物理實驗是處理預設與生成關系的最好舞臺

牛曉婷　徐才　吳俊林

摘要：預設性與生成性是課堂教學的二重屬性，處理好預設與生成的關系是有效和高效物理教學的關鍵。物理實驗是物理教學的一種重要方式和手段，也是物理學科的基礎和切入點，但是對于實驗在教學中的重要作用仍有一些教師認識不夠，不能充分地發揮實驗在教學中促進教學生成的作用。針對這一問題闡述了新課程對物理實驗作用的肯定與重視，物理實驗在教學中各個方面的重要作用，進而論述了物理實驗是處理預設與生成的最好舞臺。關鍵詞：物理實驗；物理教學；預設；生成；學生發展中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：1001-7836（2014）02-0089-03在物理學以及科學技術的產生和發展過程中，物理實驗自始至終都占有極其重要的地位。物理實驗可以創設各種教學情境，激發學生興趣，最重要的是它的“過程”的特點，尤其是學生實驗是最能體現學生主體性的方法，學生的物理實驗過程需要細心地觀察，結合實驗的原理進行思考時離不開積極的想象和思維，更注重的是實驗需要學生親手操作，去體驗感觸，從而增加直接的感性認識。學生在實驗過程中要進行各種不同的活動，在不同的活動過程中有不同程度的生成，還可以培養他們不同的能力，而且精彩的實驗必須是要經過精心科學的預設才能保證其效果，因此，物理實驗在課堂教學中為預設與生成關系的處理提供了很好的平臺。一、新課改對物理實驗在教學中的作用的肯定新課程的最高宗旨和核心理念是“一切為了每一個學生的發展”。《普通高中物理課程標準》指出，“實驗是揭示物理規律的重要途徑，是增強學生物理學習興趣的有效手段。”而在全日制義務教育物理課程標準中則指出：“物理課程不僅應該注重科學知識的傳授和技能的訓練，注重將物理科學的新成就及其對人類文明的影響納入課程，而且還應重視對學生終身學習愿望、科學探究能力、創新意識以及科學精神的培養”[1]。如果將物理實驗這種手段有效地與物理教學相結合，既可以滿足物理課程標準所提出的要求，又與新課程所提出的最高宗旨和核心理念相一致，可以實現多重目標。因此，認識到物理教學的重要作用，將物理實驗與教學有效地結合有重要的意義。二、物理實驗在各個環節中無可替代的作用

據統計，在現代物理學中大約有84%的知識與實驗有直接的關系，可以說物理實驗不但是物理學發展的基礎，而且在物理學的教與學的過程中也具有重要的地位。中學物理實驗教學能激發學生的興趣，讓學生了解物理實驗的重要思想并得到實踐，培養他們發現問題和解決問題的能力并由此提高創新能力。

（一）實驗使學生的興趣和注意力更加集中

興趣是最好的老師，有了興趣就有了內在的動力，可以收到較好的學習效果。 根據中學生的學習特點，我們知道他們持續注意的時間一般不超過20分鐘，因此，教師在上課時應該采用多種教學方法，以吸引他們的注意力。物理實驗，尤其演示實驗特別貼近他們的生活，可以使學生立刻精神抖擻，是物理教學中最有效的方法之一，并且每個學生都可以按照自己的理解與想法去觀察，遇到問題自己去解決，能最大限度地發揮他們的主觀能動性。有些學生雖然理論知識差，但觀察得細致，有些學生動手能力強，在實驗過程中，教師為他們提供展現自我的機會，這樣可以滿足學生動手操作、手腦并用的愿望；更重要的是，學生能在實驗中不斷體會和嘗到“發現”與“克服困難解決問題獲得成功”后的喜悅，從而提高興趣、增強信心和求知欲，進而熱愛物理學科，培養科學的素質和志向。因此，實驗為學生興趣的生成提供了平臺。

