高中物理實驗學習策略體系的建構

高永昌 王斐

高中物理課程標準置“實驗和探究”于課程標準內容的首位，實驗不僅作為高中物理學、教的內容，同時也是學生提高科學素養的必要手段。

建構高中物理實驗學習策略體系是為高中物理實驗的學、教提供可參考框架，其目的是為有效地改善學生在實驗技能及認知分析上的不足，培養學生的實驗素養。該體系是以現代認知加工理論和物理學的科學研究方法為依據，結合高中物理課程標準對實驗知識、能力和素養等方面的要求建構。同時，作為學科學習策略，它既有體現實驗特征的觀察、操作、設計策略，又有元認知和資源管理等一般學習策略的參與。整個策略體系由實驗觀察策略、實驗操作策略和實驗設計策略三部分構成。元認知和資源管理策略作為輔助性策略，貫穿于每種具體的實驗策略之中。

一、 實驗觀察策略

1.實驗觀察中的元認知策略

（1）計劃：開始實驗觀察前，學生要為實驗觀察做足準備活動，例如：我為什么觀察、該觀察什么、應怎樣觀察等一系列問題的思考和準備。該過程的策略主要分為：①明確——即明確實驗觀察目的，確定實驗觀察的重點；②計劃——依據觀察目的確定實驗觀察方案；③選擇——即選擇觀察方法，如：對比觀察法、部分觀察法、整體觀察法等。

（2）調控：在觀察的實施過程中，學生要時時監控選擇的觀察方法及策略是否合適，并及時進行調整。

（3）評估：觀察結束后，對整個觀察過程進行反思，對該次觀察的計劃制定是否合理、選擇的方法策略是否合適等問題進行評估。

2.實驗觀察技能策略

（1）靜態觀察策略主要是針對物體（或儀器）外部形態或內部結構及實驗中的物理現象的觀察。主要方法包括：重點觀察法、整體——部分法、序列觀察法。

（2）動態觀察策略主要用于觀察物理現象發生及發展的整個過程或物體運動變化的規律。實施一般會按初始狀態——變化過程——最終狀態的流程進行。在整個實驗觀察過程中，還要敏銳地捕捉一些偶然、意外發生的現象。

（3）信息獲取策略指在實驗觀察中要積極調動多種感官的參與，必要時還要輔助儀器觀察，以獲取準確、詳實的信息。

3.實驗觀察中的認知分析策略

（1）分析加工策略是指運用比較、概括等方法對觀察獲取的信息進行去粗取精，突顯其本質；對比法主要有：異況對比法、異物對比法、異部對比法等。

（2）整合判斷策略是指調動頭腦中的原有知識及經驗，激活原有圖式，對觀察到的信息進行識別、判斷，探究現象的本質。

4.實驗觀察中的資源管理策略

（1）努力策略是指在觀察實驗中，既要發揮自身在觀察上的先天優勢，又要用勤奮來彌補自身感官的不足，用“觀察、觀察、再觀察”的努力策略來提高自身的觀察能力。

（2）手段管理策略是指充分利用視覺、觸覺、聽覺等多種感覺器官進行綜合觀察，當觀察范圍超出自己感官能力時，適時選擇利用科學儀器來輔助觀察。

（3）情感管理策略是指克服人為主觀認識對實驗觀察現象帶來的影響，如由于先入為主的經驗、理論及思維方法上的主觀片面性帶來的影響、因感官或心理因素造成的錯覺等，在觀察實驗時要客觀、真實地反映并記錄觀察到的現象，

二、 實驗操作策略

1.實驗操作中的元認知策略

（1）計劃：開始實驗操作之始，策劃整個實驗過程，在實驗知識、技能、心理等方面做足準備。它主要包括：①明確——即明確實驗目的、要求，實驗原理及方法，確定實驗類型；②策劃——依照實驗的原理及方法策劃實施方案，包含實驗儀器的組裝及調試、操作步驟、信息收集、記錄等。③準備——即準備實驗記錄用的筆、尺子、圖表、實驗報告冊等必須材料。

（2）調控：在實驗操作過程中，時時監控自己的操作，如發現實驗現象不明顯或與驗證結論不一致時，要探尋問題的原因（如儀器是否正常工作、自己的操作是否得當等），重做實驗。

（3）評估：操作結束之后，對整個實驗操作的過程進行反思。如：對計劃制定是否合理、實驗中操作是否正確、實驗記錄是否準確、詳實、數據分析及處理是否恰當、實驗報告的設計及填寫是否合理等問題進行思考和評價。

