為理想之舟找到現實的航道

黃紅波

實驗在物理學中的地位如此重要，被尊為“物理學的基石”，甚至再給它冠上更多的溢美之詞仍覺不夠。實驗是物理人的情結，是物理人心中的理想之舟。然而，愛之深，責之切，對高中物理實驗的批評已久，小到教學，大到教育，各種林林總總的論調也是眾所周知的。本文無意有所褒貶，更不想怨天尤人，而是回到現實，從幾個具體問題著眼，通過對一些事的思考，試著和同行們一起為高中物理實驗這艘理想之舟找到現實的航道。

就物理實驗自身而言，其重要性不言而喻，然而，回到教學的范疇，就不得不將“理想”著陸到遵從學生心智發展特點和認知水平的“現實”，回到教育環境和教學條件的“現實”中來。我們需要回答高中物理實驗“為何而教”“教什么”“教成怎樣”這三個問題，也就是課程的目的和內容，以及教學評價。只有回答好了這三個問題，才能避免陷于空談或糾纏在問題的細枝末節上。

一、為人的終身發展而教

目前，對“為何而教”有較高的共識，簡而言之，大多認為物理實驗在高中物理教學中既是“內容”，也是“手段”，要讓學生掌握一些基本的實驗知識和實驗技能，同時，實驗也是課堂教學的重要手段，可以感性地切入課程內容。

我認為，物理實驗若為此而教，格調還不夠！教學服務于教育，高中物理實驗教學理應站在教育的高點，以人的終身發展為目標。在這一點上，物理實驗教學和理論教學的目標完全一致。

從人類發展的歷史來看，早在四五百年前，吉爾伯特和伽利略等一批科學家將實驗觀測和物理規律的研究結合起來，創造了實驗的科學方法。以具體問題具體設計、有目的地控制條件、對現實進行理想化、突出主要因素、進行定量化描述等為代表的核心思想，其意義大大超過推動物理學發展本身，它已經成為人類改造世界的一般意識形態。我們的學生，將來真正從事物理學研究的畢竟只占極少的一部分，實驗教學的視野應當是全體學生，在于激發其對大自然的好奇心，培養堅持真理、實事求是的價值觀，教會經驗與理論相結合的方法論。當更多的人喜歡上物理，懂得物理實驗的美妙，其思想精髓才會成為改造世界的利器，物理實驗才不會成為物理人把玩于高閣、自我清高的陽春白雪。

以人的終身發展為目標，也是現實的需要。高中生的生理和心理發育旺盛，好奇心重，這個階段所學，通常能決定其一生的行為習慣，實驗教學需要抓住這一黃金時段。進入新世紀，學生將肩負起中華民族偉大復興的歷史重任，國家建設在呼喚創新力量。高中物理教學有責任發揮其思想的獨特作用，為學生的終身發展打下基礎，將他們塑造成不僅樂于創造而且善于創造的建設者。這是時代對高中物理實驗教學提出的要求，也是理想之舟暢游的現實航道。

二、教會受用終身的思想方法

在課程標準和教材中，高中物理實驗的內容和要求都不如理論部分闡述得那樣明確，而且內容分散在相應的理論章節中，教師普遍感覺很難提煉出所謂的“知識點”從而做到有的放矢。其實，抓準了為人的終身發展而教的目標，教什么的疑問就不難回答。

從一則親身經歷說起。有個研究生來找我，說想買一只精度更高的電子天平，因為我們實驗室天平的精度才10mg，沒法稱出他所需2mg的硫酸銅。我出了一個主意，讓他先稱出10mg的硫酸銅，然后制成100ml的溶液，再取出其中的20ml，這不就是所需的2mg量嗎？！他大為驚訝，叫著說“這樣也行啊”。其實，這只是一個“測多算少”的辦法。這個思想方法就在高中物理實驗中，例如用打點計時器的紙帶計時，用油膜法測定分子的直徑。這些實驗大家都很熟悉，大多也會熟練操作。想來，高中讀完，哪還有實驗用打點計時器來計時，用油膜來測分子直徑的呢？可見，物理實驗要教會學生的不只是能操作幾個儀器，測準幾個量，或是驗證幾條定律，應該有比這些更重要的東西。我們可以體會到教材將物理實驗分散開的深意，是不希望教學的關注點局限在幾個具體的實驗中。正如1979年諾貝爾物理學獎得主史蒂文·溫伯格所說，“無人無所不知，你也不必知曉一切”。教師也不可能教會學生天下所有的實驗。高中物理實驗教學要服務于人的終身發展要求，可將重點落在三個層次：探究問題的通用規范、解決問題的科學思想和實驗研究的常見操作。

