可言的;如果任务太难,人们置身于一个完全陌生的环境中,原有的知识一点也用不上,这种过高的挑战性会使人们感到无能为力,甚至产生恐惧,长此以往,会使人产生逃避失败的心理,这种类型的教学材料一样没有教育价值,甚至是有害的。最好的探索性实验内容,按照维果茨基的发展理论,它应该是学生的“最近发展区”。这个“最近发展区”就是学生在教师指导下所获得的知识水平与学生自行探索达到的知识水平之差。这种程度上的探索性物理实验对学生来说既是新颖的又是可以通过努力探索获得成功的,也就是说这种实验是学生必须跳一跳才能摘到的“挑子”,因而能极大地调动学生的主动积极性,从而使学生在积极参与探索活动的过程中,使这种实验的教育功能得到充分的实现。怎样才能获得内容新颖、难易适度的探索性物理实验呢?瑞士心理学家皮亚杰的发生认识论可以给我们以很好的启示,皮亚杰认为,认识起源于主客体之间的相互作用,正是由于这种相互作用的结果,才使得主体在生活实践当中产生一定的认知结构,即皮亚杰所谓的图式,若把选择或设计的实验内容视为一种认知图式,就其获得的过程我们提出了下列思考路径:通过“调查或访谈”去了解教育对象的原有水平和能力差异,以此作为选择和设计实验的基础。但是在调查或访谈的基础上选择或设计的探索性实验内容未必一定对学生都是新颖适度的,因而需要把学生在实验的过程中将用到的知识点再反馈到学生之中,删除那些过难或过易的探索内容,增添既能导致学生认知冲突从而激发学生学习兴趣、又是学生力所能及的探索点,如此反复,最后得到合乎要求的实验方案。2.2测量回形针的体积的方法,是激发学生探索实践的必要,但同时还必须注意给学生一些小现代心理学已经揭示,学生在具体条件下学到的知识,尽管当时也可以在相似的背景下应用于各种场合并达到熟练的程度,但在面对具体问题时仍会出现不知怎样应用所学知识的情形。也就是说,学生在进行探索实验的过程中,有时会觉得一遍茫然,无从下手,所学的知识变成了僵化的知识,在这种情况下,教师必须给予指导。但是,这种指导又必须是适当的,否则,将会影响这种实验功能的发挥,那么,什么样的指导才是恰到好处呢?教师的指导首先要利于学生打破僵局使探索得以继续进行;此外,在指导的过程中要给学生的思维留下广阔的天地,让学生在教师的点拨下积极思考,向着探索的目标奋进。例如,我们曾在从未学过物理的初中学生中实施过如下探究,课题是:在只给定一盒回形计和一把最小刻度是1mm的刻度尺的前提下,要求学生探测一枚回形针的体积。当时学生普遍感到茫然而不知所措,主要原因是一枚回形针横截面的直径小于1mm而且回形针又是弯曲的!学生没有拉直回形针,因而无法用给定刻度尺直接度量。此时学生学到的知识已进入僵化阶段,若不及时给予启发,学生的探索活动就会中断。于是,通过访谈调查后,我们抓住问题产生的关键,从以下两个方面给予点拨:①回形针可以打开拉直或弯成你所需要的形状;②盒子里的每颗回形针可以看成是一样的。学生得到这两方面的提示之后纷纷行动起来,他们大多数能把回形针拉直并测出了它的长度,然后或者把五六根拉直的回形针紧密并排测出回形针的直径,或者把回形针在圆珠笔上密绕四五圈来测回形的直径,从而使探索活动继续向前推进。在这一种探索中,学生自己成功地找到了测量回形针直径的方法(即把几根相同且拉直的回形针紧密并排或把拉直的回形针在笔杆上密绕几圈,先测出几根或几圈横截面的直径的总长度再除以几就得到回形针横截面的直径),因而对“放大测量法”和“紧密并排”、“密绕”的含义和作用有了深深的体验,这种体验是难以忘怀的,其作用在日后很容易迁移到类似的情境中去,从而使抽象的物理理论在学生头脑中和活生生的物理事实结合起来,因而让学生学得生动,学得有趣,而且学得有用。但回头试想,如果教师在指导时把“放大测量法”及具体操作方法向学生和盘托出,并强调“紧密并排”、“密绕”,然后要学生按部就班地进行实验从而测出回形针的体积,体积是可以测出来的,但学生失去了探索过程的体验,这种对过程细节的体验往往比学习结果更为重要,甚至会让学生受益终生。还应该看到,正因为我们在点拨时注意留给学生广阔的思考天地,才促使学生积极思考找到了测量回形针体积的方法,而且有两种不同的测法(“多根紧密并排测量”和“密绕多圈测量”),这对培养学生创造性思维的品质是大有好处的。