（二）實驗是物理教學的催化劑

物理實驗在某些方面對物理概念和規律的認識和建立，起著任何其他方式均無法代替的催化劑作用。也許沒有物理實驗學生也可以理解概念，認識規律，但是理解得不會那么透徹，應用規律的時候不會那么得心應手，因為感知是認識過程的第一步，沒有很好的感知，不可能有真正的認識，“眼見為實，耳聽為虛”，要順利改變學生的前概念必須通過親身直接感知、實驗觀察等一系列的實踐活動，才能獲得所研究物理問題的感性材料，實驗就為感性認識提供了舞臺。

1.物理實驗在物理概念建立中的作用

物理概念是將物理現象、物理過程經過思維抽象而建立的，而這個特殊的認識過程的第一步就是“感知”，沒有很好的感知，不可能有真正的認識。必須通過感知活動、實驗觀察等一系列的實踐活動才能獲得所研究物理問題的感性材料。學生通過觀察演示實驗或者親自做實驗都是獲得感性材料的過程。獲得了這些感性認識，學生在此基礎上就能更好地理解所建立的概念，生成自己的新的知識結構，思維也得以發展。所以，物理實驗是學生建立物理概念的基礎。

例如：在“怎樣描述速度變化的快慢”一節中，需要引出“加速度”的概念，加速度是一個非常抽象但是又非常重要的概念。它是聯系力和運動的紐帶，學好加速度就可以很容易地掌握牛頓運動定律。但是在實際的教學中，一線教師都覺得這節是個難點，教師教得吃力，學生學得也很吃力。那么在這一節的后面引入一個實驗——利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度。教師們都知道，在學生掌握了打點計時器的使用方法后，其重點在于如何對紙帶進行處理。在數據處理的過程中才能真正地體會加速度這個概念。在這個實驗中，不僅可以根據定義把加速度計算出來，學生自己也可以懂得勻變速直線運動在相等時間內速度的變化量是相等的一種加速度不變的直線運動。所以實驗的合理安排能夠將教學難點突破，使得一些重要的概念變得不再是“天書”，而是就在身邊，可以感受得到。

2.物理實驗在物理規律的形成過程中的作用

我們知道，物理學所表達的定律，絕大多數是用實驗探索得出來的，是通過大量實驗進行觀察，取得數據，然后加工整理，運用精辟的數學工具，將大量的數據上升才形成規律的[2]。物理規律反映了物理現象、物理過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律。它揭露了事物本質屬性之間的內在聯系，反映了運動變化的各個因素之間的本質聯系[3]。

在教學中，重視感性認識，使學生通過物理現象、物理過程獲得必要的感性認識，是形成概念、掌握規律的基礎。這種感性認識可以來源于學生的生活，也可以來源于實驗提供的物理事實。在教學中組織一系列有效的實驗，點撥學生的思維，使學生的思維處于激勵狀態，既能活躍教學氣氛，又能促進學生的思維活化，創設了良好的學習環境，有利于提高課堂效率。更為重要的是通過實驗能訓練學生的科學方法。比如實驗歸納法、實驗驗證法、真實實驗與理想實驗相結合法等等。只有使學生經歷和體驗獲得實驗結果的過程，學生才能對什么是科學、什么是科學實驗有較為深刻的理解，才能在實驗過程中感受到科學過程和科學方法的訓練，從而形成科學的態度、科學的情感和科學的價值觀。

例如：牛頓第一定律又叫慣性定律，簡單的一句話：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非在它上面的力迫使它改變這種狀態。然而它是經過兩千多年的歷史才正確回答了力和運動之間的關系。很多學生對這個定律的理解不十分透徹，但是他們幾乎全都對慣性有親身感受。只要教師稍加點撥（本來物理處于什么狀態，突然物體的哪一部分受力，而其他部分由于慣性要保持原來的狀態不變，因而會出現什么樣的情況。）學生對一切的相關慣性的解釋就水到渠成，舉一反三了。雖然慣性定律不能用實驗直接證明，只是將伽利略的理想實驗結合教師的講解過程中播放的“現代人做伽利略斜面實驗的頻閃照片”去感受知識。但是從這一節的學習中，學生深刻體會到物理學中的科學方法，“科學假設、理想實驗與合理推理”相結合的神奇力量。

