鄭宗文，陳玉玉

(天津市復(fù)興中學(xué) 天津 300121)

物理是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，以研究自然為本，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維、與人合作的意識(shí)，從而開闊學(xué)生的眼界，提升學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，這與科技教育的本質(zhì)是一致的。如何在日常物理教學(xué)過(guò)程中，將科技教育與物理教學(xué)有效融合，筆者認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是一個(gè)非常有效的手段。

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)特別有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理、探索自然的積極性，激發(fā)他們探索的興趣和動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生探究意識(shí)和探究能力的提升，體會(huì)現(xiàn)代科技對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到的推動(dòng)作用。因此，改進(jìn)、創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念、手段，對(duì)開展科技教育具有十分重要的意義和價(jià)值。

筆者從以下幾個(gè)方面做了探索與實(shí)踐。

1 轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識(shí)

傳統(tǒng)的教學(xué)是一種應(yīng)試教學(xué)，它以考試分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)價(jià)教師的教學(xué)成績(jī)和學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，教師為了追求較高的教學(xué)成績(jī)，把學(xué)生當(dāng)成了學(xué)習(xí)的客體，試卷考什么，教師就教什么；學(xué)生為了追求高分，不斷地“記、背、練”各種物理題型，通過(guò)“反復(fù)練、練反復(fù)”來(lái)“練會(huì)”物理，而不是“學(xué)會(huì)”物理。這樣一來(lái)，在大多數(shù)學(xué)生心目中，物理就從一門“有意思的自然學(xué)科”變成了“有問(wèn)題的困難學(xué)科”了，就更不知道物理實(shí)驗(yàn)是為了“探究什么”了。

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)一般分為兩類：一是以“老師做，學(xué)生看”為主的演示實(shí)驗(yàn)；二是在教師指導(dǎo)下，以“驗(yàn)證性”或是“形式探究性”實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)?？梢哉f(shuō)，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以“接受式教學(xué)”為主，有一定的局限性，使實(shí)驗(yàn)的探究性只“流于形式”。其實(shí)，探究不是形式，而是內(nèi)容和過(guò)程。

2 轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式

2.1 增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的“趣味性”

物理既然是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，首先，就一定要讓學(xué)生體會(huì)到：物理的結(jié)論，大多數(shù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的。因此，教師就不能只拘泥于課本、課標(biāo)上所規(guī)定的有限的幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該通過(guò)自己動(dòng)手、動(dòng)腦，去盡可能地增加實(shí)驗(yàn)的數(shù)目，讓學(xué)生真正看到、體會(huì)到，并且相信所學(xué)的多數(shù)理論都來(lái)自于實(shí)驗(yàn)，而不是來(lái)自于“老師就這么教的”；其次，我們不僅要讓學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)，更要讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，這就要求老師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在注重“科學(xué)性”的前提下，還要注重增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的“趣味性”，讓學(xué)生感到實(shí)驗(yàn)是“有趣”的，他們才能去主動(dòng)的學(xué)習(xí)、研究，然后才能感到物理是“有用”的。

例如，在高三學(xué)習(xí)全反射時(shí)，老師們都會(huì)講到彩虹和海市蜃樓等例子，傳統(tǒng)的處理方法是：利用視頻、圖片來(lái)進(jìn)行講解，讓學(xué)生觀察。并且，老師通過(guò)幾何光路分析這些現(xiàn)象的成因，把很美妙的自然現(xiàn)象一下就給學(xué)生講懵了。對(duì)此，筆者做了這樣一個(gè)嘗試，就是讓學(xué)生自己親手“制作”彩虹，只有讓他們親自的動(dòng)手做、用眼看、動(dòng)腦想，才能夠深刻的記住這些自然現(xiàn)象中有一條原理叫做“全反射”，這樣就夠了(見圖 1)。最后，當(dāng)彩虹出現(xiàn)在學(xué)生面前的時(shí)候，他們充滿了喜悅和探知欲。同時(shí)，筆者也體會(huì)到了培養(yǎng)人才就需要培養(yǎng)這種科學(xué)探究精神和實(shí)踐探索能力。

圖1 師生共同拍攝的照片F(xiàn)ig.1 Photos jointly shot by the teacher and students

2.2 開發(fā)探究性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的“探究性”

