中學生實驗反思能力培養的策略與實踐*

陳海濤

(蘇州工業園區星海實驗中學,江蘇 蘇州 215021)

“反思性教學”己經成為世界教育改革的一個重要方向.但是,我國目前的反思教學研究大多停留于理論層面,以介紹國外的研究成果居多,與我國具體教學情境相結合的研究較少,針對性和可操作性不強,尚缺乏有影響的適合中國本土特色的研究成果.更值得關注的是,目前研究反思對教師職業成長作用的居多,而從“學生角度”以培養學生反思能力的研究則鳳毛麟角.基于此,筆者于2011年申報了一項江蘇省教研室課題,選擇“實驗反思”為突破口,試圖為解決上述反思教學存在的問題做一些努力.下面簡要介紹一下我們課題組關于中學生實驗反思能力培養的研究與實踐.

1 相關概念的界定

筆者提到的“反思”,是指學生通過對學習活動過程的反思來進行學習,是學習者對自己的思維過程、思維結果進行再認識的檢驗過程.這也可以從元認知角度來考慮,人是積極主動的有機體,其主體意識監視現在、計劃未來,有效控制自己的思維和學習過程.學習并不僅僅是對所學材料的識別、加工和理解的認知過程,它同時也是認知過程的自我觀察、自我評價和自我調節的元認知過程.在反思性學習過程中,反思活動進行的愈全面、愈深刻,愈有利于學習者元認知水平的提高,學習者的潛能就易于激發,從而能全面提高學習者學習的主動性、整體性,學習會取得事半功倍的效果.

對學生而言,筆者認為“反思”既可以說是一種思維方式,又可以說是一種學習方法,或者說是一種研究方法.學生借助“反思”進行學習,符合新課程改革的核心:以學生為本,以學生的學為本,以學生的發展為本.

文中所提的“中學生實驗反思”,是指教師在教學過程中指導學生借助某些便于反思的策略,對所涉及的物理實驗通過“反思”進行再學習、再探究,比如指導中學生對實驗的原理、過程、方法、結果等方面采用“反思”的方式進行再學習.

2 中學生實驗反思能力培養的策略

如何培養中學生的實驗反思能力,這在我們的傳統教學中所見不多.為此,我們課題組在教學實踐的基礎上,研究了兩套便于教師指導學生實驗反思的策略.

第1套:常規性實驗反思策略.①反思實驗的目的、實驗原理、過程、方法、數據處理、實驗結果、實驗操作的技巧、誤差分析、自己實驗中的感受、存在的問題等,并將這些想法形成反思報告.②反思參與實驗的主動性和與他人的合作情況.

第2套:創造性實驗反思策略.①有無其他用途.即現有實驗還有沒有新的用途？或稍加改進能否擴大它的用途？②能否借用.即能否借用其他實驗的經驗？有無與過去實驗相似的東西？能否模仿點什么？③能否改變.即實驗的器材、步驟、測量方法、數據處理等能否作其他改變？④能否擴大.即實驗中能否增加什么？實驗的器材、步驟、時間、次數、溫度、壓強、質量、聲音、光照、長度、厚度等能否增加？實驗的附加價值能否擴大？⑤能否縮小.即實驗中能否減少什么？實驗器材能否再小點、濃縮、微型化、再低些、再輕些？實驗步驟能否再省略些？實驗裝置能否采取內裝？⑥能否代用.即能否用其他實驗原理、其他動力、其他場所、其他方法等取而代之？⑦能否重新調整.即可否更換部分實驗器材,用其他的型號、種類,用其他設計方案,用其他順序？能否調整速度？能否調整程序？⑧能否顛倒過來.即可否變換正負,顛倒方位？思考反向有何作用？⑨能否組合.即整套實驗器材、實驗方案是否統一協調,能否進行適當地組合？能否和其他實驗進行組合？其他人的實驗主張能否綜合？其他人的新實驗設想能否綜合？

對于第1套策略,是從常規方面入手,指導學生從不同的角度對做過的實驗進行常規性反思.教師指導學生進行實驗反思時,開始時要注意不能急于求全、求深,因為學生從接觸實驗反思到熟悉實驗反思,終須要有一個過程;而且學生真正進行實驗反思,就要認真地對自己的實驗過程進行批判和再發現,難度勢必高于普通的實驗過程,學生無法一蹴而就.低年級的學生進行實驗反思,其難度更大些,需要教師更耐心地引導和鼓勵.

對于第2套策略,是把創造學方面的知識引入到實驗反思中,旨在培養中學生的創新能力,對于有志趣的教師不妨一試.在指導低年級學生使用第2套策略時,要把策略中學生還沒學過的物理量名稱刪掉,減少學生的理解障礙.

3 中學生實驗反思能力培養的實踐

3.1 常規性實驗反思策略的實踐

我們以實驗反思能力相對較弱的初二學生為對象,研究他們在使用常規性實驗反思策略時的表現.以“蘇科版”8年級上冊第5章“測量紙錐下落平均速度”的學生實驗為例,紙錐(用紙折成的無底圓錐)自制,計時工具和測量工具自選,要求學生測量紙錐下落時的平均速度.

