季志鋒

(江蘇省西亭高級中學(xué) 江蘇 南通 226301)

1 概念形成的教學(xué)背景

1.1 背道而馳的實驗教學(xué)

2013年1月30日《中國教育報》刊登了一篇針對上海實施課改后對物理實驗教學(xué)一次專項調(diào)研報道——“實驗為何與課堂教學(xué)漸行漸遠(yuǎn)”，上海某個區(qū)的實驗開設(shè)率不足80%，推演到全國其他地區(qū)估計實驗開設(shè)率不足50%的地方會有很多．目前學(xué)校在各地行政部門的大力投資下,已基本實現(xiàn)教育裝備現(xiàn)代化、數(shù)字化．而多數(shù)實驗器材處于閑置階段，甚至仍躺在包裝盒里，至今還未拆封．實驗室的大門對學(xué)生處于長久關(guān)閉狀態(tài)，每學(xué)期幾次臨時考場算是實驗室展示風(fēng)采的最好時光．為何物理實驗真實的開設(shè)率持續(xù)居低？究其原因，除了當(dāng)下高考急功近利，筆者認(rèn)為教師思想松懈，理念陳舊，技能不足是造成這種狀態(tài)的主要原因．

1.1.1 省時、“省心”

教師課前準(zhǔn)備一個實驗至少要花個把小時，甚至一整天，而課堂上和學(xué)生做一下實驗充其量幾分鐘．如果從網(wǎng)絡(luò)上下載相關(guān)實驗視頻或利用動畫模擬實驗，則方便了許多，教師不愿意多花這時間，因此課堂上真實的實驗越來越少，視頻上“實驗”和Flash動畫模擬實驗越來越多．更有甚者連上網(wǎng)搜索視頻也給省了，直接黑板上“講實驗”．另一方面，自己動手操作實驗，偶然的因素會很多，實驗存在失敗的風(fēng)險，尤其是學(xué)生實驗，結(jié)果更難預(yù)測，教師則需要“費心”指導(dǎo)、“費心”解釋．而網(wǎng)絡(luò)實驗視頻往往是相對比較成功的演示實驗，如果采用Flash動畫模擬實驗的話要多“精確”就能多“精確”，教師無需“擔(dān)心”實驗結(jié)果，更不必要“費心”指導(dǎo)操作．

1.1.2 有針對、有效果

物理高考也考實驗題，但無非是些實驗原理的分析、實驗步驟的識記、實驗數(shù)據(jù)的處理以及簡單的誤差分析，沒有真正意義上的動手測試，教師通過講實驗、播放實驗和典型實驗習(xí)題的講解和分析，有針對性地提升學(xué)生解決實驗題的能力．而真實的實驗對學(xué)生高考得分的影響不大，在高考分?jǐn)?shù)的指揮下，講實驗、做實驗習(xí)題的效果或許更好．因此，在教師的“權(quán)衡”下舍棄了真實多彩的實驗而更多地采用模擬實驗．

1.1.3 技能缺失

近年來，本人多次作為某市物理教師優(yōu)課評比和初中物理教師實驗技能大賽的評委，賽后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)初中教師不會連接分壓式電路，相當(dāng)多的教師不會檢查電路連接故障，能連接電橋電路的教師微乎其微．教師本身的實驗技能不強已是不爭的事實，正所謂數(shù)字化實驗在推動新課改、改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式和教師創(chuàng)新實驗上取得了進(jìn)展，但是教學(xué)生做實驗卻恰恰是我們許多物理教師最不擅長的[1]．

1.2 學(xué)生切實對實驗的需求

1.2.1 學(xué)生心理的需要

錄像實驗、動畫演示都能引起學(xué)生的好奇，更何況學(xué)生親自參與的實驗．每當(dāng)做演示實驗時，學(xué)生全都是翹首以盼，全神貫注地觀察實驗的現(xiàn)象；每當(dāng)學(xué)生分組實驗，都有學(xué)生情不自禁地在實驗開始前撥弄器材，提前操作．學(xué)生好動的心理促使其對實驗有一種向往，學(xué)生求知的心理來自于對實驗有一種神奇感．實驗本身特點是激趣析疑，身臨其境的實驗操作更能激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，增強求知欲．