3.為教學提供難得的問題資源

通過實驗驗證理論預言或假說的時候回答有時可能是出乎意料的，實驗事實勝于一切，其最珍貴的啟發性意義也在此。它的這種意想不到的啟發意義也會反映在做實驗本身的過程中，會發生一些意想不到的事情。因此說不僅是成功的實驗，就是失敗的實驗也會是個很好的教學契機。

科學實驗本身是一個嚴謹的科學過程，需要認真、嚴謹、實事求是、不怕困難、勇于進取的科學態度和精神。但是人們在科學探究的過程中，總是由于某些原因造成實驗失敗，如：實驗設備故障、實驗條件不適宜、實驗設計不合理、準備不充分或遇偶發事件等都是無法避免的，如果教師能對其正確引導和應用，合理歸因就可以將失敗的實驗作為一個很好的案例加以利用，甚至可以產生成功實驗難以達到的教學功能[4]。一個失敗的實驗本身就為學生提供一種情境、一個現實的問題，是一種很難得的教學資源，分析尋找原因的過程就是一個探究的過程，無論是否得到科學的實驗結論，只要經過認真的探索就都是有價值的[5]。同時，如果能意識到實驗不是一帆風順的，而學生又可以善始善終，具有不怕挫折、堅韌不拔的追求真理的頑強精神，從而能夠陶冶情操，鍛煉性格，培養良好的科學作風和科學精神，這樣實驗的價值就發散了，而且實驗也有助于訓練學生的科學實驗方法：人們總是在錯誤和失敗中成長得更快，教師如果能機智地利用失敗實驗教學，會產生意想不到的教學效果，并且對自己來說也是一次十分有益的職業成長體驗，有利于教學機智和實驗素養的不斷提高。

4.實驗中引進新技術使得物理教學更具有開放性

教學活動是通過一定的手段和工具來展開，這些工具的使用決定著教學活動的具體過程和組織方式以及效率等，可以說人類在社會生產與生活中創造出來的新技術和新設備，一直不斷地推動著教學活動的發展，它們是人類教學進步的重要動力，是教學效率和效果得以不斷提高的重要物質保證[6]。隨著社會經濟發展而不斷更新的教學設備不斷地優化著、提高著教師教學技術，利用新技術是新時代的教學特征，而學習新技術對應的也是教學發展的客觀需要。

當前物理課程改革更加突出實驗教學，要求實現實驗手段多樣化和現代化，物理課程標準也明確提出要重視將信息技術應用于物理實驗，加快物理實驗軟件的開發和應用[7]。

（1）信息技術的應用增強中學物理實驗的演示效果。中學生有獨特的認知特點，選用動畫、適當的文字、聲音等能夠刺激學生較多感官的因素的有機結合，使學生接收到更多信息，有利于發揮學生主動學習的潛能。信息技術中傳感器的引入可以說是物理實驗的重大變革，使得實驗的功能變得更加強大，從而將一些抽象的物理過程和概念直觀化、精準化，目前傳感器是物理實驗儀器很重要的部分，有了它們實驗在教學中的作用更重要。

（2）信息技術能提供豐富的物理實驗教學資源，引導學生自主學習。我國中學的物理教材往往只有一套，也就是說學生可利用的這一種教材資源是非常有限的。但是，當今社會已是一個信息無限膨脹的社會，如果學生的知識僅僅被困在課本上這一范圍，是很難適應當今知識社會的變化和發展的。因此，有必要為學生提供更直接、更便捷、更豐富的資源平臺，而信息技術手段就能實現這一目標，而且這些資源不是死板的、單一的，而是非線性的、聲色俱全的、交互性以及超文本形式的，可以滿足學生日益增長的需求。

（3）信息技術能為學生自我設計物理實驗方案、分析物理實驗數據提供幫助，從而提高學生的探究能力。做實驗的目的并不是僅僅讓學生記住實驗步驟和相關的結論，而比較重要的是能使學生體驗產生實驗結論的整個過程，讓學生對物理過程理解得更透徹。新技術不僅可以作為多媒體展示工具來使用，還可以做實驗的仿真模擬和某些比較抽象的物理過程的動態分析，在處理數據的時候，計算機可以實現學生手動無法完成的大量的、復雜的計算，可以使得信息處理更加高速化和智能化。這不僅能為有限的課堂節約時間，還可以從各個角度多層次地分析數據獲得更多的認識，為學生創新能力的培養奠定堅實的基礎。

