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        科技與人文融合背景下的中學(xué)物理設(shè)計型實驗的教學(xué)研究*

        2021-03-06 23:13:22蔣賽蒙沈振江
        物理通報 2021年4期
        關(guān)鍵詞:思維實驗評價

        蔣賽蒙 沈振江

        (海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 海南 ???571158)

        李宏

        (洛陽師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院 河南 洛陽 471000)

        1 引言

        設(shè)計型實驗以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力為目標(biāo)[1],是根據(jù)一定的實驗?zāi)康暮鸵?,利用所學(xué)知識和技能,設(shè)計制定完整的實驗方案,并進(jìn)行實驗的一種實驗訓(xùn)練形式,被視為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的有效途徑.

        科技是對客觀世界及其規(guī)律的求真認(rèn)知[2],人文是對精神世界的求善追求,兩者共同構(gòu)成了人們對世界的認(rèn)識.在教育方面,很早以前就有人提出科技與人文融合的思想,例如,以馬斯洛、羅杰斯為代表的人本主義認(rèn)為,在教學(xué)過程中,要以學(xué)生為主體,尊重學(xué)生的人格,充分發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī).現(xiàn)今素質(zhì)教育倡導(dǎo)要促進(jìn)學(xué)生德、智、體、美、勞全面發(fā)展,這正與科技與人文相融合的思想不謀而合.

        早在2001年,《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》中就提出:要使學(xué)生形成正確的人生觀、價值觀、世界觀,具有社會責(zé)任感,努力為人民服務(wù),具有初步的創(chuàng)新精神、實踐能力、科學(xué)和人文素養(yǎng)以及環(huán)境意識[3].物理學(xué)本身的求真、求實、尚理精神正是科技與人文融合的最好體現(xiàn).

        目前中學(xué)物理教育中[4],設(shè)計型實驗面臨著教學(xué)內(nèi)容占比較少、重視程度不夠、學(xué)生的訓(xùn)練程度不夠、教學(xué)評價不夠完善等問題,這顯然與學(xué)生全面發(fā)展的初衷不相符.從科技與人文相融合的角度出發(fā)[5],能夠從多方面對目前中學(xué)物理設(shè)計型實驗面臨的問題進(jìn)行全面、深入的剖析,并提出一定的解決方案,為解決問題提供新穎的思路.

        2 設(shè)計型實驗的特點及現(xiàn)存問題

        2.1 較大的開放性

        設(shè)計型實驗在實驗內(nèi)容和實驗形式方面具有較大的開放性,從最初的實驗設(shè)計到最終的實驗結(jié)果分析都需要大量知識的綜合運用.學(xué)生在實驗過程中必須要將之前所學(xué)進(jìn)行充分調(diào)動.此外,設(shè)計型實驗需要學(xué)生具備一定的綜合思維能力,甚至是一些突破性的創(chuàng)新思維才能夠完成.但這需要學(xué)生具備較強(qiáng)的基礎(chǔ)和能力,同時教師在實驗中進(jìn)行知識引導(dǎo)時,也需要教師自身具備較強(qiáng)的綜合素質(zhì).

        因此,目前設(shè)計型實驗在中學(xué)物理教學(xué)中所占比重較小,這會帶來多個方面的弊端:

        (1)學(xué)生創(chuàng)新性訓(xùn)練減少,不利于學(xué)生所學(xué)知識的綜合運用;

        (2)教師指導(dǎo)開放性活動減少,不利于教師綜合教學(xué)能力的提升;

        (3)單一固定內(nèi)容、形式的實驗內(nèi)容占比較大,難以形成知識融會貫通的良好氛圍.

        2.2 較大的不確定性

        設(shè)計型實驗由于其實驗者的主觀意識作用較強(qiáng),因此具有較大的不確定性:

        (1)實驗?zāi)繕?biāo)方面,設(shè)計型實驗往往是基于某個特定物理知識的驗證展開,在實驗?zāi)繕?biāo)的提煉中存在較大差異;

        (2)實驗原理方面,實驗原理是基于實驗?zāi)繕?biāo)進(jìn)行的設(shè)計,會出現(xiàn)很多的可能性;

        (3)實驗器材方面,實驗原理不同,實驗器材的選擇也會不同,此外也存在著參數(shù)范圍的不同組合;

        (4)實驗內(nèi)容和實驗表格方面,基于實驗原理,對實驗內(nèi)容和表格進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計,重難點的側(cè)重、步驟的順序、觀測量的選擇、方法的組合等都會存在較大差異;

        (5)實驗結(jié)果方面,實驗結(jié)果與實驗內(nèi)容直接相關(guān),但更為重要的是,獲得實驗結(jié)果后的結(jié)果分析才是訓(xùn)練的關(guān)鍵環(huán)節(jié),這一點很大程度上取決于實驗者個人.