創(chuàng)設(shè)探究課題，參與探究過(guò)程，才能培養(yǎng)、提升學(xué)生的探究能力。教師可以在現(xiàn)有的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、做一做中，立足日常生活，開發(fā)探究點(diǎn)，使其在內(nèi)容上具有“挑戰(zhàn)性和探索性”，激發(fā)學(xué)生在已有認(rèn)知基礎(chǔ)上產(chǎn)生探究欲，促進(jìn)其與同學(xué)、教師互動(dòng)合作，從而提出問(wèn)題、探究問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而不斷發(fā)展和完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)與探究能力。因此，我們可以創(chuàng)設(shè)許多生活化情境，設(shè)計(jì)出與此相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究，這不僅使我們的教學(xué)內(nèi)容更真實(shí)、親切，更能體現(xiàn)“實(shí)踐到理論，由理論再到實(shí)踐”的觀念，更重要的是讓學(xué)生知道，實(shí)驗(yàn)是“有用”的。

比如，在高中電磁感應(yīng)一章，課本上有一個(gè)做一做實(shí)驗(yàn)：“搖繩能發(fā)電嗎？”在一般情況下，老師對(duì)此問(wèn)題只是進(jìn)行理論講解，很少付諸實(shí)施。筆者針對(duì)該問(wèn)題，開設(shè)了一個(gè)探究課題，該課題分為3個(gè)小專題：

專題一：搖繩發(fā)電的“可行性”。

該專題的主要目的是利用搖繩方式讓學(xué)生親自驗(yàn)證利用地磁場(chǎng)是可以發(fā)電的，而且是交流電(見圖2、圖3)。

圖2 課本“做一做”圖片F(xiàn)ig.2 Illustration of “Make a Try” in the textbook

圖3 學(xué)生實(shí)驗(yàn)照片F(xiàn)ig.3 A photo of students carrying out the experiment

專題二：“利用搖繩發(fā)電測(cè)量復(fù)興中學(xué)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度”。

在這個(gè)課題研究中，學(xué)生通過(guò)分工、合作、選材、分析等環(huán)節(jié)，利用傳感器采集、分析、處理數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得出兩個(gè)結(jié)論：一是搖繩發(fā)電“可以”，但想大規(guī)模發(fā)電“不可行”；二是通過(guò)此實(shí)驗(yàn)過(guò)程，測(cè)定出復(fù)興中學(xué)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)量級(jí)為 10-5,T(課本給出的參考值 5×10-5,T)。通過(guò)這個(gè)課題的探究過(guò)程，不僅讓學(xué)生更加深刻地理解了電磁感應(yīng)，更讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)就是從實(shí)踐到理論，再?gòu)睦碚摰綄?shí)踐的過(guò)程(見圖4)。

圖4 傳感器采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.4 Experimental data collected by sensors

專題三：創(chuàng)意設(shè)想。

通過(guò)前面的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程，讓同學(xué)們切實(shí)體會(huì)了地磁場(chǎng)的存在和作用，在此基礎(chǔ)上，將研究過(guò)程逐步深入，并設(shè)計(jì)了“地磁在我身邊”這個(gè)開放性的題目，讓學(xué)生盡可能地發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，將地磁場(chǎng)形象化展示出來(lái)，不論什么方法，只要合理即可。在此，筆者展示幾個(gè)學(xué)生的創(chuàng)意：

①小磁針。將幾個(gè)小磁針相隔一段距離擺放，靜止后 N極指向一致，這是展示地磁場(chǎng)的最簡(jiǎn)單的方法。

②自制地磁場(chǎng)體驗(yàn)機(jī)(見圖5)。該裝置設(shè)想可作為一個(gè)科普體驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生們操作，當(dāng)學(xué)生蹬自行車時(shí)，兩邊的發(fā)電裝置同時(shí)工作，左邊為地磁發(fā)電，只要指針擺動(dòng)，就直觀地展示了地磁可以發(fā)電的事實(shí)，右邊為傳統(tǒng)發(fā)電裝置，通過(guò)兩邊電表示數(shù)的差別，顯示了地磁發(fā)電的“不可行性”。

圖5 自制地磁場(chǎng)體驗(yàn)機(jī)Fig.5 A self-made geomagnetic field experience machine

③地磁場(chǎng)洛倫茲力演示裝置。傳統(tǒng)的地磁場(chǎng)洛倫茲力通常都是用圖片、視頻等媒體來(lái)展示，而筆者則想設(shè)計(jì)一個(gè)演示裝置，把該內(nèi)容直觀展示在學(xué)生面前，設(shè)計(jì)如圖6、圖7所示。

圖6 在地球儀的赤道上，繞上線圈，通電后就能構(gòu)造出一個(gè)“人造地磁場(chǎng)”Fig.6 Making a “Manmade Geomagnetic Field” by winding coils around the equator of a tellurion

