劉增澤 馮 杰(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院 上海 200234)

實(shí)驗(yàn)與理論相交替的物理教學(xué)設(shè)計(jì)探討

劉增澤 馮 杰
(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院 上海 200234)

新課程對(duì)物理教學(xué)提出了更高的要求，實(shí)驗(yàn)的地位逐漸提高，因此在這種研究背景下，根據(jù)新課程的要求，提出了一種交替式教學(xué)設(shè)計(jì)的方法，有助于新手教師較好地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).總結(jié)給出了在物理學(xué)學(xué)科特征的指導(dǎo)下，遵循教學(xué)設(shè)計(jì)的共性而設(shè)計(jì)的一種實(shí)驗(yàn)與理論相融合的課程設(shè)計(jì)，給出了實(shí)驗(yàn)為主線和理論為主線的角度的實(shí)例，便于讀者理解應(yīng)用.

教學(xué)設(shè)計(jì) 交替 理論 實(shí)驗(yàn)

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)源于現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的探究，產(chǎn)生理論(假說)，并通過可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，最終再應(yīng)用于實(shí)際生活.我國著名的物理學(xué)家張文裕教授曾指出，“科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)”，伽利略同樣重視實(shí)驗(yàn)的重要性，曾倡導(dǎo)理論與實(shí)踐相結(jié)合[1].那么實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位顯而易見，如何處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)間的關(guān)系，則關(guān)系到物理教學(xué)的質(zhì)量.下文將通過物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)的這一特征為讀者介紹一種基于實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)模式，這種模式是根據(jù)物理學(xué)的學(xué)科特征來編排的，并且結(jié)合中學(xué)物理課程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，明確共性與個(gè)性間的關(guān)系，總結(jié)得出的一套交替式教學(xué)設(shè)計(jì)方法.

1 中學(xué)物理教學(xué)原則

中學(xué)物理教學(xué)原則對(duì)教師的教學(xué)實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)性意義，主要原則有：教育性原則、科學(xué)性原則、突出學(xué)科特點(diǎn)與注重觀察實(shí)驗(yàn)原則、注重物理思想方法教育原則、注重科學(xué)探究原則、理論聯(lián)系實(shí)際原則等.物理教學(xué)原則在實(shí)踐的發(fā)展過程中將不斷的完善[2].

2 中學(xué)物理教學(xué)過程簡析

在教學(xué)原則的指導(dǎo)下，開始進(jìn)行教學(xué)過程的設(shè)計(jì).我國古代思想家孔子就曾提出，教學(xué)遵循“學(xué)、思、習(xí)、行”的4個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)在也存在四段論(李秉得，1991)、五段論(王策三，1985)、八段論(田龍翔，1988)等理論[3].那么在實(shí)際教學(xué)中，通常遵循的是引入-新課講授-鞏固提高-課后習(xí)題(實(shí)驗(yàn))-布置作業(yè)這個(gè)模式,這是源自于教育學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)模式，各個(gè)學(xué)科都可以遵循此格式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).

但這種教學(xué)設(shè)計(jì)并不能體現(xiàn)出物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，因此很多新手教師無從下手具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，沒有明確地給出實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)之間的關(guān)系該如何處理，因此實(shí)際教學(xué)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)”，從物理學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)到解決的過程來看，這種教學(xué)設(shè)計(jì)并不符合一個(gè)理論產(chǎn)生發(fā)展直至最終應(yīng)用的過程，因此會(huì)造成上理論課時(shí)學(xué)生對(duì)理論不理解，而之后的實(shí)驗(yàn)課學(xué)生也僅僅是從形式上完成了實(shí)驗(yàn)，而不知其科學(xué)意義，從而破壞了物理學(xué)教學(xué)的內(nèi)在邏輯性.這樣的課程僅僅是“授之以魚”，讓學(xué)生知道了基本理論，但沒能“授之以漁”，不能讓學(xué)生知道物理學(xué)是怎樣一步一步探究發(fā)展起來的，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)就要關(guān)注到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的位置.