一般教學過程以學生測出速度為目標,而我們在學生完成該實驗后,引導、激勵學生使用“常規性實驗反思策略”進行反思,結果學生提出了不少問題.(1)刻度尺的量程要選大些,可以考慮使用皮卷尺,進行一次性測量長度,減小誤差;(2)用分度值較小的刻度尺和秒表進行測量,提高測量精度,減小誤差;(3)在沒有風的環境做,保證紙錐沿直線下落,所以做實驗時要把教室門窗關好;(4)增加釋放的高度,使紙錐下落時間延長,便于測量,從而減小誤差;(5)在紙錐下落同時要開始按秒表計時;(6)測量紙錐下落高度要準確,可以測量紙錐尖部的下落高度,測量時刻度尺要與紙錐尖部對齊;(7)增大紙錐的表面積或頂角,使其下落慢些,方便計時;(8)多次測量求平均值,但是要保證紙錐下落高度不變,否則測量有誤;(9)用先進的電子設備測量時間和高度,提高測量的精度,減小測量誤差.在使用先進的電子設備測量時間同時,把紙錐換成小鋼球,防止下落過程中紙錐不沿直線下落……

從該案例可以看出,只要教師引導適當,初二的學生表現也會“不一般”,通過實驗反思,他們可以對實驗的過程認識得更深刻,學生的“自主性”、“探究性”都能通過反思得到發展.我們發現“常規性實驗反思策略”同樣能提升高中生實驗反思的質量.在日常教學中,教師引導學生進行實驗反思的機會太少,所以教師很少能看到學生的“不一般”;另外,我們對學生的評價中,涉及到評估實驗反思能力方面的評價也太少,對學生的激勵不夠、引導不明.所以大家普遍覺得中學生的實驗反思意識還很淡薄、實驗反思能力也很欠缺.難能可貴的是,現在有部分中考或高考試題,對學生的實驗反思能力在進行引領性的嘗試,比如讓學生評估實驗中的不足、提出改進措施等;還有的教材也在嘗試引導學生進行反思學習,比如新版的“蘇科版”物理教材在部分章末“知識梳理”中,嘗試著提出一些問題啟發學生進行反思.怎樣增加“實驗反思”在教學中的比重,仍是一個既有“魅力”卻又“任重道遠”的話題.

3.2 創造性實驗反思策略的實踐

我們也以初二學生在剛剛學習物理不久后使用創造性實驗反思策略為例.在初二學生剛學習聲音的產生后(“蘇科版”初二物理教材第1章是關于“聲現象”的.之所以選擇此時、此簡單內容,就是為了表明“創造性實驗反思策略”的可行性、易行性),筆者就成立了幾個學生小組進行了實驗,筆者先為學生講解了“創造性實驗反思策略”(學生還沒學過的一些物理名詞要回避),然后立足課本中顯示聲音存在的小實驗,向學生們提出了要求:你們還可以怎樣顯示聲音的存在？

經過一段時間的探究后,學生們興致勃勃地提交了探究成果.(1)用一個封閉的器皿,裝有泡沫(紙屑),放在音響上.改變聲音的響度,可觀察到響度越大,泡沫飛起的高度越高.(2)用手緊貼著音響,感受它的振動.(3)將一個兩端開口的圓柱形物體放在燃燒的蠟燭旁,把圓柱體的一頭用塑料薄膜封起,另一頭對準蠟燭.拍打薄膜,會發出聲音,并可以觀察到燭焰會隨之晃動.(4)把喇叭對著塑料膜吹,觀察塑料膜的振動情況.(5)在水中加1～2滴墨汁,不要攪拌,便于觀察.然后在水中敲擊音叉,觀察水面的波紋情況.(6)將牛奶倒入碟子中,把鐵絲的一頭插在牛奶里,鐵絲地另一端用手捏住,再用手指彈動鐵絲,可以聽到鐵絲發出的微弱聲響,看到牛奶表面有波紋.隨著聲音響度的減弱,波紋也隨之減小.(7)在音叉邊掛一個小球,使小球緊貼音叉壁,觀察音叉發聲時小球彈開的遠度.(8)用細絲吊著激光筆,用喇叭對著它吹,觀察地面上光斑晃動情況(該學生不僅做了該實驗,還從記錄的光斑圖形上發現了一個規律).(9)把石頭投入水中,隨著“撲通”一聲會看到水面的波紋.(10)在聲源處涂抹上肥皂,隨聲音變化吹出不同泡泡.(11)將發聲口對準一盆水,聲音的響度會使水紋成為一幅圖畫.(12)放幾個小喇叭在幾根蠟燭周圍,讓這幾個蠟燭燃燒,讓音響在不同時間下分別開關,蠟燭也會跟著起舞.(13)在音響上裝上一個管道,管道內存有可燃性氣體甲烷.音箱內音樂的高低會促使管道內氣流的變化,火焰也就隨著高低發生變化.(14)用電子話筒將聲音轉換為電信號,然后用電子軟件(Goldwave等)編輯成軟件系統使其成為一幅電子圖像.(15)可用千千靜聽等播放器,可以用不同的形式顯示出頻譜,可以看出聲波的存在(需要手機或計算機及下載相應軟件).(16)使用電腦軟件捕獲正在發聲的聲源并把它顯示出來.(17)用高速攝相機拍下并觀察發聲物體振動的瞬間.(18)用醫生測心電圖的儀器顯示聲音的存在.(19)開發一套聲波軟件,根據不同人的聲音不同識別對應的人,用在保密場所.(20)能否收集和利用噪聲對水加熱或者用來發電？