圖7 充當(dāng)宇宙射線Fig.7 Mimicking cosmic radiation

以上幾個(gè)小創(chuàng)意，可能看上去很簡(jiǎn)陋、可笑，有可能在實(shí)際操作中會(huì)以失敗告終，但只要“敢想、能做”，不管結(jié)果是否成功，都可以達(dá)到物理學(xué)習(xí)的目的。

2.3 創(chuàng)設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的“實(shí)用性”

探究能力的培養(yǎng)，歸根到底還是探究意識(shí)的培養(yǎng)，沒(méi)有探究意識(shí)，就等于沒(méi)有探究的“源動(dòng)力”。教師可以根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)與能力，設(shè)計(jì)一些沒(méi)有固定方案的實(shí)驗(yàn)課題，供學(xué)生去思考、研究。

比如，高中的學(xué)生，已經(jīng)比較熟練掌握了長(zhǎng)度的測(cè)量方法和工具的使用方法。于是，筆者就提出了一個(gè)課題，同時(shí)也是一個(gè)趣味挑戰(zhàn)：“奇趣測(cè)量”。表1為具體內(nèi)容。

表1 奇趣測(cè)量?jī)?nèi)容及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Contents of the Interesting Measurement and appraisal standards

方案一：簡(jiǎn)單、正確，但精度最差。

方案二：較上一種方案，誤差會(huì)小一些，但精度依然很差，尤其是在大距離測(cè)量時(shí)。

方案三：個(gè)人感覺(jué)，最實(shí)用、最有趣，雖然在計(jì)算時(shí)可能也會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，但想法非常值得肯定。下面對(duì)該方法做個(gè)詳細(xì)說(shuō)明：

用Google Earth的衛(wèi)星照片，加上實(shí)地測(cè)量，然后繪制比例尺，最終，在紙面上完成測(cè)算(見圖8)。

圖8 天津市復(fù)興中學(xué)的衛(wèi)星圖片(截取自Google地圖)Fig.8 A satellite picture of Tianjin Fuxing High School(a screenshot of Google Map)

實(shí)施方案片段：以操場(chǎng)為例，確定測(cè)量方法。

① 直線形長(zhǎng)度的測(cè)量：通過(guò)實(shí)地測(cè)量與圖片測(cè)量的結(jié)合，自行繪制比例尺，然后進(jìn)行逐一計(jì)算。

例如：操場(chǎng)的球門實(shí)際測(cè)量寬度7.32,m；圖片上的測(cè)量寬度1,cm。所以比例尺為1∶732。若在圖片上測(cè)量天文館大球直徑為 1.2,cm，則其實(shí)際直徑應(yīng)為：d== 878.4 cm = 8.748 m。進(jìn)而還可以計(jì)算該球的體積等等。

② 曲線形長(zhǎng)度的測(cè)量。

③ 直邊形面積的測(cè)量。

④ 曲邊形面積的測(cè)量。

注：②③④ 的具體內(nèi)容略。

此實(shí)驗(yàn)題目創(chuàng)設(shè)的靈感，來(lái)自于一般的地圖和“油膜法測(cè)分子直徑”的估算法。這些，都是物理教學(xué)研究過(guò)程中常用的方法，甚至于也是日常生活中處理問(wèn)題的常用方法，應(yīng)該讓學(xué)生們掌握。

方案四：測(cè)量能力要求較高、調(diào)試難度較大、受測(cè)量環(huán)境影響較明顯，但精確度為最高。

2.4 開設(shè)特色課程，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的“創(chuàng)新性”

對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，是新課程改革中的重中之重，但由于“應(yīng)試”的壓力，會(huì)使得在實(shí)際教學(xué)中難免偏離“素質(zhì)教育”的軌道。因此，筆者圍繞學(xué)生的主修課程，在全校范圍內(nèi)開設(shè)了以“科技創(chuàng)新”為主題的特色類校本課程。開設(shè)校本課的目標(biāo)在于：使學(xué)生更為深入地學(xué)習(xí)高中物理的有關(guān)知識(shí)、方法和技能，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)、活動(dòng)等多樣化的教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生的參與意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、實(shí)踐能力、探究能力和與人交流的能力，從而，進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，最終，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

校本課的內(nèi)容有：①課內(nèi)知識(shí)的鞏固與延展；②實(shí)驗(yàn)室資源的開發(fā)與利用；③日常器具的開發(fā)與利用；④信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的有效融合；⑤探究能力的培養(yǎng)。

校本教學(xué)的模式：分組研討 → 確定研究課題 → 共同研討解決方案 → 實(shí)施 → 發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題 → 不斷完善 →成品。

