趙文東

一、研究背景

筆者曾經(jīng)有過這樣一次經(jīng)歷:有老師家里要搞裝修,請筆者去安裝電燈開關(guān)(線路已經(jīng)放好,只剩下電線與開關(guān)未連好)。筆者想借此機會檢驗一下學(xué)生的電學(xué)實驗水平,就叫了班里兩位男同學(xué)一起去,其中一位同學(xué)平時物理成績非常優(yōu)秀,而另一位同學(xué)則成績一般。到了之后,就讓兩位同學(xué)先自行安裝,結(jié)果令筆者大吃一驚,成績優(yōu)秀者研究了很長時間之后還遲遲不敢下手安裝,但成績平平者卻很快就把開關(guān)安裝好了(家庭裝修電線一般是有兩根護套線,一根從電源接過來,還有一根接到電燈上去)。這件事給了筆者很大的觸動。在后來的物理實驗課中,筆者又留意觀察了這兩位同學(xué),發(fā)現(xiàn)成績優(yōu)秀者在做實驗時基本上是一個旁觀者,要靠同桌的幫助才能勉強把實驗冊交上來;而成績平平者卻非常認(rèn)真,每一次實驗不但親自動手,而且還能夠幫同學(xué)把未能完成的實驗完成。

為此,筆者在剛進入高三的學(xué)生中進行了一個小調(diào)查,發(fā)現(xiàn)有一半以上的學(xué)生在高一、高二的實驗課時基本上是以玩為主,雖有濃厚的興趣,但卻很難把實驗全部完成。有很多同學(xué)基本上都是以一個旁觀者的身份在做實驗,最后實驗冊中的數(shù)據(jù)也多是拼湊、抄襲而成。

以上種種使筆者意識到,高中物理實驗課必須改進,必須要強化實驗的有效性。實驗課的教學(xué)目標(biāo)是既要培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗操作技能,又要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力與創(chuàng)新意識。實驗操作技能是基礎(chǔ),為了培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能,筆者將原先的二人一桌實驗改為單人單桌實驗(個別實驗除外,如研究凸透鏡成像)。

實施一段時間之后發(fā)現(xiàn),單人單桌實驗比二人一桌實驗存在著更多優(yōu)點,具體表現(xiàn)在:實驗時旁觀者沒有了,每一位同學(xué)都能認(rèn)真進行操作,學(xué)生操作技能得到了長足的進步;學(xué)生聽教師講解時比單人單桌要認(rèn)真得多;同學(xué)之間的合作比二人一桌更為頻繁,操作技能高的同學(xué)能夠幫助差的同學(xué)完成實驗。在二人一桌實驗時,如果碰到兩同學(xué)操作技能差異很大,則是以一人為主,另一人基本是一個旁觀者,相互合作反而要少得多;從上交的實驗冊來看,數(shù)據(jù)的抄襲、拼湊現(xiàn)象比以前少了。

二、發(fā)現(xiàn)的問題

雖然單人單桌實驗存在著很多優(yōu)點,但在操作過程中也出現(xiàn)了不少問題,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:

1.在教師介紹實驗原理和實驗器材時,是學(xué)生注意力最不集中之時。例如,在學(xué)生實驗《練習(xí)使用打點計時器》中,老師講解時,有的學(xué)生在固定打點計時器,有的學(xué)生穿紙帶,有的學(xué)生在調(diào)整電源電壓。當(dāng)教師叫學(xué)生回答器材名稱時,因大多數(shù)同學(xué)看不清教師所指部位,所以只管自己邊看邊摸索。有一些學(xué)生開始時聽教師講,但當(dāng)教師講了如何選擇電源電壓后,就只顧自己動手而不再聽講了。這種情況在實驗課中是十分普遍的,究其原因,我們認(rèn)為這一方面是因為教師只利用靜態(tài)的示意圖及板書講解,對學(xué)生產(chǎn)生的吸引力不及實驗器材對學(xué)生產(chǎn)生的吸引力大。另一方面是由于信息相互干擾的結(jié)果。當(dāng)教師介紹實驗器材時,由于學(xué)生看不清教師手上的器材,肯定得看自己桌上的器材,這樣的話,學(xué)生接受的視覺信息來自實驗桌上,而聽覺信息來自教師,教師對學(xué)生的引導(dǎo)能力就大大下降。由于聽講時不認(rèn)真,導(dǎo)致一些學(xué)生在基本的知識點上也要出現(xiàn)錯誤。例如,我們在觀察《練習(xí)使用打點計時器》實驗中學(xué)生的行為時就發(fā)現(xiàn),有兩個小組把導(dǎo)線接在直流電源上;又如,在《練習(xí)使用多用電表》的對比實驗中,有的學(xué)生把表筆插在插孔內(nèi),等等。

