物理學是一門以實驗爲基礎的科學,物理實驗是物理教學的一個重要組成部分。然而,長期以來我國中學物理實驗教學存在很多弊病,導致學生對物理實驗缺乏吸引力,嚴重挫傷了學生學習物理的積極性和主動性,限制了學生的求知激情和創造性思維。鑑於此,筆者於2006年進行了“物理實驗教學現狀調查與研究”的課題研究,調查對象選取浙南地區五所中學1 200名學生及75名物理教師和實驗員,其中包括兩所重點高中,三所普通高中,學生及教師的樣卷收回共計1 113份,有效樣卷1 083份,有效率達85%。調查內容涉及課堂教學、實驗室建設、教師及行政領導理念、學生實驗素質、教師實驗素質、實驗教學評價和急需解決的問題等。歷時一年的調查研究結果表明:我國培養的學生缺乏創新能力,不能“手腦並用”,主要表現在能簡單操作,不能勝任複雜操作;能模仿操作,很少有設計思路;教師有新教學理念,不能在實際中落實;教材實驗內容設定缺乏生活性、趣味性,數量有待增加;實驗室建設跟不上課改要求;實驗評價缺乏科學性等等。因此作爲教學第一線的物理教師必須對目前實驗教學現狀進行分析和深層次的思考,並對實驗的硬件與軟件進行必要改革與提升,建立起一種適合當代科技發展、有利於培養具有紮實基礎知識和創新能力的高素質人才的物理實驗教學新體系,下面就幾方面的問題進行探討。
一、體現探究,更新實驗教學方法
改演示實驗爲師生協同實驗。協同實驗指在教師示範的同時學生也進行實驗操作。學生只有親自動手操做,在觀察、分析、歸納的過程中,才能濃厚學生的學習興趣,也更有利於對學生能力的培養。它改變了傳統的老師講解———實驗,學生聽———看的模式,而是把師生的雙邊活動按需要混合在一起,鼓勵學生主動參與。例如在引出楞次定律時,單純的演示,教師講得吃力,做得也吃力,學生聽、看效果往往不好,若改爲在教師指導下學生自己去嘗試各種情況下產生感生電流的條件,並在教師有指向性的啓發下自行歸納總結結論,學生的理解和掌握就會更好。
變驗證性實驗爲探索性實驗。傳統的物理實驗教學常常是教師把實驗目的、內容、步驟詳細而周密地安排好,甚至連結論也預先講給學生。學生只需依葫蘆畫瓢地被動驗證結論。結果使學生失去對實驗的探究慾望,在學習中缺乏靈活性和創造性。如果教師能選取一些靈活性大、變通性大的問題,積極創設情境,鼓勵學生髮散思維,進行多方位、多角度觀察、思考、探索、想象,從而提出多種設想和解決問題的方案,在此基礎上,再引導學生進行收斂思維,確定解決問題的最佳方案,這樣不僅能培養學生的基本操作技能,而且能訓練學生思維的流暢性、變通性和獨創性(發散思維的三個難度),從而激活創造思維。例如研究凸透鏡成像實驗,當調整凸透鏡、光屏的高度,使燭焰、凸透鏡、光屏的中心在同一高度後,可先讓學生確定一定的物距,自由移動光屏,看能否在其上成像?成像狀態如何?再確定另一物距,移動光屏,觀察成像的情況。或者確定一定的像距,讓學生移動燭焰慢慢從遠處靠近透鏡,觀察燭焰在光屏上的成像情況,給學生一個自由探索的空間,對實驗有一個感性的認識。而不直接規定學生要嚴格按照實驗的順序:UUF;U=2F;U=F等五種情況去研究凸透鏡成像實驗。讓在學生自由探索的基礎上,再引導其尋找凸透鏡成像規律,驗證其成像規律。學生透過分析、探索各方案的利弊的影響實驗成功因素,結果準確程度的比較等等,選擇一種最合理、效果最好的方案,這就是發散後的收斂。透過發散和收斂,可以激活學生的創造思維。佈置課外實驗作業。教師往往僅佈置書本的理論作業,不佈置實驗作業,這種重理論輕實驗的做法,已暴露出我國現行教學體制的缺點。在國外的作業中,就有要求自制一公斤水泥、測牛皮紙的張力等,足以看出他們對理論知識與實踐操作相結合的重視程度。[1]課外實驗作業大體有兩類:一類是動手的小實驗,教師要緊密結合教材內容,啓發學生利用方便易得的材料做一些簡單、安全的實驗。如懸掛法測物體的重心、紙盒燒開水、驗證合力與分力關係、自制萬花筒、熱氣球、安裝樓梯電燈、球型浮力水位器等。另一類是動腦的課外實驗方案設計和交流。課外實驗作業有利於培養理論聯繫實際能力,養成積極思考的習慣,同時使學生感受成功喜悅,促進學習物理的原動力釋放。這是物理實驗教學的極好補充,對發展學生的愛好和特長,培養創新精神,加強動手能力的訓練都十分有益,當然教師對課外作業要做好指導、檢查和批改。
