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非常规物理实验:有待深入开发的重要物理课程资源(张伟 郭玉英 刘炳升)
  作者:张伟 郭玉英 刘炳升   发布者:学科专家  发布时间:2011-12-29

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。
  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。
  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、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。
  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是毫无意义的。”[3]
  非常规物理实验的自创性、体验性、简易性、生活化等特点为学生在最大限度内自己动手、自主实践提供可能,实践的目标是将客体(生活材料或物品)生成具有物理意义的新结构或揭示现象的内在本质,该过程是学生通过自己独特的认知方式和生活经验对客体交互活动、对外在信息独特理解、感悟、体验和特定情境下的心理加工、构建知识意义和价值理念的过程。例如让初中生自己动于做一个简易的杆秤,这个制作过程就包括学生对杠杆平衡条件物理意义的主动建构过程。给每位学生发一枚图钉,让学生用拇指和食指将图钉夹在指间,如图1所示,当两指用力夹图钉时,与图钉尖端接触的手指会有刺痛感,同时会看到与钉尖接触的指肚面凹进,而与图钉帽接触的手指除有挤压感外无任何痛感。学生以此体验过程便很容易理解:压力相等的情况下,受力面积越小,压强越大;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。

图1 

  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。
  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。

 图2 

  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。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。


图3
 

  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的做法本身就是结合学科开展的创造教育,这对保持学生的好奇心、引导学生标新立异、培养学生创造能力、通过满足学生建树需要获得科学情感无疑是一条有待拓展的有效途径。
  以上所述,只是从实现物理课程三维培养目标的角度对非常规物理实验所具有的独特功能进行的简要论述,作为一种有待深入开发的课程资源,它所蕴涵的潜在教育教学功能还有待于我们从理论上讲一步深入研究。

 
  相关评论 点击数:566     评论数:1    
游客     发表评论于:2012-3-12 22:33:19
很好
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