也就是说,在学生的探索活动无法进行下去时,教师在启发时一定谨慎适度,既要打破僵局使学生继续探索下去,又要留给学生一片广阔的思考天地,只有这样才能充分发挥探索性物理实验应有的教育功能。所以,教师过多的指导非但与事无补,反而会损坏学生的探索质量,教师指导也应做到谨小慎微、惜语如金。值得强调的是,要使教师的指导恰到好处,指导教师必须细心研究学生遇到困难的关键所在,以及突破关键点的方法,然后采用或比喻暗示,或旁敲侧击,从而激活学生的思维,引导学生积极探索。2.3关注学生在探索过程中的错误探索性物理实验本身要求学生按照实验目标想方设法寻求新的发现,但是,在探索的过程中没有现成的道路可走,学生由于受到自身知识及周围环境等多种因素的影响出现错误或走些弯路是必然的,其实学生战胜困难的过程和体验是十分重要的。然而,不少教师,尤其是青年教师,害怕学生出现错误,面对学生的错误,他们或者焦急万分,或者怨天尤人,结果弄得教学气氛紧张,学生唯恐出现错误而不敢大胆探索,这就严重损害了探索性实验应有的教学功能。可见,教师对待学生在探索过程中出现的错误的不同态度,对学生能否获得一个宽松愉悦的探索环境具有重要影响。那么,作为指导教师应该怎样对待学生在探索过程中的错误呢?回答这个问题,人本主义心理学可以给我们很好的启示。人本主义心理学家罗杰斯认为,教师或父母对学生的行为做出肯定或否定的评价会对学生产生积极或消极的体验,从而影响学生对自己的评价,并进而反映到他的学习活动中去。如果学生对某种行为的体验是积极的,同时又受到教师或父母的积极评价,他就能够对自己的行为产生正确的评价和积极的体验。可见,学生在积极探索的过程中,如果得到教师的鼓励或肯定,学生心中就会对自己的探索活动产生积极的体验,从而更加主动积极地投入探索之中。相反,就会降低学生探索的热情,从而影响探索活动的质量。既然学生在探索过程中出现错误是难免的,那么,只要学生的探索是认真的,教师就都应该对学生探索的热情给予肯定,切不可针对学生的错误去大加指责。当学生因出现错误而无法继续探索下去时,教师在指导前首先应该耐心倾听学生的想法,给学生营造一种轻松愉悦的探索环境,在肯定学生优点的同时引导学生去发现自己的错误和找到进一步努力的方向,在这个方面,广西师大物理教育研究所的罗星凯教授为我们树立了榜样,他对待学生出现的错误总是坚信“世上没有愚蠢的想法。”面对学生在探索过程中出现的错误,罗教授不是轻易地给予肯定或否定,更不是给予批评或指责,而是乐于倾听学生的意见,针对学生的错误为学生提供认识错误的条件。例如提供针对性的实验,让学生通过操作、观察、推理等多种方式找出错误的根源。这个根治错误的过程本身就是一个极好的学习机会,作为指导教师,若能正确处理学生在探索过程中出现的错误,学生不仅能纠正错误,而且能学到解决问题的方法和培养出手脑并用等多方面优良品质,这种能让学生终生受益的教育功能是其他传统教学方法难以实现的。总之,教师若能恰当处理学生在探索过程中出现的错误,这对学生始终保持旺盛的探索热情和培养学生解决问题的能力具有重大的积极作用。2.4实验的研究探索性的物理实验在培养学生的创造能力和完满人格方面确实有其独特的作用,人们因此对它给予了高度的重视。但是,时代的需要和人们的重视并不等于说探索性的物理实验完美无缺,而恰恰相反,这种实验教学还处在初步阶段,几乎所有相关的问题都急待深入研究,例如,这种实验的教育功能有哪些?要充分发挥它的每项教育功能应该创造哪些条件?怎样设计这种实验?怎样评价这种实验在学生方面产生效果?还有,这种实验的案例急待开发,如此等等。所以,无论是直接从事一线教学的物理教师还是专门从事物理教育的研究者,在利用探索性物理实验进行教学的过程中,都要充分发挥自己的创造性,除了要创造性地用好已有的探索性实验外,还要学会研究和开发,使这种实验教学的理论和内容不断得到丰富和发展,只有这样,这种实验才能在教育实践中不断焕发出生机和它的独到作用。3物理教育中的应用要求探索性物理实验是作为顺应时代的潮流而绽开的一朵鲜花,它在培养学生的创造性和完满人格方面具有独到的作用,但是我们必须清楚地看到它和其