1.2.2 學(xué)習(xí)過程的需要

復(fù)習(xí)是學(xué)習(xí)之母，那么觀察就是思考和識記知識之母．觀察是智慧最重要的能源[2]．給學(xué)生做5 min的實驗有時候可以弄清講半個小時才能懂的知識．學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象，由現(xiàn)象進(jìn)行抽象思維，用思維把握一系列相互作用的事物、事實、現(xiàn)象和事件．通過實驗可以啟迪智慧，發(fā)散思維，這是學(xué)習(xí)過程中必須的環(huán)節(jié)．不否定數(shù)字化實驗在幫助學(xué)生建立物理情境時所發(fā)揮的作用，但真實的實驗操作還可以增加學(xué)生實驗操作技能，還能在不可預(yù)計的生成中促進(jìn)思維，創(chuàng)新思維．

1.3 社會發(fā)展的需求

1.3.1 國際教育發(fā)展的需求

隨著國際學(xué)力競爭的加劇，世界各國的學(xué)校教育實踐已從“知識中心”轉(zhuǎn)向“思考力中心”、轉(zhuǎn)向能動的、扎實的、能夠?qū)嶋H運用的能力．學(xué)校教育已從立足基礎(chǔ)學(xué)力向創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從重視個體發(fā)展向關(guān)注合作學(xué)習(xí)形成“學(xué)習(xí)共同體”轉(zhuǎn)變．學(xué)生的學(xué)習(xí)不是孤立的，而是在同其他學(xué)習(xí)者的關(guān)系中開展，在同其他合作者之間的合作學(xué)習(xí)中，發(fā)現(xiàn)思維的差異，從而培育豐富的思考，形成“學(xué)習(xí)的共同體”[3]．實驗教學(xué)具有獨特的靈動性、創(chuàng)新性和合作性吻合教育發(fā)展的需求．

1.3.2 踐行新課程理念的需求

高中物理課程理念旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，立足于從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面培養(yǎng)學(xué)生，重視課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性、體現(xiàn)時代性，重視教學(xué)過程中學(xué)生的自主性，引導(dǎo)學(xué)生積極參與體現(xiàn)合作學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生實驗，培養(yǎng)探究意識，增強創(chuàng)新學(xué)力．

1.3.3 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求

毋庸置疑，實驗驗證并探索了一個又一個的原理和規(guī)律，實驗教學(xué)培養(yǎng)了一代又一代的人才．中國目前最缺少的就是創(chuàng)新型人才，缺少土生土長的理工科諾貝爾獎獲得者．學(xué)生在當(dāng)下的教育背景下正逐步喪失創(chuàng)新力，丟失學(xué)習(xí)研究的原動力．

實驗教學(xué)對學(xué)生有深遠(yuǎn)的影響，基于新課程夯實學(xué)生基礎(chǔ)學(xué)力、培養(yǎng)創(chuàng)新學(xué)力的理念，立足于當(dāng)代信息化、數(shù)字化教育裝備建設(shè)空前發(fā)展的現(xiàn)狀，仍遵循當(dāng)下高考的模式和指導(dǎo)，筆者提出基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)的構(gòu)想．

2 概念的建構(gòu)與特點

2.1 概念的建構(gòu)與剖析

2.1.1 創(chuàng)新學(xué)力

學(xué)力，即學(xué)術(shù)上所達(dá)到的程度，知識和能力是學(xué)力的主要構(gòu)成因素，興趣、情趣、理想、信念、意志、性格等是學(xué)力不可或缺的軟性構(gòu)件．學(xué)力不是一個靜態(tài)體系，而是一種動態(tài)系統(tǒng)，具有不斷發(fā)展性、再生性．

創(chuàng)新學(xué)力，就是在興趣的引領(lǐng)下樹立正確的志向，具有完整的、健康的人格品質(zhì)，善于發(fā)現(xiàn)新問題，善于用創(chuàng)造性思維解決問題、不斷發(fā)展的物理思維能力所達(dá)到的程度．其內(nèi)涵主要是指學(xué)生基于基礎(chǔ)學(xué)力上借助一定的教育環(huán)境、資源和各種學(xué)習(xí)實踐、思維創(chuàng)新活動，使內(nèi)在素養(yǎng)得到提升、外在行為得到矯正，最終形成具有創(chuàng)新性思維、發(fā)散性思維的能力和樂于學(xué)習(xí)、積極進(jìn)取、勤于思考的良好人格品質(zhì)．

2.1.2 “云實驗”

“云”是用語言值表示的某個定性概念與其定量表示之間的不確定轉(zhuǎn)換模型，狹義的云計算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，即通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源．