二、自行設計,增設實驗教學內容
物理教學是以觀察、實驗爲基礎,高中教材中的演示實驗總共只有一百多個,而光靠課本中所安排的演示實驗,還遠遠不能滿足教學需要,並且很多設計的實驗存在不同程度的問題,有的太“理性”不貼近現實生活,學生存在一種“陌生感”。有的實驗現象不明顯,特別是在一些教學的重點、難點上,如果不做實驗,學生理解、掌握起來就有困難,教師根據需要自行設計實驗十分有必要。當然應儘可能設計一些與生活密切聯繫的趣味性實驗。例如在大氣壓的教學中在演示馬德堡半球實驗後,拿兩個塑料衣鉤模擬半球實驗,由兩位學生做對拉實驗,來體會大氣壓的大小。又例如,爲了演示金屬電阻率隨溫度而變化:把“220V 40W”的廢日光燈管敲斷,取其中一端燈絲把它和“6V 6W”燈泡,演示電流表,開關串接在6V穩壓電源上,首先閉合開關,燈泡正常發光;用尖嘴鉗夾住日光燈絲另一端,用酒精燈給燈絲加熱,燈泡亮度明顯變暗,電流表讀數變小;停止加熱,把燈絲、尖嘴鉗一起浸入涼水盆中,燈迅速變亮,電流表讀數變大。學生親眼看到金屬電阻率隨溫度升高而增大,隨溫度降低而減小,印象深刻。這種直觀的、形象的實驗,學生一看就明白其中的原理。
三、提高教師修養,養成“三勤”習慣
勤觀察。觀察是科學探究活動的基礎,認真觀察是學好物理學的關鍵,要培養學生的觀察能力,教師自己要有良好的樂於觀察的心理品質。衆所周知,物理學家綸琴在一次實驗中偶然發現包有黑紙的底片被曝光,但他沒放過這一個細小的現象,正是他這種觀察能力、分析能力使他發現X射線,從而獲得諾貝爾獎。在他之前, 1800年哥爾茨旦曾發現過這種現象; 1887年克魯克斯曾發現過未知射線使他的底片變黑,他卻以爲是底片的質量問題。所以,作爲物理教師要處處做生活中的有心人,善於抓住生活、工作中的每一細小現象,進行深入思考與分析,進而透過科學原理加以解釋,由於這些現象發生在學生的身邊,所以他們容易接受,興趣高,教師的習慣會潛移默化地影響學生,使他們漸漸養成勤觀察、勤思考的習慣。
勤思考。對於觀察到的現象、發現的問題必須加以思考、分析,努力解決問題、找出答案是我們最終的目標。如在交通十字路口汽車闖紅燈時自動拍照的原理,爲何摩托車、自行車闖紅燈時不會拍照呢?建築工地上的吊塔是如何長高的?在這些發生在我們生活周圍的、天天見到的現象中隱藏着物理學知識,教師要先思考尋找正確答案,然後引導學生積極思考,再應用已有的物理知識解決生活中的實際問題,這樣既可以深化知識,又可以培養學生的學習興趣。
勤動手。對故障分析思考是物理教師的重要的基本功,是有效完成教學任務的保證,同時也是培養學生的實驗能力之一。目前很多教師課堂不願做實驗,主要是怕實驗不成功,上課時間把握不了,遇到故障手忙腳亂,不能及時排除等。物理教師與其他學科的教師最大的不同在於實驗操作,要成爲一名出色的物理教師必須要有良好的實驗操作能力,做好課堂演示、指導好學生實驗和課外科技活動是物理教師必備的科學素養。平時,教師要有目的、有意識地加強實驗操作能力的訓練。具體地講,教師可以從以下兩個方面來加強訓練操作能力:第一做好演示實驗。認真研究每個演示實驗的目的、原理、規範操作的要領及注意事項,對於操作難度高的實驗,課前要反覆練習做好充分的準備,保證課堂上示範的成功率。第二,對於日常電器用具的修理儘可能自己動手解決。
四、建立開放的實驗室管理模式
開放實驗室能使學生熟悉實驗、查漏補缺、活用知識、培養興趣、不斷創新。在平時的分組實驗課中,有的學生由於動手能力差、操作方法不當、造成實驗誤差很大,沒有很好完成實驗;有的學生想做課本之外的一些實驗;也有些學生對課堂中的演示實驗存在疑慮與迷惑,更有些學生有一些奇思妙想需要實驗室作爲他們創造的平臺。這些學生都有一種想做實驗的強烈慾望,這一活動適合學生的求知心理。事實上學生對實驗操作十分珍惜,表現出極大的熱情和樂趣。當然實驗室的開放是在有序的、有目的的、有指導的情況下展開。實驗內容的開放。教師在開學初除了制定物理學教學計劃外,還要設計出適用於開放式實驗的教學平臺,編寫適合開放式教學的`實驗教學計劃。教師根據物理課程教學目標,除了教材規定的學生實驗外,再提出必選實驗模組和任選實驗模組。必選實驗模組是在教師提出的必選實驗項目中,學生自己選擇若干個實驗,自行設計實驗方案並完成實驗。[2]任選實驗模組是由教師提出一些解決實際問題的綜合實驗,教師只提出問題而不提供具體的解決方案,學生在綜合運用所學知識的基礎上,根據實驗室的實驗資源擬定切實可行的解決方案並獨立完成實驗,從而激發學生的學習熱情,發展創新思維。