當前，教會學生探究問題的通用規范被嚴重忽視，實驗報告冊變成填空題，這是一個大問題。我看過幾份美國中學生的家庭作業，他們對一個問題的探究會從背景與現狀、研究方法、數據與分析、結果討論、結論等分層次寫得有板有眼，簡直就是一份完整的研究論文。規范最終成為習慣，進而影響到人的終身發展。現在的學生未來都將走向社會建設，由通用規范塑化在他們身上的科學特質和行為習慣，將投射到社會生活的方方面面，小到一份調查，大到一項工程，相信這種特質和習慣的裨益絕不是會做幾個實驗所能實現的。

現行高中物理課本收錄了不少很“美”的實驗，《物理學世界》在2005年評出的十個“最美的實驗”也大多收錄其中。例如“光的楊氏雙縫干涉”實驗，明暗條紋證實光能像波一樣相互干涉，從而打破對牛頓“光的粒子說”的迷信。更具啟示的是，一百多年后，約森幾乎是套用了這個實驗，成功地實現電子的“雙縫干涉”，直觀地揭示出粒子波動性的奧秘。驚嘆之余，我們發現物理實驗之美并不在于儀器的精良，也不在于能測準到小數點后更多的位數，而在物理思想的完美呈現，在以最根本和純粹的方式揭示出事物奧秘后所帶來的震撼。

美國教育大師杜威認為學習是在指導下的發現，而不是信息的傳遞。同樣，高中物理實驗教學中要始終堅持學生的主體地位，教師要設法釋放和助長學生對實驗的興趣和熱情，以課本實驗為載體，帶領學生將動手與動腦相結合，幫助他們在實驗中建構起物理思想的初級體系。這個初級體系或許很不健全，但最具有活力和延展性，是能產生與約森一樣偉大創造的基礎，能成為人的終身發展中取之不竭的財富。

當然，物理實驗不是空中樓閣，獨立使用實驗儀器、熟練記錄并處理數據等操作技能也不可或缺。一般教學比較強調操作的規范性和合理性，這完全必要，然而，也要防止由此產生的神秘感和教條化。朱正元先生曾經提出的“瓶瓶罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”是一個很好的做法。放低身段，就高中物理實驗而言，完全不必要糾結在實驗的“高精尖”上。要鼓勵學生多動腦，做實驗的主人，利用身邊現有條件嘗試一些簡易實驗和家庭實驗。2010年諾貝爾物理學獎鮮活地說明了這點。獎金得主海姆教授為了得到單層石墨烯，早在2003年就曾讓一位剛來的中國博士生用拋光機磨薄的方法進行嘗試，卻只能磨薄到1000層。有一天，他看到一位掃描隧道顯微鏡工程師用膠帶反復粘貼并撕開的方法清潔石墨表面，靈光乍現，經過近一年的反復嘗試，他用這樣的方法得到單分子石墨烯。方法看起來十分“土氣”，卻很管用。與海姆相比，中國博士生缺少了些什么？值得我們深思。我還清楚地記得，2005年高考命題時的經歷，專家們設計了一道實驗題，探究彈簧超過彈性形變范圍時的變化規律，準備驗證時，發現手邊根本沒有現成的彈簧，也沒有砝碼。于是，我們找來幾根電爐絲當彈簧，收集了十多只瓷杯杯蓋當砝碼。為了解決杯蓋質量不等的問題，我們用其中一只杯蓋做標準質量單位，定標了其他杯蓋的質量，最終很好地完成了實驗任務。雖然我們的實驗儀器看起來也很“土氣”，但是，通過恰當的實驗方法，同樣能實現實驗目的，而且收獲比按部就班的重復大了許多，也可謂是理想之舟的一次小小的暢游。