云實驗，是為了探尋某一確定的本質(zhì)、規(guī)律和概念而提供的眾多、可供選擇的實驗途徑、方案(可以是確定的實驗器材，可以是生活實景、小制作，還可以是基于數(shù)字化的動畫或網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室，甚至可以是基于實驗需求基礎(chǔ)上想像的實驗情境)，對應(yīng)所呈現(xiàn)的物理思維、所涉及的實驗原理和方法、實驗的操作以及所得的實驗現(xiàn)象都具有相應(yīng)的不確定性.最終每位學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、愛好和需求選擇，實現(xiàn)同一個目標(biāo)，同時通過交流展示使每個學(xué)生獲得盡可能寬廣的思維方式的一系列試探性操作．

2.1.3 基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的“云實驗”教學(xué)

基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)是教師和學(xué)生共同營造云實驗情境，以生活實景、科技制作、網(wǎng)絡(luò)模擬以及科學(xué)想像為載體，基于情境，開拓思維，增強技能，培養(yǎng)創(chuàng)新力，注重學(xué)生立志、做人、人格、興趣、思維、實踐操作、探究方法上的銜接，立足于學(xué)生志、趣、能匹配協(xié)調(diào)發(fā)展的情境教學(xué)[4]．

2.2 “云實驗”教學(xué)特點

2.2.1 情境多樣性

基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)是建立在豐富的場景基礎(chǔ)上的，讓學(xué)生參與實踐操作或重現(xiàn)生活實景，在交流中豐富知識、建構(gòu)知識、完善技能的建構(gòu)活動．在無法用生活實景、真實實驗操作時可以利用動畫模擬、網(wǎng)絡(luò)實驗平臺創(chuàng)設(shè)情境．例如，在學(xué)習(xí)“探究彈簧彈性勢能的表達(dá)式”時，首先要知道彈性勢能和哪些因素有關(guān)．根據(jù)學(xué)生原有的知識更多地創(chuàng)設(shè)生活實境，可以提供彈性桿、橡皮筋、弓箭、彈簧等彈性實物進(jìn)行探究．學(xué)生根據(jù)已有的知識可以分析出形變量越大，在力方向上的位移越大，力做功越多，物體所具有的勢能也就越多，從而建構(gòu)出彈性勢能與形變量有關(guān)．同時，也可以利用上述物體感受其所蘊藏著的勢能，如將橡皮筋拉伸后彈射一個小紙團，形變量越大，彈射紙團的射程越遠(yuǎn)．也可以提供高清高倍攝像機拍攝皮球落地及反彈的視頻，皮球與地面接觸發(fā)生形變，其形變量越大，反彈的高度越高，從而也可以建構(gòu)出彈性勢能與形變量有關(guān)．也可以提供競技比賽中的射箭運動視頻，讓學(xué)生討論箭離弦后運動的距離跟哪些因素有關(guān)來建構(gòu)新的知識．如涉及天體運動以及物體的微觀結(jié)構(gòu)時可以通過動畫模擬創(chuàng)設(shè)情境．

2.2.2 操作創(chuàng)新性

“云”的概念更廣泛地應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域，體現(xiàn)了一種服務(wù)理念——按需服務(wù)．基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)是根據(jù)學(xué)生個體知識、能力結(jié)構(gòu)自主建構(gòu)實驗方案的一種操作性實踐活動．例如在“探求合力的方法”中，提供橡皮筋、帶繩套的細(xì)線、方木板、白紙、多個已知質(zhì)量的鉤碼、彈簧測力計(2個)、兩個可固定在方木板上的小滑輪(或較為光滑的鐵釘)等器材讓學(xué)生自主制定實驗方案實施研究．絕大多數(shù)學(xué)生通過預(yù)習(xí)會采用書本上的實驗方案，即先用兩根彈簧測力計沿某一方向拉橡皮筋，記錄F1，F(xiàn)2的大小和方向及結(jié)點的位置，再用一個彈簧測力計拉橡皮筋，使結(jié)點到原來位置記錄此時的F的大小和方向，然后進(jìn)行比較分析．其實真正放手讓學(xué)生自主實驗，會有少數(shù)學(xué)生只采用一根彈簧測力計進(jìn)行實驗，分兩次測量F1，F(xiàn)2．同時，還會生成出其他的設(shè)計方案.