2.學(xué)生注意力相對集中及積極參與是在“儀器安裝及調(diào)節(jié)”、“操作并記錄數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)分析及處理”這三個階段。在這三個階段,學(xué)生的積極性雖然很高,但實驗效果并不好。這是因為學(xué)生在前面幾階段的基礎(chǔ)沒有打好,導(dǎo)致學(xué)生操作無序,并沒有達到培養(yǎng)學(xué)生良好實驗操作技能這一目標(biāo)。如在練習(xí)使用打點計時器時,一些學(xué)生一開始在固定打點計時器,而另一些學(xué)生在連接導(dǎo)線;一些學(xué)生是先放復(fù)寫紙,然后穿紙帶,而另一些同學(xué)則是先穿紙帶,后放復(fù)寫紙。在數(shù)據(jù)分析及處理階段,由于條件的限制,教師無法對學(xué)生的實驗及數(shù)據(jù)處理情況進行全面反饋,失去了對錯誤操作進行糾正的機會。

3.在反饋與評價階段,也是學(xué)生注意力相對不集中之時。受課堂時間的影響,反饋這一技能學(xué)習(xí)所必需的教學(xué)環(huán)節(jié)通常在實驗課中很少得到體現(xiàn)。雖然有部分教師認(rèn)識到反饋的重要性,口頭講解觀察到的一些不規(guī)范的實驗行為,但由于學(xué)生沒有親眼看見,所以常常引不起學(xué)生的興趣與重視。例如,在《練習(xí)使用打點計時器》這一實驗的反饋階段,由于教師無法將學(xué)生打出的紙帶投影出來,故只能畫幾張圖讓學(xué)生討論一下,學(xué)生對此興趣不大。

4.由于學(xué)生動手能力的差異性,使教學(xué)缺乏層次性。由于學(xué)生的動手能力差異性較大,出現(xiàn)有少部分同學(xué)已經(jīng)早早把實驗做好而無事可做,另一小部分同學(xué)則連完成實驗都感到困難的現(xiàn)象。這種差異性使得實驗教學(xué)缺少層次性,同時也限制了學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

5.單人單桌實驗使教師的即時輔導(dǎo)工作量增加。由于采取了單人單桌實驗,教師在學(xué)生動手實驗時,其輔導(dǎo)的工作量無形中增加了一倍,容易出現(xiàn)教師疲于奔命的現(xiàn)象。特別是在實驗器材容易破損的實驗,如做《測定勻變速直線的加速度》這一實驗時,由于打點計時器特別容易損壞,而小車又容易翻倒有時急需修理,教師猶如救火兵,一堂課下來精疲力竭。

三、解決策略及實踐操作

鑒于上述問題,為了使實驗教學(xué)更有效率,更有效果和更吸引人,筆者進行了如下的思考與設(shè)計,并應(yīng)用到課堂,取得了良好的效果。

1.改善實驗課組織形式,突出自主、合作、探究。鑒于單人單桌的組織形式使教師即時輔導(dǎo)的工作量無形增加,我們通過聘請“小先生”,成立實驗小組的形式,既減輕了教師的負(fù)擔(dān),又提高了“小先生”們的學(xué)習(xí)積極性。我們對班級學(xué)生進行了分組,每6人一小組,每組選取一名物理成績好、動手能力強的同學(xué)擔(dān)任“小先生”。每次實驗之前,這些同學(xué)被允許自帶實驗冊先進行實驗,從實驗原理到最后的數(shù)據(jù)處理全部由個人自己完成,教師只是適當(dāng)提示。這樣,“小先生”們在實驗課時就可以替教師完成即時輔導(dǎo)的工作,使教師的工作量減輕不少,同時教師的輔導(dǎo)也更具成效性。同時,“小先生”們也有時間去進行實驗拓展,達到分層教育的目的。這樣的實驗課既突出了自主(單人單桌),也實現(xiàn)了合作(小組互相合作),同時還達到了探究(實驗拓展)的目的。

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,給學(xué)生以更多的操作時間。一堂完整的實驗課,包括實驗原理和方法的講解、操作步驟和注意點的講解、實驗操作、數(shù)據(jù)分析和課堂反饋五個方面。但由于一堂課的時間有限,所以筆者設(shè)計把實驗原理和方法的講解放到平時的課堂教學(xué)中(可以是實驗前,也可以是實驗后)。如在《測定勻變速直線運動加速度》實驗中,筆者把實驗原理和方法在《勻變速直線運動的規(guī)律》一節(jié)中預(yù)先加以闡述。這樣既增加了學(xué)生在實驗課的操作時間,又增加了學(xué)生對實驗原理的理解和掌握。同時,為了在實驗課中對學(xué)有余力的同學(xué)進行創(chuàng)造能力培養(yǎng),我們結(jié)合實驗課實際設(shè)立“實驗拓展”內(nèi)容,主要從以下三個方面加以開展:

