鄒 鵬

（河南省許昌高中，河南許昌 461000）

引 言

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)的重要手段，因而必須重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。21世紀(jì)的教育改革提出“信息技術(shù)與課程整合”，在這種教育理念下，我們既要繼承傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)秀內(nèi)容，又要結(jié)合科技發(fā)展不斷升級實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

一、問題的提出

隨著社會(huì)與科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)階段教育教學(xué)的需要和學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的需求，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一種基于計(jì)算機(jī)的集教育與信息技術(shù)于一體的新型教學(xué)工具，由傳感器（主要包含力、位移、溫度、時(shí)間、電流、電壓等多種）、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬多種物理場景，可以用多種形式處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[1]。

近年來各地應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的呼聲很高，但對兩種實(shí)驗(yàn)方式能否被學(xué)生所接受的研究并不多。筆者對第18屆126名高中學(xué)生（從高一入學(xué)到進(jìn)入高三的兩年內(nèi)）在部分物理實(shí)驗(yàn)中，使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方法和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的情況進(jìn)行了研究。

二、實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程是個(gè)體探究學(xué)習(xí)的過程，是從具體實(shí)物到抽象理論的過程。美國教育學(xué)家戴爾提出的“經(jīng)驗(yàn)之塔”的學(xué)習(xí)理論（圖1），將人類學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)按照從具體到抽象分為三大類十個(gè)層次，并用塔形圖進(jìn)行描述。

將該理論與兩種實(shí)驗(yàn)方式相對照，研究學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生的全程參與動(dòng)手能力，在做的經(jīng)驗(yàn)上效果更佳；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以其強(qiáng)大的圖像展示功能，在觀察經(jīng)驗(yàn)上表現(xiàn)突出；而抽象經(jīng)驗(yàn)指學(xué)生分析總結(jié)的過程，是由學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的程度以及個(gè)體思維能力差異等因素共同決定的。

圖1

三、研究方法

本研究采用問卷調(diào)查法進(jìn)行實(shí)證研究，調(diào)查表的設(shè)計(jì)重點(diǎn)參照了新大綱中對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)要求。問卷主要調(diào)查學(xué)生對兩種實(shí)驗(yàn)方式的興趣、參與意愿、對實(shí)驗(yàn)的了解、針對實(shí)驗(yàn)所做的準(zhǔn)備工作等。主要問題包括：（1）你對哪種實(shí)驗(yàn)方法感興趣；（2）你傾向于選擇哪種實(shí)驗(yàn)方法；（3）你為什么認(rèn)同所選的實(shí)驗(yàn)方法；（4）你為實(shí)驗(yàn)做了哪些準(zhǔn)備。

結(jié)合戴爾的“經(jīng)驗(yàn)之塔”學(xué)習(xí)理論，具體調(diào)查內(nèi)容包含：（1）你實(shí)際使用哪種實(shí)驗(yàn)方法；（2）哪種實(shí)驗(yàn)方法的展示效果好；（3）哪種實(shí)驗(yàn)方法更有助于總結(jié)抽象的物理規(guī)律；（4）你為什么選擇這種實(shí)驗(yàn)方法；（5）請闡述你對兩種實(shí)驗(yàn)方法的認(rèn)識等。

實(shí)驗(yàn)前后均發(fā)放126份調(diào)查問卷，均回收有效問卷126份。

四、結(jié)果分析

1.學(xué)生興趣與實(shí)際選擇的差異

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，首次實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)感興趣的比率高達(dá)94%，實(shí)際使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比率只有51%，后期試驗(yàn)中學(xué)生對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)感興趣的比率有所下降，但使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的比率卻下降迅速。

該對比結(jié)果反映出學(xué)生接受新事物的興趣和能力都很強(qiáng)，但實(shí)際使用實(shí)驗(yàn)方法的選擇受到多種因素的影響，其中包括：已經(jīng)熟悉的物理實(shí)驗(yàn)方法，對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)并使用的興趣與能力，出于對考試內(nèi)容的思考造成的實(shí)驗(yàn)方法的選擇等。其中學(xué)生反饋初中只接受過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。高中教師的反饋中則顯示，高中物理實(shí)驗(yàn)的考試內(nèi)容正逐步變化，不僅越來越重視學(xué)生的能力的考察，而且考試內(nèi)容開始涵蓋傳感器、數(shù)據(jù)處理等，但仍以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法為考察重點(diǎn)。所以學(xué)生大多數(shù)仍然選取了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法[2]。