(1)用已知質(zhì)量的鉤碼替代一個彈簧測力計，其他器材不變，將木板豎直放置，先用彈簧測力計朝某一個方向拉結(jié)點，保持三根細(xì)線處于同一個豎直面內(nèi)，如圖1(a)所示，此時鉤碼的重力和彈簧測力計的拉力是分力．再撤去鉤碼，只用一個彈簧測力計拉細(xì)線，使結(jié)點到原先同一位置，此時彈簧測力計中的拉力就是合力．

(2)如圖1(b)所示，3個已知質(zhì)量的鉤碼，分別掛在細(xì)線套上，細(xì)線跨過滑輪(鐵釘)，讓3根細(xì)線處于同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)3個鉤碼均處于靜止?fàn)顟B(tài)，m1，m2的重力分別表示兩個細(xì)線中的拉力，即分力.如果只用一個力拉，即與m3的重力等大反向，故將m3的重力大小表示成合力的大小，合力的方向豎直向上[5]．

圖1

2.2.3 主體能動性

基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)是基于生活，聯(lián)系當(dāng)代信息技術(shù)，關(guān)注科技發(fā)展，重視研究方法培養(yǎng)的能動性實踐活動．同一教學(xué)內(nèi)容有時可以提供實驗探究、理論推演、聯(lián)系生活實景、上網(wǎng)檢索、應(yīng)用數(shù)字實驗平臺等研究方法．學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣愛好、知識能力水平自主選擇相應(yīng)的研究方法．通過滲透不同的研究方法，發(fā)揮學(xué)生自主能動性，掌握分析問題、解決問題的一般思路和方法．例如，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時，可以采用定性比較的方法，即兩輛小車在相同材料的軌道上運動，比較相同拉力不同質(zhì)量或相同質(zhì)量不同拉力情況下的運動，進(jìn)而分析加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；可以通過定量計算的方法，即通過打點計時器研究小車的運動，測量不同力或質(zhì)量時小車對應(yīng)的加速度；可以通過DIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較精確地測出小車的受力及對應(yīng)的加速度來研究；學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)實驗可重復(fù)利用性，先自主設(shè)計實驗、預(yù)演實驗、熟悉實驗操作的步驟和環(huán)節(jié)，再進(jìn)行真實的實驗并對照分析誤差，但模擬實驗不可以替代真實實驗，缺乏真實感的實驗會損傷學(xué)生的能動性和創(chuàng)造性．

3 “云實驗”教學(xué)的優(yōu)點及可能存在問題

3.1 “云實驗”教學(xué)的優(yōu)點

3.1.1 協(xié)調(diào)學(xué)生志、趣、能匹配發(fā)展

基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)是回歸于實驗、回歸于社會、回歸于學(xué)生的一種教學(xué)實踐．教育家陶行知提出“教育以人為本，生活即教育，社會即學(xué)校，教學(xué)做合一，一切從實際出發(fā)，從生活出發(fā)”的思想．“云實驗”教學(xué)把真實實驗、社會生活、科技制作、科技創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)世界以及學(xué)生的感性認(rèn)知和理性思維融合在一體，將學(xué)生領(lǐng)進(jìn)真實的、逼真的、有感性認(rèn)知基礎(chǔ)的活動中，使學(xué)生親身感受生活實景和理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展，喚起其內(nèi)在的潛能，形成完整的人格品質(zhì)，促使其對新知識、新技能的掌握產(chǎn)生強烈的興趣和動機．日本著名課程專家佐藤正夫指出“喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、誘發(fā)認(rèn)知興趣、活躍智力積極性對教學(xué)過程中發(fā)展知識和技能有決定性意義．”當(dāng)代教育家李潔玲老師多年開展的情境教學(xué)、教育實踐研究，表明了情境對學(xué)生的興趣、能力、態(tài)度、人格都有一定的促進(jìn)作用．因此“云實驗”教學(xué)對學(xué)生人格的形成、興趣的培養(yǎng)、志向的確定、能力的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義．