        因此,目前設(shè)計型實驗在開展形式上缺乏一定的范式,造成教學(xué)中缺乏較為標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)和評價體系,大大制約了這一利器在學(xué)生能力提升中的作用.

        2.3 采用小組協(xié)作的形式來開展設(shè)計型實驗

        設(shè)計型實驗要想達(dá)到很好的訓(xùn)練效果,采取小組協(xié)作的形式來開展是比較好的.小組協(xié)作可以有效地組合每位成員的強(qiáng)項,不論在知識還是能力方面,都能夠達(dá)到迅速提升整體水平的效果.此外,在小組協(xié)作的交流過程中,每位成員能夠?qū)ψ约核簧瞄L的方面有直觀的認(rèn)識,對自己所擅長的方面也能夠獲得快速的反饋.

        但是,目前中學(xué)物理教學(xué)中,小組協(xié)作的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式仍較為欠缺,對學(xué)生而言,不能很好地熟悉和掌握這一學(xué)習(xí)方式,對教師而言,不能夠得到團(tuán)隊組合的教學(xué)把控訓(xùn)練.

        3 科技與人文融合背景下的教學(xué)原則

        3.1 理性思維和感性思維相結(jié)合

        教學(xué)活動離不開思維方式的選擇,從邏輯性方面來劃分,思維可以分為理性思維和感性思維[6].理性思維是指借助抽象思維來把握事物的本質(zhì)、事物的整體、事物內(nèi)部的聯(lián)系、認(rèn)識、特點,以抽象性與間接性為特點.感性思維是指借助形象思維,以生動、豐富、具體的形象來直接反映外界事物,和客觀事物直接聯(lián)系,幾乎無中間環(huán)節(jié),是對事物的各個片面、現(xiàn)象和外部聯(lián)系的反映.

        對于物理學(xué)來說,理性思維是主要的思維方式,但要想對知識有更為豐富、更為深入的理解,并獲得創(chuàng)造性的結(jié)果,那么感性思維也是必不可少的.歷史上,很多重大的物理發(fā)現(xiàn)都是從科學(xué)家對身邊事物的感性思維出發(fā)獲得的,“興趣是最好的老師”就是對這一現(xiàn)象的最好詮釋.從感性思維出發(fā),為了解決某個問題,進(jìn)而運用理性思維對現(xiàn)有知識進(jìn)行實驗和理論的設(shè)計,進(jìn)行研究獲得結(jié)果,這正是推動物理學(xué)發(fā)展的源動力.因此,在科技與人文融合的背景下,在教學(xué)中將理性思維和感性思維相結(jié)合,是取得突破的一個關(guān)鍵原則.

        3.2 跨學(xué)科研究方法的結(jié)合

        從科學(xué)發(fā)展的歷史來看,當(dāng)今所有的學(xué)科都是由最初的一門或幾門學(xué)科分化而成.每個學(xué)科都有自己獨特的研究領(lǐng)域,與之相對應(yīng)的多種研究方法也應(yīng)運而生[7].學(xué)科細(xì)化的優(yōu)點在于可以使人系統(tǒng)地、快速地精通某個領(lǐng)域,獲取相應(yīng)的專業(yè)知識和技能,但其弊端在今天也逐步顯露出來,特別是對于教育領(lǐng)域,那就是缺乏了對人才培養(yǎng)的全面把握和均衡發(fā)展.究其原因,不外乎是對內(nèi)容和方法的片面深入,而忽視了事物的整體規(guī)律.

        對中學(xué)物理教學(xué)來說,采取跨學(xué)科研究方法的結(jié)合這一原則進(jìn)行教學(xué),能夠起到取長補(bǔ)短、充分發(fā)揮不同研究方法優(yōu)勢的效果.首先,能夠避免單一學(xué)科的研究方法帶來的缺陷;其次,將多領(lǐng)域觀察得到的結(jié)論組合起來,能夠獲得對事物全面的、準(zhǔn)確的認(rèn)知.

        4 科技與人文融合背景下的中學(xué)物理設(shè)計型實驗教學(xué)改進(jìn)

        4.1 實驗教學(xué)內(nèi)容和形式方面

        (1)增加歷史上重要物理實驗的設(shè)計過程,創(chuàng)設(shè)情境,思考?xì)v史上物理學(xué)家在面對問題時的思維方式.歷史上很多重要的物理實驗都是為解決某個具體問題而進(jìn)行設(shè)計的,在實驗中既能充分體現(xiàn)物理知識的嚴(yán)謹(jǐn)性,又能利用發(fā)散性思維,采用創(chuàng)新的方法取得突破性的結(jié)果.這些內(nèi)容在設(shè)計型實驗的教學(xué)中都能以多媒體的形式向?qū)W生展示,讓學(xué)生直觀地體會真實的實驗設(shè)計過程.