學生的探究成果很令人詫異,他們在“創造性實驗反思策略”的啟發下,把他們想到的、聽到的、看到的、搜到的、咨詢到的,全部用了起來,遠超出了大家對“初二”學生的預期.沒想到一次“實驗反思”任務,引發了學生井噴式的回應.從學生的反思成果中可以看出,其成果極具個性化,在不同環境中成長的孩子,由于視野不同、興趣愛好不同,他們的反思取向也不同,反思質量也有所不同.例如想到用電子軟件(Goldwave等)顯示聲波存在的孩子們,平時早就有iphone手機,有意無意中就了解到相關軟件的功能,等到用時則水到渠成,致使他們提出的方案也與眾不同,往往質量也會高些.所以,教師在教學中如果能引導學生關注科技、跟上時代步伐,必將很有意義,這和初中物理新課標中提出的“關心科技發展”也是相一致的.總之,借助“創造性實驗反思策略”,讓學生經歷了一次很好的創新之旅.誰說中國的孩子創新能力不足？看來只是我們沒提供肥沃的土壤罷了.

對于高中生,筆者也做過研究.讓某個班級的高中生學習“創造性實驗反思策略”,然后讓他們對實驗進行反思,結果許多學生就好像打開了潘多拉魔盒,一下子提出了許多新的問題.比如指導高中學生“用插針法測定玻璃磚折射率”時,學生受“創造性反思學習策略”啟發,提出了諸多問題:實驗中大頭釘插得不豎直會帶來誤差,怎么改進？實驗中使用木板大頭釘不易插,怎么改進？實驗時怎樣防止玻璃磚移動帶來誤差？玻璃磚質地不均勻會帶來什么后果？能否利用“插針法”測量其他形狀玻璃磚的折射率？能否利用“插針法”測量液體的折射率？能否用細激光束代替大頭釘？能否用3根大頭釘測玻璃磚折射率？能否用兩根大頭釘測量呢？在測量時能否不用量角器呢？為什么在長方體玻璃磚的直角一側看另一側的東西,怎么也看不見？能否用玻璃磚來分離白光呢？……在學生提出的諸多問題中,有的是教師事先可以預見到的,但很多是富有個性或獨特的問題,早已超出教師的想象.由此可見,學習和應用“創造性反思學習策略”,確實能打開學生的思路,使整個實驗過程充滿開放和想象.還值得一提的是,教師在此基礎上往往可以讓學生展開二次探究,培養學生的創造力.就拿“測折射率”實驗來說,有的小組在此基礎上想出了如何改進實驗裝置,例如有的學生提出將實驗中所用木板改為一塊有磁性的平板,這樣可改進在木板上做實驗時插不直的缺點……;有的小組在此基礎上對測量方法進行了創新或遷移,例如“三針法”測量玻璃磚折射率或“兩針法”測量玻璃磚折射率,利用插針法測量液體折射率……;有的小組甚至發現了一些很特殊的問題展開了討論,其討論的結果常常讓教師非常驚喜.實踐證明,當學生學會和應用“創造性反思學習策略”后,對培養學生的創新意識和創造力起到了推波助瀾的作用,就好像“催化劑”一樣,使學生在探究過程中提問的能力明顯提高,反思意識明顯增強,創新成果不斷涌現.學生的不少想法,明顯受到“反思策略”的影響,在猜想、設計實驗和收集證據這些重要環節上,較他們以往的表現都有所突破,其中不乏創新之舉.有的想法雖然不盡完美,但卻富有個性、很有創意.

在測量人的反應時間等實驗中,筆者同樣證實了“創造性實驗反思策略”對培養高中生創新能力的有效性.

4 結束語

經過一段時間的研究,我們通過“實驗反思”的案例可以發現,教師通過引導學生使用“實驗反思策略”,讓學生對他們所經歷的實驗過程中遇到的各種過程或問題進行評價、批判和再次深入探究,可以使學生對實驗的整個過程認識得更深刻,可以促進學生實驗綜合能力的提升.久而久之,還可以讓學生形成反思的習慣,可以使學生的批判思維能力、發散思維能力和創新思維能力得以發展.同時還有利于中學生產生濃厚的實驗探究興趣,形成勇于求真的科學態度,更深刻地掌握物理思想,更多地、更靈活地掌握物理方法和技巧.“實驗反思”可以更好地促進學生成長.

1 熊川武.反思性教學［M］.上海:華東師范大學出版社,1999:92－108.

2 靳玉樂.反思教學(1版)［M］.成都:四川教育出版社,2006:155－219.

3 陳海濤.關于實驗反思的實踐與研究.物理實驗.2006(7):23－26.