3.1.2 促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)力提升

基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)，是根據(jù)學(xué)生的需求、興趣和能力特點，提供多種研究的渠道，按需滿足其研究學(xué)習(xí)的一種教學(xué)活動．云實驗本質(zhì)是一種基于理性、突出技能、重視邏輯、拓展思維、創(chuàng)新思維的實踐操作體，其目的是為了更有效地培養(yǎng)學(xué)生的洞察力和想像力，更有效地發(fā)散學(xué)生思維、創(chuàng)新學(xué)生思維．“云實驗”教學(xué)是基于情境教育的一種靈動的教學(xué)實踐，通過問題情境化，催促學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維活動，誘發(fā)發(fā)散性思維和集中性思維，使學(xué)生由景生情，由情生趣，由趣激思，由思生辨，使學(xué)生受到多方位、多維度情感的熏陶，使學(xué)生思維發(fā)散、思維創(chuàng)新．尤其通過學(xué)生的交流展示，使每個個體的思維得到最大限度的拓展．

3.1.3 更新教育理念，促進(jìn)教師專業(yè)成長

“云實驗”不是簡單的一些實景堆砌，而應(yīng)是基于某背景下的多種研究方法、途徑的集合，包括課前的預(yù)設(shè)和課堂的生成．“云實驗”教學(xué)是建立在教師學(xué)習(xí)先進(jìn)教育理念，深入研究教材、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實情基礎(chǔ)上的一次組織教學(xué)活動．就某一教學(xué)內(nèi)容教師需從多維度挖掘素材，立足于情境，從生活思考，基于實驗，盡可能廣地發(fā)散學(xué)生思維、創(chuàng)新學(xué)生思維進(jìn)行設(shè)置教學(xué)過程．因此，教師必須具備一定的理論基礎(chǔ)、研究基礎(chǔ)、收集和整理信息的能力以及有一定的創(chuàng)新思維．

“云實驗”教學(xué)是基于物理學(xué)科的特點和高中生的思維特點而進(jìn)行的實驗教學(xué)．實驗教學(xué)本身是中學(xué)物理教學(xué)過程中的重要組成部分，同時也是體現(xiàn)物理學(xué)科研究問題方法的重要環(huán)節(jié)．因此，教師要具備一定的實踐技能和實驗?zāi)芰Γ?/p>

“云實驗”教學(xué)需要改變教師的教學(xué)觀念，從單一的知識傳授到多維度能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從單一方法到靈動的、多樣的、創(chuàng)新的方法轉(zhuǎn)變，從注重教條的課前預(yù)設(shè)到更多的關(guān)注課堂生成的轉(zhuǎn)變．只有當(dāng)學(xué)生獨立思考，展開活動，積極地鉆研教學(xué)內(nèi)容時，即當(dāng)學(xué)生成為自我活動的主體時，真正的學(xué)習(xí)過程也就形成了[6]．早在2 000多年前孔子就提出“不憤不啟，不悱不發(fā)”人性的一面，這時教師真正成為學(xué)習(xí)的合作者、引導(dǎo)者．同時，教師在教學(xué)研究、師生交流中也得到愉悅，獲得成就，陶冶情操，在這功利型的社會里尋求到一點心靈的依托，從而樂教、思教、善教，促使專業(yè)成長．

3.2 問題呈現(xiàn)

教師需要花費大量的時間研究教材、教法，設(shè)置實驗，尋找資料，成倍地增加了教師的工作量，教師主觀上未必愿意．教學(xué)過程呈現(xiàn)出復(fù)雜性、多樣性，對教師自身素養(yǎng)的要求可能過高，教師要不斷學(xué)習(xí)，提升自身的專業(yè)技能和專業(yè)水平．教學(xué)實施過程的生成性可能難以實現(xiàn)既定的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，教學(xué)過程可能會呈現(xiàn)出一定時空延展，而在當(dāng)下學(xué)校教學(xué)管理模式和高考模式下，難以保障學(xué)生在課后花費較多的時間進(jìn)行設(shè)計實驗、探究學(xué)習(xí)．

總之，筆者認(rèn)為基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)有利于學(xué)生建構(gòu)物理知識體系、理清物理規(guī)律，有利于學(xué)生對知識、認(rèn)識產(chǎn)生關(guān)心和興趣，彰顯主觀能動性，有利于營造輕松學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)環(huán)境，適應(yīng)高中學(xué)生心理，切合新課程理念，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，提升學(xué)生創(chuàng)新學(xué)力，改變當(dāng)下單調(diào)繁瑣的邏輯推演和枯燥乏味的、反復(fù)訓(xùn)練的單一智能學(xué)力提升的應(yīng)試教學(xué)模式，改變學(xué)生厭學(xué)情緒和對人生漠然態(tài)度．做到教育回歸自然、回歸生活，實現(xiàn)教與學(xué)和諧統(tǒng)一．

參考文獻(xiàn)

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