        (2)增加實驗的可行性分析.設(shè)計型實驗是以完成某個目標(biāo)而展開的,在實驗設(shè)計的各個環(huán)節(jié)均要體現(xiàn)出邏輯性和科學(xué)性,并采用一定的方法,但對于中學(xué)生而言,這種設(shè)計往往不夠完善,容易被常規(guī)的物理解題思維和方法所禁錮,這樣的話實驗也未必會達(dá)到預(yù)設(shè)的效果.這就需要教師和學(xué)生在設(shè)計實驗時對實驗進(jìn)行可行性分析,從實驗學(xué)習(xí)的實際情況出發(fā)來對實驗?zāi)繕?biāo)、原理、器材、內(nèi)容、表格等進(jìn)行問題的發(fā)現(xiàn),并運用一定的方法來加以完善.

        (3)增加實驗結(jié)果的分析與修正,并進(jìn)行反饋驗證.實驗結(jié)果是實驗設(shè)計效果的直接體現(xiàn)和驗證,通常在未取得實驗結(jié)果的驗證之前,難以獲得較為完備的實驗方案.因此,有必要在最初進(jìn)行一定的試驗,取得初步試驗結(jié)果之后,對其進(jìn)行分析,并找出實驗的問題所在,從而對問題進(jìn)行修正,在修正之后再次進(jìn)行重復(fù)試驗,將二次得到的結(jié)果和初次結(jié)果進(jìn)行比對加以驗證,進(jìn)而確定最終的實驗方案.在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行實驗獲得最佳結(jié)果.

        4.2 教學(xué)評價方面

        設(shè)計型實驗由于其開放性,難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的評價,這也是設(shè)計型實驗開展較少的一個重要原因.為解決此問題,可以本著前一部分的教學(xué)原則,將跨學(xué)科的評價方法相結(jié)合,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行以下幾方面改進(jìn).

        (1)增加對設(shè)計型實驗的思維過程進(jìn)行多維度科學(xué)評價.學(xué)生作為具有獨立思想和人格的個體,其思維必然存在一定差異.教學(xué)中,不僅應(yīng)允許學(xué)生以自己的方式思考和解決問題,更重要的是,要尊重學(xué)生通過獨立思考所獲得的不同成果,尊重其中的合理部分,以此激發(fā)學(xué)生探索的欲望與學(xué)習(xí)的積極性.設(shè)計型實驗的思維過程本身就具有一定的發(fā)散性,因此,這里可以借鑒社會科學(xué)的評價方式.從思維過程的合理性、整體性、科學(xué)性、邏輯性、創(chuàng)新性等維度進(jìn)行分類評價,在制定評分標(biāo)準(zhǔn)時,對每部分的評分給予一定的分?jǐn)?shù)等級,每一等級界定一定的分?jǐn)?shù)范圍.以此將傳統(tǒng)的教學(xué)測量與教學(xué)評價相結(jié)合,從而達(dá)到對思維過程的科學(xué)評價.

        (2)增加實驗結(jié)果分析的評價.在實驗中讓學(xué)生進(jìn)行實驗結(jié)果的分析與修正,并對此進(jìn)行評價.采取同上多維度分類評價的方式,從實驗結(jié)果影響因素的提取與比重劃分、實驗方案改進(jìn)的準(zhǔn)確性、二次實驗結(jié)果與初次的比對、最終實驗方案的修正與完善等方面進(jìn)行評分.以此提高學(xué)生的科學(xué)實驗分析能力.

        5 結(jié)束語

        本文依據(jù)理性思維和感性思維相結(jié)合、跨學(xué)科研究方法相結(jié)合的原則,對中學(xué)物理設(shè)計型實驗教學(xué)進(jìn)行改進(jìn).通過增加歷史上重要物理實驗的設(shè)計過程、實驗的可行性分析、實驗結(jié)果的分析與修正,豐富實驗教學(xué)內(nèi)容.通過增加對設(shè)計型實驗的思維過程進(jìn)行多維度科學(xué)評價、實驗結(jié)果分析的評價,完善實驗教學(xué)評價.以此提高學(xué)生開展設(shè)計型實驗的積極性,促進(jìn)學(xué)生物理知識和實驗技能的提升,達(dá)到最終提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo).

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