2.實驗操作技能策略

（1）實驗儀器的連接及調試——在進行實驗操作之前，學生要了解實驗儀器的結構、原理及使用方法，對實驗儀器進行正確連接，并進行檢驗和調整，以使儀器在實驗過程中能達到最佳的工作狀態。

（2）觀察記錄——在實驗操作中，學生要充分調動多種感官參與觀察，認真觀察實驗現象，尤其不能忽視轉瞬即逝的偶然現象，并如實記錄。

（3）儀器整理——實驗操作結束后，學生要小心拆卸實驗裝置，并把儀器調整至安全或原始狀態，原位放置。

3.實驗操作認知分析策略

（1）分析——運用列表法、圖像法等對實驗數據進行處理。

（2）整合——把分析獲得的信息進行有機的組合，得出結論。

（3）結論分析——對實驗結論的正確性、實驗中存在的誤差、實驗中出現的故障進行分析、總結。

4.實驗操作中的資源管理策略

（1）求助策略是指在實驗操作中遭遇困難時，向周圍的人尋求幫助的策略。例如，不同學生分工協作操作實驗，當儀器出現故障或實驗現象不明顯自己又解決不了問題，可尋求老師或者周圍同學的幫助等。

（2）情感管理策略是指在實驗操作中對個人情緒的調控，注重激發自身積極的動機，培養自身求真務實的科學態度。尤其在實驗操作不成功或者實驗數據不理想時，不放棄，調整情緒，認真分析問題原因，或求助于教師或同學。

三、 實驗設計策略

1.實驗設計中的元認知策略

（1）計劃：根據實驗設計的要求安排設計的時間、流程，預測設計的難點和重點，并要充分考慮自身設計的優勢和劣勢。

（2）調控：在設計過程中，時刻調控整個設計過程，例如，對設計材料的分析、判斷是否正確、實驗方案的確定是否合理、實驗儀器裝置及實驗條件的選擇是否符合要求、步驟安排是否合理等問題。

（3）評估：實驗設計完成后，要對設計的實驗進行評估。如：本次實驗設計選擇的實驗方法和原理的理由，它們適用于何種設計，是否還有替代性方案；實驗儀器裝置的確定及搭配是否合理；這次選擇的實驗設計策略是否有需要改進的地方等。

2.實驗設計的認知分析策略

（1）分析、判斷策略——應用于實驗設計之初。依據實驗設計的目的分析材料，找出實驗要解決的難點及重點問題；再調動頭腦中原有的實驗方法及實驗模型，與之要解決的關鍵性問題建立聯系，提供實驗設計的思維方向。常用的實驗設計方法有轉換法、再現法、放大法、比較法、平衡法等。

（2）確定實驗方案策略——依據對實驗要求的分析加以原有實驗方法和模型的比較，尋找多種實驗方案，最后確定一種最優的實驗方案。制定時要考慮實驗原理的科學性及可行性。實驗原理的可行性指：“物理原理是否正確，物理原理是否確切。”實驗原理的可行性指：“從儀器的制作、器材的選擇、實驗條件和操作等方面來看實驗是否成功。”

（3）實驗儀器裝置及實驗條件的選擇策略——依據實驗的原理及實驗儀器的性能、結構進行合理儀器選擇。選擇時應注意：①儀器裝置盡可能簡單、現象演示盡可能直觀；②依據實驗目的進行儀器精度的選擇；③實驗儀器的選材要滿足簡單性、容易性、經濟實惠原則。實驗條件選擇的依據主要有：實驗原理、誤差理論、儀器技術指標、理論圖線。

（4）確定實驗步驟策略——根據實驗原理、實驗誤差等條件考察實驗操作的步驟。明確確立每一步驟的道理、明了每一步驟所起的作用和它會產生的后果，明確每一操作的動作組成及操作規范，制定出合理的實驗步驟。

（5）確定實驗處理數據策略——選擇數據處理的方式時主要依據實驗誤差的影響，包括實驗的系統誤差、儀器誤差和實驗操作中的偶然誤差。處理數據的方式主要有：圖像法、表格法、解析法等。

3.實驗設計中的資源管理策略

（1）情感管理策略主要指在實驗設計過程中注重激發自我動機、調控自我情緒等措施的實施。尤其是設計遇阻時，不能氣餒，要積極調整心態，迎難而上。

（2）求助策略是指在實驗設計遇阻時對周圍一切可用資源（包括物力、人力等）的求助策略。如上網、去圖書館查找資料；和其他學生分組合作；尋求老師的幫助等。

參考文獻

[1] 葉寧.初中物理學習策略體系的構建和應用.教育科學研究，2001（8）.

[2]閻金鐸主編，陶洪.學科現代教育理論書系.物理.物理實驗論.南寧：廣西教育出版社，2007.