在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的精心安排，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)與他人合作的意識(shí)及團(tuán)隊(duì)精神，使學(xué)生善于將自己的見解與他人交流，敢于堅(jiān)持正確觀點(diǎn)，勇于修正錯(cuò)誤。在不到兩年的時(shí)間里，筆者指導(dǎo)的學(xué)生取得大大小小的科技獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)近 20個(gè)，并且，已有 16個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)取得了國(guó)家專利(見圖 9)。其中，有的項(xiàng)目還在 2014年 5月通過(guò)美國(guó)組委會(huì)的審核，走出國(guó)門，赴美參加了“國(guó)際可持續(xù)發(fā)展奧林匹克競(jìng)賽”，并取得了優(yōu)勝獎(jiǎng)。當(dāng)學(xué)生身披國(guó)旗站在國(guó)際領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)上時(shí)，我們那種強(qiáng)烈的民族自豪感油然而生。師生所取得的成績(jī)，還被《每日新報(bào)》、《渤海早報(bào)》、北方網(wǎng)、新浪、搜狐等媒體進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。這些榮譽(yù)的取得，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)新意識(shí)！

圖9 成果展示Fig.9 Display of Achievements

通過(guò)上述實(shí)踐活動(dòng)，大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)，樹立了學(xué)生的責(zé)任感和使命感，并且，以學(xué)生樂(lè)于參與的形式，將科技教育有效融入到物理教學(xué)過(guò)程中。因此，筆者認(rèn)為，在物理教學(xué)中落實(shí)科技教育，要堅(jiān)持“貼近實(shí)際、貼近生活、貼近未成年人”的三貼近原則。只要以正確的科技教育觀念為指導(dǎo)，立足于學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)，著眼于學(xué)生的發(fā)展需求，貼近學(xué)生的認(rèn)知方式，注重學(xué)生的體驗(yàn)和感受，教育的實(shí)效性就能突顯出來(lái)。

3 教育要從大處著眼小處著手

老師們通過(guò)教育教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生取得了考試分?jǐn)?shù)和各級(jí)各類的獲獎(jiǎng)證書，這些都是擺在臺(tái)前的、光鮮靚麗的一面，而筆者則更注重那些幕后的、不起眼的、與學(xué)習(xí)成績(jī)無(wú)關(guān)的一些“成就”。在此，筆者展示兩樣非常簡(jiǎn)陋的、不起眼的東西(見圖 10)。

圖10 自制手機(jī)支架Fig.10 Self-made mobile phone holders

這是當(dāng)初活動(dòng)時(shí)筆者給學(xué)生布置的一個(gè)小題目“手機(jī)支架”，拿到題目后，學(xué)生的反應(yīng)幾乎就兩種：一種是“這東西很便宜，買一個(gè)”，一種是“試著做一個(gè)”，而筆者更關(guān)注后者。別看這東西結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但真正做起來(lái)，沒(méi)那么容易，比如選多長(zhǎng)的材料？在什么位置彎鉤比較合理？背后的支撐架做多高？多大角度等等……這些問(wèn)題都是在真正操作時(shí)才能遇到，需要不斷去解決。一個(gè)支架，每個(gè)學(xué)生要來(lái)來(lái)回回地修改至少 3次，平均用時(shí) 20分鐘。這個(gè)過(guò)程看起來(lái)很笨拙，但是，從那以后，我的許多學(xué)生都對(duì)動(dòng)手制作產(chǎn)生了濃厚興趣，我再給他們布置題目的時(shí)候，他們的觀念都從“買一個(gè)”變成了“做一個(gè)”，正是這個(gè)小小的轉(zhuǎn)變，真正體現(xiàn)了教育教學(xué)促使學(xué)生發(fā)生改變；正是這些小能力的培養(yǎng)，真正調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，助推著學(xué)生的課內(nèi)學(xué)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)，是探索物理奧秘的工具。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們不能“形式化”地追求探究，要注重“有內(nèi)容”地落實(shí)探究。但是，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力又是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，幾次實(shí)驗(yàn)、幾次合作、幾次探究是不能達(dá)到目的的，它是一個(gè)循序漸進(jìn)，由淺入深，逐步開展的過(guò)程。我們堅(jiān)信，只要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，一定會(huì)造就一大批優(yōu)秀的創(chuàng)新人才！■

［1］中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2001.

［2］物理教學(xué)大綱[M].北京：人民教育出版社，2002.

［3］中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[M].北京：人民教育出版社，2003.

［4］梁建.淺談在物理教學(xué)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(8)：63-64.

［5］黃金海.中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念發(fā)展與思考[J/OL].義務(wù)教育，2007(5)：http://www.pep.com.cn/rjqk/sjtx/wl/2007_5zd212q/ 201101/t 20110105_ 1004507.htm.

［6］陶洪.物理實(shí)驗(yàn)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.