3 實(shí)驗(yàn)與理論交替式教學(xué)設(shè)計(jì)

如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)呢？必然的選擇是實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相融合.從學(xué)科的本質(zhì)特征來看，物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，源于實(shí)驗(yàn)終于實(shí)驗(yàn)，理論由實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生，并由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并最終通過實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化進(jìn)行推廣應(yīng)用.因此實(shí)驗(yàn)是貫穿于整個(gè)學(xué)科的研究發(fā)展過程之中的.物理學(xué)知識(shí)又隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷豐富完善，而人的學(xué)習(xí)精力是一定的，因此不可能將所有的知識(shí)在短時(shí)間內(nèi)都傳授給學(xué)生，因此物理教學(xué)要達(dá)到“授之以漁”，不僅要讓學(xué)生掌握最基本的物理學(xué)知識(shí)，更要在基本知識(shí)與技能的傳授過程中，讓學(xué)生領(lǐng)悟如何進(jìn)行物理問題的研究，培養(yǎng)科研能力與創(chuàng)造力，進(jìn)而提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生能夠掌握“漁”要領(lǐng).因此教學(xué)設(shè)計(jì)需要將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相融合，并且要符合物理學(xué)研究特點(diǎn)，通過教學(xué)能夠讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)與理論間的關(guān)系，按照實(shí)驗(yàn)與理論交替的形式進(jìn)行，遵循：實(shí)驗(yàn)(現(xiàn)象)-基礎(chǔ)理論(假說)-探究性實(shí)驗(yàn)-形成的理論或規(guī)律-驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)(轉(zhuǎn)化與應(yīng)用).本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)際上是相對(duì)應(yīng)的，如表1所示，交替的每個(gè)部分又可成為一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì).這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以進(jìn)行一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，也可以進(jìn)行一章節(jié)或某一模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)，形成了教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)思路，在這種大的模式下，還可以從不同角度進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).下面將從兩個(gè)角度對(duì)交替式教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的解釋.

表1 實(shí)驗(yàn)與理論交替式教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)比

3.1實(shí)驗(yàn)為主線的角度

第一個(gè)角度以實(shí)驗(yàn)為主線，貫穿課程設(shè)計(jì)，并以實(shí)驗(yàn)為著手點(diǎn)去安排實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的理論教學(xué)所需的內(nèi)容，也可以說是一個(gè)“因果”交替設(shè)計(jì).

3.1.1 從實(shí)驗(yàn)在物理問題中所處階段去設(shè)計(jì)教學(xué)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)在物理問題的產(chǎn)生到解決的過程所起的作用、出現(xiàn)的先后順序，準(zhǔn)確把握教學(xué)過程中不同實(shí)驗(yàn)所需要出現(xiàn)的位置，形成一條實(shí)驗(yàn)的主線設(shè)計(jì)，再將實(shí)驗(yàn)所引出的理論與之相對(duì)應(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)+理論+實(shí)驗(yàn)+理論+實(shí)驗(yàn)的基本模式去設(shè)計(jì)教學(xué).物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)基本按照問題的發(fā)現(xiàn)、探究、驗(yàn)證到應(yīng)用的順序，在這里介紹一種最常規(guī)的方式，課程的基本過程是：現(xiàn)象類實(shí)驗(yàn)引入→得出物理的概念→再通過實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律→得出規(guī)律與公式→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→講解相關(guān)物理知識(shí)的應(yīng)用.

主線：初階現(xiàn)象類實(shí)驗(yàn)+中階探究性實(shí)驗(yàn)+高階驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

例1：滬教版八年級(jí)上冊(cè)“2.3透鏡成像”

首先了解透鏡所要展現(xiàn)光學(xué)問題的研究過程，然后選擇典型實(shí)驗(yàn)，形成一條實(shí)驗(yàn)主線，然后把典型實(shí)驗(yàn)所要得出的需要在八年級(jí)階段講解的理論穿插在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后面，便形成了以下的教學(xué)簡例.

放大鏡點(diǎn)燃紙片的演示實(shí)驗(yàn)引入新課(初階現(xiàn)象類實(shí)驗(yàn))→舉出生活中其他透鏡例子，引出凸透鏡、凹透鏡的概念并介紹相關(guān)的物理概念→通過實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)透鏡與光源引導(dǎo)學(xué)生觀察凸透鏡與凹透鏡成像的規(guī)律(中階探究性實(shí)驗(yàn))→總結(jié)透鏡成像的規(guī)律→學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究凸透鏡成像規(guī)律(高階驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn))→并由此根據(jù)不同物距產(chǎn)生效果不同講解眼鏡、投影儀、顯微鏡等常用透鏡在實(shí)際生活中的應(yīng)用.