但是需要強調的是，物理實驗教學與物理概念規律教學、習題教學、復習教學等其他教學形式相比，其最基本的特征在于突出反映它的實踐性，以及它自己所獨有的活動方面。實驗操作應該是學生思維下的產物與行為，是學生必需的，如果用信息技術完全代替，不僅學生，教師也會在行動上產生惰性，教師在思想上更不能紙上談兵，急功近利。

5.有利于發揮學生的主體性，培養他們的創新能力

中學物理實驗不僅僅指實驗室里的常規實驗，而是廣義的實驗，包括觀察、實驗、小制作、小實驗等活動。這些豐富的實踐活動給中學生提供了足夠的生動、形象、直觀、富有啟發性的感性材料，為他們進一步認知事物打下了必要的基礎。“非常規”物理實驗就是利用環境中“非專業化”的物理手段，不按固定方法和形式，人為控制條件，有目的地實施觀察與探索物理規律的實驗教學活動”[8]。它的實驗器材都是來自學生身邊的物品，具有簡易，低成本的特點。在中學物理教學中適當地引入“非常規”實驗，將有利于培養學生的創造性思維，使得學生將生活物理化，物理生活化。這是符合新課改的理念和要求的，也是中學物理教學改革的方向之一。另外，常規實驗（演示實驗和學生實驗）教給學生基本的實驗方法和技能，培養求實的科學態度，是物理課不可缺少的教育環節。然而，物理概念和規律的建立，光靠單一的途徑往往并不深刻，需要多方面，有時甚至是反面的措施，從不同的情境、不同的角度中領悟，才能有更深層次上的理解和掌握。非常規物理實驗正是基于這種考慮而設計和實施的。如果將非常規實驗和常規實驗有機結合使得優勢互補，即：“科學性與趣味性”相結合、“操作訓練與自主體驗”相結合和“實驗室資源與生活環境資源”相結合，能夠更加有效地培養學生的分析問題、解決問題的能力，是當前教育教學創新的重要方式。三、結語物理實驗可以最大限度地調動學生的自主能動性，激發學生的學習興趣，培養學生的各種能力。這是處理預設和生成的前提條件。另外，實驗之前所需要的種種設計和安排包括：原理的學習（問題的提出）、器材的準備、步驟的設計和注意的事項等等，都凸顯了預設的作用，而具體的實驗過程中可能會遇到無法預料的問題，處理數據時涉及到新技術的引用，而有的實驗要求學生自己設計，對實驗原理和器材的選擇是非常開放的，教師和學生對待這一系列問題的態度和方法體現著他們的智慧，這是利用實驗教學中的生成部分的體現。因此，實驗在中學物理教學中所具有的作用和地位是不可替代的。也正因為這些，我們可以說，物理實驗是物理教學預設和生成和諧相處的最好舞臺。參考文獻：[1]全日制義務教育物理課程標準[S].2005.[2]李珍呈.淺談物理實驗對物理規律教學的作用[J].物理教學探討，2006，（2）：19-21.[3]余勝華.在物理規律教學中實施實驗探究[J].考試周刊，2007，（22）：81-82.[4]顧厚根，朱鐵成.失敗實驗在中學物理教學中的運用[J].物理教學探討，2006，（9）：6-8.[5]朱俊.淺談新課程背景下的中學物理實驗教學[J].教育革新，2011，（12）：37.[6]朱慕菊.走進新課程與課程實施者對話[M].北京：北京師范大學出版社，2002：148-151.[7]彭耀.新課標下高中物理實驗教學探討[D].武漢：華中師范大學碩士學位論文，2008.[8]張偉，郭玉英.論“非常規”物理實驗的教學地位[J].課程·教材·教法，2007，（12）.