(1)對實驗方法與器材進行發(fā)散性思考。對實驗方法與器材進行發(fā)散性思考可大大拓寬學(xué)生的思路,加深對實驗原理的理解。例如,在《測定玻璃的折射率》這個實驗中,筆者引導(dǎo)學(xué)生對實驗測量工具進行發(fā)散性思考,用圓規(guī)作單位圓以后,用刻度尺替代量角器;筆者引導(dǎo)學(xué)生對實驗用的玻璃磚進行發(fā)散性思考,用半圓形玻璃磚及其它形狀的玻璃磚替代平行玻璃磚,用水(液體)替代固體(玻璃磚)等。

(2)對教學(xué)中的疑難問題進行針對性探索。對教學(xué)中的疑難問題進行針對性探索可以加深對所研究的問題的理解,有利于學(xué)生化解難點。例如,在學(xué)習(xí)了透鏡內(nèi)容后,對能否用眼睛直接觀察實像、觀察范圍有多大及擋住透鏡的一部分能否成完整像等問題,僅僅憑教師的講解學(xué)生總覺得理解得不透,這時教師若能引導(dǎo)學(xué)生對這些問題進行實驗探索,一定會加深他們的印象,從而使學(xué)生對知識理解得更深,掌握得更穩(wěn)固。

(3)利用實驗器材進行探索。在實驗時,利用已有的實驗器材,學(xué)生可以進行很多實驗探索,這不僅增加了學(xué)生的實驗興趣,優(yōu)化了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu),還激發(fā)了學(xué)生進一步學(xué)習(xí)與探索的熱情。例如,在《測定玻璃的折射率》這個實驗時,學(xué)生不僅利用手中的玻璃磚進行棱鏡成像的觀察(利用玻璃磚的一只角),還利用手中的玻璃磚進行光譜的觀察(利用玻璃磚的一只角觀察日光燈)。又如在《測定電池的電動勢和內(nèi)電阻》的實驗中,筆者設(shè)計了拓展實驗:如果給你一只電阻箱和安培表,如何測定電池電動勢和內(nèi)電阻?如果給你一只電阻箱和伏特表,如何測定電池的電動勢和內(nèi)電阻?這些探索實驗尤如學(xué)習(xí)與探索的“助推劑”,將對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)與發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

3.變視聽信息相互干擾為協(xié)調(diào)一致。視聽信息相互干擾大大影響了教師對學(xué)生的控制與引導(dǎo),使開始階段的信息傳輸受阻,降低了課堂教學(xué)的效率,這對于以動作技能為特征的學(xué)生實驗課(特別需要示范與反饋)來說,確實是一個致命的問題。筆者認(rèn)為,在開始講解器材作用時一定要讓學(xué)生的頭抬起來。為了做到這一點,筆者用視頻展示臺將實驗器材放大,這樣學(xué)生既可以看到清晰的儀器,又會對教師的講解產(chǎn)生濃厚的興趣;拍出儀器的照片做成掃入CAI課件等。在講解時,筆者力求用生動活潑的形式來吸引學(xué)生的注意力,例如,在《練習(xí)使用打點計時器》中,筆者制作了“打點計時器工作原理”的動畫。在動畫中,交流電的大小與方向的變化通過電流表的指針偏轉(zhuǎn)來表現(xiàn),振片的磁極變化通過與永久磁鐵對應(yīng)的顏色變化來反映,打點周期通過周期為0.02S的一個小時鐘來表達。又如,在《測定玻璃的折射率》實驗中,在講解操作步驟時,由于學(xué)生還沒有實際看大頭針像的經(jīng)驗,教師很難用語言把物像“遮擋”及其本質(zhì)講清楚,筆者通過制作動畫很好地突破了這一教學(xué)難點。由于動畫生動形象,大大提高了學(xué)生的注意力,整個學(xué)習(xí)過程十分順利,教學(xué)效率大大提高。

4.用動作技能的學(xué)習(xí)規(guī)律指導(dǎo)動作技能的學(xué)習(xí)。筆者發(fā)現(xiàn),在參加實驗考查時,即便面對十分簡單的實驗(如“打點計時器的使用”、“用萬用表測電阻”等),學(xué)生也是手不斷地抖,看一步操作步驟做一步,根本達不到熟練(自動化)程度。另外,在實驗時,不同組的學(xué)生其操作常常各不相同,經(jīng)常出現(xiàn)錯誤的操作方法。例如,在《測定玻璃的折射率》這一實驗時,有的學(xué)生用玻璃磚作工具固定大頭針。筆者認(rèn)為,這是由于教師不熟悉動作技能的學(xué)習(xí)規(guī)律的緣故。有的教師把動作技能的學(xué)習(xí)等同于知識的學(xué)習(xí),認(rèn)為自己已經(jīng)把它講清楚了,學(xué)生也就會了。有的教師由于自己已經(jīng)掌握了動作技能(達到自動化)而認(rèn)為動作技能的學(xué)習(xí)很簡單。其實即使是比較簡單的騎車、游泳等動作技能,哪個人是一學(xué)就會的呢?