例2：人教版八年級(jí)上“第六章質(zhì)量與密度”

首先了解密度問題研究的物理過程，選擇研究過程中的典型實(shí)驗(yàn)，形成主線，然后把典型實(shí)驗(yàn)所展現(xiàn)的需要在八年級(jí)講解的理論知識(shí)穿插在對(duì)應(yīng)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)后面，便形成了以下教學(xué)簡例.

阿基米德測(cè)量皇冠真假的歷史故事引入新課(經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)故事引入)→舉出其他生活事例并引出密度的定義→通過探究性實(shí)驗(yàn)探究密度與哪些因素有關(guān)→得出密度公式與規(guī)律→學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)量物體的密度→簡介密度在實(shí)際生活中的應(yīng)用.

3.1.2 從實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度去設(shè)計(jì)教學(xué)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展規(guī)律，實(shí)驗(yàn)從一個(gè)理論研究開始到結(jié)束，一般是經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)儀器由簡單到復(fù)雜，技術(shù)水平由低到高，那么從這個(gè)角度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度去將實(shí)驗(yàn)編制成一條主線，并將理論融于其中.可以遵循：由生活化的儀器和現(xiàn)象引入(問題源于生活)→得出物理概念或基本知識(shí)→使用經(jīng)典常規(guī)物理儀器進(jìn)行規(guī)律探究(標(biāo)準(zhǔn)化探究)→得出物理規(guī)律及公式→最后通過基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論(高精度驗(yàn)證)→聯(lián)系實(shí)際(生活化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋).從這個(gè)角度便于把握實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合時(shí)正確選擇不同技術(shù)層次的實(shí)驗(yàn)在課程設(shè)計(jì)中的位置.

主線：生活化實(shí)驗(yàn)+標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)+基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)

例3：滬教版八年級(jí)下“5.2熱量比熱容”

首先按照物理教學(xué)目標(biāo)選擇不同層次的實(shí)驗(yàn)，按照主線順序?qū)?shí)驗(yàn)階梯設(shè)計(jì)好，然后將相對(duì)應(yīng)的理論知識(shí)穿插在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后面，便形成了以下教學(xué)簡例.

生活中海邊城市晝夜溫差較小引入→實(shí)驗(yàn)：相同質(zhì)量的水與沙插入溫度計(jì)蓋上蓋子，放置于保溫射燈下相同時(shí)間觀察溫度計(jì)變化，解釋課前引入的實(shí)際現(xiàn)象(生活化實(shí)驗(yàn))→引入熱傳導(dǎo)、熱量、比熱容概念→通過實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行比熱容與質(zhì)量、時(shí)間、熱量之間關(guān)系的探究實(shí)驗(yàn)(通過控制變量法操作，變量主要為不同光照時(shí)間、不同質(zhì)量的煤油或其他物質(zhì)、不同功率的照射燈，控制其他量，進(jìn)而得出對(duì)應(yīng)規(guī)律)(標(biāo)準(zhǔn)化探究)→得出比熱容的規(guī)律→采用DIS比熱容實(shí)驗(yàn)組合進(jìn)行精確地對(duì)應(yīng)關(guān)系研究(基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)驗(yàn))→進(jìn)而得出比熱容公式→講解比熱容在生活中的實(shí)際應(yīng)用(可以解釋課前沿海內(nèi)陸晝夜溫差的不同).

例4：滬教版九年級(jí)上“7.4并聯(lián)電路”

同樣的設(shè)計(jì)過程，在電學(xué)電路這部分也是適用的，首先按照物理教學(xué)目標(biāo)選擇不同層次的實(shí)驗(yàn)，按照主線順序?qū)?shí)驗(yàn)階梯設(shè)計(jì)好，然后將相對(duì)應(yīng)的理論知識(shí)穿插在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后面，便形成了以下教學(xué)簡例.

拆開的插排展示給學(xué)生其內(nèi)部結(jié)構(gòu)引入新課(生活化實(shí)驗(yàn))→引入并聯(lián)電路的定義→通過實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化儀器探究并聯(lián)電路的電路特征(經(jīng)典實(shí)驗(yàn))→得出相應(yīng)規(guī)律并得出相關(guān)物理公式→學(xué)生通過電腦模擬建立電路模型觀察串并聯(lián)電路的不同功效及特征并設(shè)計(jì)生活電路，保證學(xué)生安全(基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)).