實驗資源的開放。在選做實驗時,實驗室的所有實驗資源要對學生全面開放。只有真正做到全面開放,才能使學生選擇實驗項目時有較強的目的性,並結合實驗室的實驗資源進行充分的準備。另外,學生可充分利用實驗室內各種儀器進行實驗外,還可設立“廢料利用箱”,讓學生把平時生活中棄置的易拉罐、廢膠管等廢料收集起來,供學生們選用,也可用身邊的一些玩具做一些趣味小實驗(如溜溜球、沙漏等),這樣做既可節省資源,又可培養學生勤儉節約的好習慣。
提供開放的時間空間。以往的物理實驗室管理基本模式是在規定的時間內,按規定的教學大綱要求,學生按照教師規定的操作程序,按統一的模式完成規定的實驗。因而抑制了學生創造性思維能力的提高,爲了充分實現開放式實驗教學的作用和功能,進一步激發學生參與開放式實驗教學的學習,建議在開放期對學生實行全天候實驗室開放。以班爲單位,採取實驗項目專人負責制,給學生提供靈活的、開放的時間空間,讓學生能根據自身的具體情況獨立思考、自己動手設計實驗,在實驗的過程中激發主動性與創造性,開拓思維的深度與廣度。開放時間,可選在每天自修課或課外活動課的時間,讓學生有條件研究和創造,使學生能自由地進入實驗室,真正遨遊在知識的海洋中。提供開放的實驗指導。掌握各層次學生的特點。在開放式實驗教學的實施過程中,能有的放矢,充分發揮“開放式管理”的模式。引入以學生討論提高和自我發揮爲主的開放機制,讓學生獨立思考,在啓發中觀察和發現問題,鼓勵學生提出不同的設想,結合實驗進行探討,引導而不是代替學生解決實驗中的各種問題,鍛鍊學生的開放性思維能力和嚴謹的科學研究作風。在開放式實驗教學過程中,教師的作用是提供必要的理論引導和“維護型”的實驗室指導,在實驗中學生出現的小問題、小錯誤教師不要急於糾正。
五、走出實驗,走進實踐
學生實驗能力的提高,創新意識的培養,必須要變實驗知識爲實踐能力,啓迪其創造思維。利用課外活動時間或雙休日、節假日活動時間開展實驗活動和“小創作”、“小論文”等活動是最佳的途徑之一,以求昇華創造意識,總結創造成果。
開展徵集問題、探尋答案的主題班會。物理學中幾乎每一個重大發現都表明創造性思維活動起始於困難或問題,是圍繞着解決問題展開的;問題意識、質疑精神,是開啟未知科學大門的鑰匙。學生從小學到高中發生在身邊的事情中總是有許多自己解決不了的問題,這些問題學生可能沒留意,也可能注意了,但一直沒能力、沒機會解決,透過班級徵集活動,學生會進行再思考,然後整理彙報。教師收集以後,再發動全班進行收集資料數據,探尋正確答案,最後以“科學研討會”的形式,也可以是辯論會的形式進行交流彙報。學生透過徵集活動會提出許多教師意想不到的有價值的問題。可以說由問題的提出到問題的解決是激發學生創造發明的源泉。
開展小製作的活動。開展自制教具和小製作活動,或將現成的教具進行改造和創新,並定期對自制教具進行講評。學生透過實驗設計、製作、操作、改進等環節,不僅可以加深對物理概念、規律、原理的理解,而且動手實驗能力得以訓練,整理數據、解決問題能力得以提高。同時,教師可以選出其中質量高的、效果好的小實驗作爲教學中教材的補充實驗。實踐表明,學生能製作出很多教材中沒有的實驗教具,而且有些實驗中的教具經過改造加工後,具有材料簡單、操作方便等特點。如:導體、絕緣體的演示器、靜電除塵器、雷電現象演示器、潛望鏡、反衝小車、水力發電機、彈簧秤等等。開展實驗設計方案競賽。教師根據教材所涉及的內容,可提出一些研究的方向,啓發學生自行設計實驗方案(這也是符合當今中、高考的趨勢之一)。[3]教師應定期收集學生的實驗設計方案,認真審閱,對合理性強、可操作性強、實驗結果準確性高的“作品”,要給予表揚和鼓勵,以進一步激發學生的動手興趣。
[參考文獻]
[1]蒲玉成.新形式下的人才培養與實驗教學改革初探[N].四川民族教育報,2006-03-22.
[2]尹繼忠.從高考物理實驗命題談實驗教學改革[N].教師報,2002-08-14.
[3]劉建民.深化實驗教學改革培養創新人才的思考與實踐[J].實驗技術與管理,2001(2).