動作技能的學(xué)習(xí)特點是先知覺再通過訓(xùn)練成為動作技能,一般說來,它的學(xué)習(xí)需要經(jīng)歷三個階段:第一是認(rèn)知階段,學(xué)習(xí)者通過外部的言語指導(dǎo),或通過觀察他人的動作示范,試圖理解任務(wù)及要求。這里的“動作示范”可以是指導(dǎo)者的示范也可以是其他學(xué)習(xí)者動作的示范。這一階段的主要任務(wù)是領(lǐng)會技能的基本要求,掌握組成技能性活動的局部動作;第二是聯(lián)系形成階段,此時學(xué)習(xí)者要建立外部刺激與動作之間的聯(lián)系,這一階段的基本任務(wù)是把局部動作組成大的單元;第三是自動化階段,學(xué)習(xí)者經(jīng)過學(xué)習(xí),各個局部動作之間聯(lián)系已經(jīng)形成,一長串的動作系列已聯(lián)合成一個有機的整體,其中的多余動作已消失,整套動作進行得流暢、省力,可以一氣呵成。筆者在研究中十分重視教師的示范作用,教師不僅通過視頻展示臺演示每一步操作步驟,還把操作步驟拍成錄像后制作在CAI課件中,包括一些學(xué)生易犯的錯誤。然后借鑒中央電視臺《正大綜藝》欄目中的“找錯誤”節(jié)目,讓學(xué)生也找一找錄像中的錯誤之處,對此,學(xué)生興趣很高,每發(fā)現(xiàn)一處錯誤,都會發(fā)出一陣開心的笑聲。經(jīng)過教師示范、學(xué)生找錯誤以后,學(xué)生實驗操作的正確率大大提高,教學(xué)效果及教學(xué)的吸引力也得到增強。

5.加強對實驗操作過程及數(shù)據(jù)處理的反饋。研究表明,只有不斷地進行反饋,學(xué)生不良的操作行為才能得到糾正。正是由于對學(xué)生的操作過程缺乏有效的反饋,使得學(xué)生對自己的操作顯得隨便;正是因為對學(xué)生的操作過程缺乏有效的反饋,學(xué)生常常覺察不到自己操作上存在的錯誤與不規(guī)范。就數(shù)據(jù)處理來說,因為學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)都是記載在實驗冊中,而且數(shù)據(jù)處理過程中的錯誤,在實驗冊的批改中難以發(fā)現(xiàn)。如在打出紙帶后,對位移的測量,有的學(xué)生采取分段測量,驗證機械能守恒定律中測量點的選取不同等。另外,從完成實驗到上交實驗冊,再到教師批改后發(fā)還給學(xué)生,需要較長的時間,這時學(xué)生與教師都早已進入另一種教學(xué)與學(xué)習(xí)情景,教師對學(xué)生在實驗時出現(xiàn)的抄襲數(shù)據(jù)、湊數(shù)據(jù)的現(xiàn)象也因為不能及時反饋而難以發(fā)現(xiàn)與糾正,即使教師在批改實驗冊時發(fā)現(xiàn)并在課堂中加以指出,也會因事過境遷而使學(xué)生觸動不大。長此以往,學(xué)生肯定無法形成良好的科學(xué)素養(yǎng)。視頻展示臺為實驗操作的反饋與實驗數(shù)據(jù)處理的反饋提供了很好的工具。教師可以讓學(xué)生在視頻展示臺上進行操作,也可以把學(xué)生打出的紙帶或?qū)嶒瀮灾械膱D表在視頻展示臺上展示。例如,在實驗《練習(xí)使用打點計時器》中,開始時由于學(xué)生的拉帶速度較小,紙帶上打出的點非常密集。教師抽取幾條紙帶通過視頻展示臺展出,同時啟發(fā)學(xué)生:怎樣才能獲取間隔合適的紙帶?又如,在《測定玻璃的折射率》這一實驗時,通過教師對學(xué)生所畫光路圖的及時反饋,學(xué)生的操作錯誤得到了改正,操作技能也得到了優(yōu)化。

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