從實(shí)驗(yàn)為主線的角度，還可以從很多方向去設(shè)計(jì)教學(xué)，以上兩個(gè)角度是與教材設(shè)計(jì)吻合度較高的兩個(gè)角度，當(dāng)然還有其他角度，不同角度會(huì)有不同的設(shè)計(jì)方案，比如操作主體角度，過程：教師演示實(shí)驗(yàn)→引入新課得出概念→學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)→掌握儀器使用→了解儀器的基本常識(shí)→小組合作探究→得出物理規(guī)律→介紹實(shí)際應(yīng)用→學(xué)生個(gè)體生活實(shí)驗(yàn)→解決實(shí)際問題.此不一一列舉.

3.2理論為主線的角度

理論為主線的角度強(qiáng)調(diào)以理論為著手點(diǎn)去設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，也可說是“果因”設(shè)計(jì).當(dāng)然依然遵循實(shí)驗(yàn)+理論+實(shí)驗(yàn)+理論+實(shí)驗(yàn)的基本模式去設(shè)計(jì)教學(xué)，但在設(shè)計(jì)的過程中需要優(yōu)先考慮所要講述的理論知識(shí)，然后根據(jù)所需的理論知識(shí)去匹配所需要的實(shí)驗(yàn).這個(gè)角度適合傳統(tǒng)以應(yīng)試為主的教學(xué)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型，基于理論尋找實(shí)驗(yàn)，通過交替式的模式，可以較快地在傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N適應(yīng)新課程要求的教學(xué)設(shè)計(jì).

主線：基礎(chǔ)理論+公式/規(guī)律+實(shí)際應(yīng)用

例5：高中《物理·選修1-1》“3.4法拉第電磁感應(yīng)定律”

首先從教材中選取所需講解的理論知識(shí)，形成理論主線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)+電磁感應(yīng)定律和公式+電磁感應(yīng)定律公式變式及應(yīng)用，進(jìn)而設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，形成以下簡例.

磁鐵劃過閉合線圈使連接的LED燈組亮起從而引發(fā)思考→引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定義(基礎(chǔ)理論)→通過影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的實(shí)驗(yàn)探究→得出電磁感應(yīng)定律和公式(公式/規(guī)律)→公式推導(dǎo)→得出電磁感應(yīng)定律變式并講解實(shí)際應(yīng)用(應(yīng)用).

4 結(jié)論

交替式的物理教學(xué)設(shè)計(jì)是建立在教學(xué)設(shè)計(jì)的共性之上，基于物理學(xué)教學(xué)的個(gè)性實(shí)驗(yàn)性而設(shè)計(jì)出的一種課程設(shè)計(jì)的模式，本模式還原了物理研究的原始過程，提供了一種可參考性的物理教學(xué)設(shè)計(jì)模板，可以使新手教師快速入手教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)理論角度為改革傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了方法，同時(shí)遵循物理學(xué)科的特征，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相融合，便于學(xué)生知其因，知其果，使學(xué)生能深入了解物理研究的科學(xué)過程，提升科學(xué)素養(yǎng).實(shí)現(xiàn)“授之以漁”的教學(xué)效果.

1 安金輝.伽利略的方法論思想:[學(xué)位論文].武漢：武漢大學(xué),2002

2 馮杰.中學(xué)物理課程與教學(xué)論.北京：北京大學(xué)出版社，2011

3 張傳燧.教學(xué)過程新論.教育理論與實(shí)踐,1995(03):14～17

DiscussiononPhysicsTeachingDesignBasedonIntersectionofExperimentandTheory

Liu Zengze Feng Jie
(College of Mathematics and Science，Shanghai Normal University, Shanghai 200234)

The new curriculum has put forward higher requirements for the physics teaching and the status of the experiment.In the background of this research, according to the requirements of the new curriculum, an alternative teaching method is proposed, which is helpful to the new teacher.Based on the characteristics of physics, under the guidance of the characteristics of physics, this paper designs a kind of experiment and theory which is designed according to the commonness of teaching design. From the two angles given examples, respectively, the experiment as the main line and the theory as the main line for teaching design, the purpose is to better understand and apply to the reader.

teaching design; alternation; theory; experiment

2017-02-28)

劉增澤(1993- )，男，在讀研究生，研究方向?yàn)閯?chuàng)新型課程、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M.

指導(dǎo)教師：馮杰(1961- ),男，教授，研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教學(xué)及大學(xué)物理教學(xué).