2.學(xué)生對兩種實(shí)驗(yàn)方法接受與使用的差異

調(diào)查中還顯示，學(xué)生對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的方式遠(yuǎn)沒有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)熟悉，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中傳感器的使用，數(shù)據(jù)的處理方式等，學(xué)生要想熟練使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能需要前期的多次培訓(xùn)。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中各種儀器有其明確的用途，多數(shù)學(xué)生早已了解并能熟練使用。

同時(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)雖然場景和效果形象生動(dòng)，但缺失了實(shí)驗(yàn)操作過程。根據(jù)戴爾“經(jīng)驗(yàn)之塔”的學(xué)習(xí)理論，人類學(xué)習(xí)是從具體到抽象，從直接到間接的過程 ，也就是從“做的經(jīng)驗(yàn)”到“觀察的經(jīng)驗(yàn)”，最終到“抽象的經(jīng)驗(yàn)”的學(xué)習(xí)過程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)遵循了這個(gè)規(guī)律，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則直接從“觀察的經(jīng)驗(yàn)”到“抽象的經(jīng)驗(yàn)”，忽視了基礎(chǔ)“做的經(jīng)驗(yàn)”。這都是造成學(xué)生對兩種實(shí)驗(yàn)方法接受并使用存在差異的原因。

3.學(xué)生對兩種數(shù)據(jù)處理方法認(rèn)同度都很高

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式集數(shù)學(xué)運(yùn)算、物理分析、繪圖等多種能力的訓(xùn)練，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理則更為多樣化，而且方便、快速，準(zhǔn)確率還高?？梢哉f，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方式鍛煉了學(xué)生思維與動(dòng)手的能力，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方式則拓展了實(shí)驗(yàn)的寬度與廣度，訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散性思維。兩種數(shù)據(jù)處理方式的優(yōu)點(diǎn)都比較明顯，調(diào)查顯示學(xué)生不僅對兩種數(shù)據(jù)處理方式的認(rèn)同度都很高，而且希望兩者融合的意愿比較強(qiáng)烈。

4.數(shù)據(jù)中反映的其他問題

針對本次調(diào)查研究，筆者總結(jié)選擇差異的原因分為主觀與客觀兩方面。主觀原因是高中學(xué)生接受新事物的實(shí)用性與目的性更強(qiáng)，學(xué)生的選擇都繞不開考試與成績。因此在實(shí)驗(yàn)考試的內(nèi)容與模式?jīng)]有明顯改變的前提下，學(xué)生依然選擇以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法為主。客觀原因則是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)環(huán)境的調(diào)試、實(shí)驗(yàn)器材的選取與組裝、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析都是由傳感器和計(jì)算機(jī)完成的，學(xué)生除了前期連接傳感器、數(shù)據(jù)采集器外，只需要緊盯電腦屏幕點(diǎn)擊相應(yīng)的選項(xiàng)即可。學(xué)生沒有了親身的體驗(yàn)，數(shù)據(jù)得來不再辛苦，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中那種深切的體驗(yàn)感沒有了，物理規(guī)律的記憶也就不深刻。就如同現(xiàn)在方便快捷的網(wǎng)絡(luò)閱讀一樣，閱讀的數(shù)量上去了，閱讀的質(zhì)量卻在下降。

五、教學(xué)的建議

1.認(rèn)清差異存在的原因

筆者認(rèn)為學(xué)生對兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的選擇差異是不斷進(jìn)步的技術(shù)能力與多年不變的教育考試方式之間的不均衡發(fā)展造成的，隨著教育改革的不斷深入，兩者之間的不斷融合，差異也會(huì)逐漸消失。

2.揚(yáng)長避短，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜姘l(fā)展

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)著重“做的經(jīng)驗(yàn)”，卻不利于拓展學(xué)生的思維。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)著重“觀察的經(jīng)驗(yàn)”，讓學(xué)生獲得更全面和直觀的物理信息，但忽視“做的經(jīng)驗(yàn)”也就失去了“經(jīng)驗(yàn)之塔”中的基石。只有揚(yáng)長避短，充分利用兩種實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)合理規(guī)劃實(shí)驗(yàn)過程，才能使學(xué)生獲得更加深刻與全面的“抽象經(jīng)驗(yàn)”。

3.設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方法，促進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合

設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方法，在充分展現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，增加探索性與設(shè)計(jì)性，多方位拓展實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生充分利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)融合。

[1] 竺春陽,沈敬偉.高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的比較研究[J].物理教學(xué),2013,35(05):19-22.

[2] 張海濱.淺議數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)背景下自感現(xiàn)象的研究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí),2015,(05):4-5.