三、為了學生進步而評價

“考什么教什么”與“教什么考什么”的爭論似乎永無定論。在我看來，將實驗題當作實驗評價的標準，或將考題限制在課本實驗的具體內容里，兩種做法對學生的健康發展都有害。高中物理實驗的教學內容要比考試題的內容寬泛得多，而且有很多內容根本無法用紙筆考出來，例如展示實驗習慣、完成實驗報告、過程之間合作交流等。就算實行操作考試，也很難考查情感、態度和價值觀維度，更何況受場地和條件的限制，最終必將流于形式。一方面，如果教學抱有急功近利的心態，因此而減少教學內容，只會導致教育內容的狹窄化，弱化實驗教育為人的終身發展而教的功能，無異于竭澤而漁。另一方面，如果試題只考課本上那幾個實驗內容，勢必會加劇教學內容的狹窄化，可能造成教學的僵化，干擾教學目標的達成，使得該教的不教，落一個買櫝還珠的結果。“教”與“考”在教育中的角色不可分割，在促進人的終身發展的共同目標下，兩者融合產生評價。評價的目的是教學，是為了促進學生的進步；考試是評價的重要手段，但不是唯一手段。

俗話說“考考考，老師手中的法寶”，通俗地說明了考對教學的重要作用。在我看來，“考試”這個法寶不僅不能丟，而且要用好，要將其上升到評價的層面。現在，學生考試很多，從學期考到月考，甚至還有隨堂考，但對考試結果的報道和使用不夠重視，通常只有一行分數，最多再配上排名，不能不說是對考試資源的極大浪費。考試起不到評價作用，十分讓人痛心。為此，需要我們遵循教育原則，以高中物理實驗的內在邏輯為依據，應用教育心理學的方法，對實驗考查目標進行分類，使之滿足從考試到評價的升級。例如，江蘇省高考將實驗考查目標解析為兩大維度，共3個認知領域和4個實驗能力組成的12個子目標。從近幾年的考試結果看，學生對基本的實驗知識，例如儀器的操作和讀數、數據的記錄和處理等掌握得相對較好，而實驗技能遷移到解決新問題方面就比較欠缺，特別是理解實驗原理和評價實驗方案等方面很不足。實踐表明，我們需要更多地潛心研究，利用好每一次的考試結果，只有當它升級為評價，才能真正發揮其促進學生進步的力量。

用相對細致的目標分類對實驗教學進行評價，絕不意味著用同一個標準將學生塑化成同一個模樣。事實上，評價的目的恰好在于幫助學生認識自己，幫助他們富有個性地發展。教育家布盧姆說過：“沒有預料不到的結果，教學也就不成為藝術了。”我們沒有權利扼殺學生那些預料不到的結果，事實表明，許多偉大的發明創造正是來自于那些預料不到的結果。教師在演示真空玻璃管內的雞毛和銅錢同時下落的實驗時，有學生提出不同看法，認為僅將玻璃管抽成真空顯示兩個物體同時落下，還不足以說明落體速度與質量無關。他認為，同時下落的原因不排除玻璃管內還有其他未知因素，因此，需要看到未抽真空時兩物體不能同時落下才可以。多么深刻的見解！如果教師當場不容他發言，怒斥一番，物理思想的萌芽或許由此枯萎。

四、結束語

毋庸諱言，當前物理教學的確遭遇到了一些不利因素。我們不用灰心喪氣，更不能怨天尤人，應當相信物理人的聰明才智。多點學習，多點研究，真正地讓學生成為實驗課的主人，采用靈活多樣的教學手段，提煉出課本實驗的物理思想，改進評價手段。我們要站在大時代的頂峰，將高中物理實驗放到“為人的終身發展而教”的航道中，讓高中物理實驗教學融入到中華民族偉大復興的事業中去，這艘理想之舟一定能暢游。■

（作者系物理高考命題專家、博士，現為江蘇省教育考試院研究員）