讓“實驗之花”在以學為中心的土壤中怒放

呂德明

教學包含“教”與“學”兩個方面，無論是“教”還是“學”，其主體都是學生。而學生獲取知識需要載體，實驗則是物理教學中最有效的載體。本文從以實驗為中心的“引路人”、“鋪路人”、“同路人”三個視角闡述實現這一目的的具體方法。

在土壤中播撒下一顆種子，用心去澆灌，靜待開花結果，親手摘下果實，體驗收獲的樂趣。這或許是每位學生所向往的教育，然而現實中我們卻看到這樣一些不和諧的現象：“到了周五歡天喜地，每逢周一唉聲嘆氣”；“學生學得苦，教師教得累”；“高喊素質教育之口號，狠抓應試教育之利器”。這些都離開了學生主體活動的教學本質。教學從本質上說是一種“溝通”與“合作”的活動。在中學物理課堂教學中，學生通過實驗能獲得最典型、最真實的感性認識，并結合思維活動順利地形成理性認識。它不僅使學生在獲取知識和方法上少走彎路，更使學生各種能力得以和諧發展，是實現以學為中心的課改之陽光大道。

一、以實驗作為以學為中心的“引路人”

新課程理念強調：尊重學生的經驗，發展學生的個性。這就要求我們充分體現學生的主體性，把學生從大人世界的控制下解放出來，把學生的教育交到學生的手中。充分利用實驗情境激發學生的求知欲，可以指引學生走上自發探索未知知識之路。

1. 創設情境，給學生指路?？涿兰~斯曾指出：“一切知識都是從感官開始的。”新奇的實驗能營造出一種使學生躍躍欲試的氛圍，在參與實驗的過程中，學生不但感受到了學習的樂趣，更能指引學生主動地學習新知識。

案例：《指南針為什么能指南》一課。在塑料盆外粘一枚圓形磁鐵，在盆內注入水。放一艘內部裝有同樣磁鐵的小帆船，使兩枚磁鐵的磁極反向，請一位大家公認的肺活量最大的同學來吹這艘帆船，結果船紋絲不動；接下來請一位瘦小的女生來吹，事先取下盆外的磁鐵，結果船輕松被吹走。接下來取出兩枚磁鐵道破玄機：因為磁體有兩個磁極，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。通過實驗化的情境創設，引發了學生認知上的矛盾。把磁極之間的作用規律通過趣味化、具體化的實驗呈現出來，幫助學生理解知識，這樣就可以把枯燥的知識變得有血有肉，調動起學生的興趣，促使他們愿意向探索物理問題之路邁進。

2. 合理延伸，給學生帶路。實驗情境可以激發學生的學習興趣，但是如果情景過于單一，學生的興趣就會減弱。如果把實驗情境適當地延伸，創造出一個新的情境，情境間相互聯系、環環相扣，學生的學習興趣自然得以保持，思維自然得以高度活躍，有助于事實性知識從感性認識轉向理解應用。

案例：《磁懸浮列車》。通過上面實驗化的情境，學生們的學習動機被調動起來。如果學習興趣不能被維持、強化，就會降低他們學習的效率。因此，在磁極間相互作用規律的教學中，繼續通過如圖1實驗加深對這個知識的應用。問題1：你們能用環狀磁鐵使另一個相同的磁鐵浮起來嗎？通過這個問題學生們明確要做什么，并接下來動手實驗理解磁極間作用規律。問題2：你能通過圖片解釋磁懸浮列車為什么能浮起來嗎？如圖2分析，磁懸浮列車的基本原理就是同名磁極相互排斥。但是列車所使用的磁體不是實驗室使用的永磁體，而是一個可控制磁性存在以及可以改變磁極方向的電磁鐵。列車利用磁體懸浮起來，阻力減小，但并不能因此而前進。問題3：列車為什么能前進呢？如圖3所示：列車前進的動力也是來自于磁極間的相互作用，前進既利用了異名磁極相互吸引，也利用了同名磁極相互排斥的原理。列車的電磁鐵通過分段排列處使列車總是受到向前的力的作用，這樣動力就源源不斷地促進列車向前奔馳。問題4：電磁鐵是如何實現一直促進列車前進的呢？此問題不需要學生馬上解決，通過這個問題讓學生意識到自己知識面的不足，為后續學習埋下伏筆。通過這些連續的情境，可以引導學生的思維向如何解決問題的道路上邁進。

二、以實驗作為以學為中心的“鋪路人”

學習科學知識的道路不會一帆風順，總會遇到各種障礙。當學生遇到困難時，利用生活化的實驗情境可以掃清知識障礙，鋪平求知的道路。學生在實驗情境中暴露原有生活經驗的不足，通過主動猜想假設修正原有經驗，最終驗證新猜想假設的合理性。通過一系列的實驗鋪平主動建構知識的道路。

1. 善于觀察，幫學生清路。蘇霍姆林斯基說過：“觀察對于兒童之必不可少，正如陽光、空氣、水分對于植物之必不可少一樣。在這里，觀察是智慧最重要的能源?！碑攲W生的思維遇到障礙時，通過實驗為學生提供觀察的平臺，可以為知識的獲得掃清障礙。

案例：《液體壓強》。對于液體壓強產生的原因大多數學生似懂非懂，如果在此處引入實驗，讓學生有真實的體驗，就可以使學生的思維豁然開朗。因為學生剛學完固體物質的壓強，對于液體壓強的學習，他們一般是把知識建構于固體壓強之上。為此，在本節教學中可以引入這樣一個實驗：先把一塊冰放于燒杯中，首先請學生分析燒杯中的冰對于燒杯底有沒有壓強。對此問題學生一般不會有太大的疑問，都能肯定冰塊對燒杯底的壓強P=F/S。接下來問學生冰塊對于燒杯壁有壓強嗎？這個問題學生也能解決，因為冰不接觸燒杯壁所以沒有壓力、更不會有壓強。此時，如果留給學生觀察冰融化的時間，讓他們仔細觀察冰融化成水時向周圍流動的現象。之后追問現在水對燒杯壁有壓強嗎？這樣液體壓強產生的原因就會順其自然的得出，因為液體受到重力具有流動性。在學生的頭腦中，液體壓強中的液體就像平靜的湖水，他們的頭腦中只有靜態的感受，缺乏流水潺潺、波濤洶涌的動態遷移。因此，引入實驗可以使他們通過觀察來重新認識液體的流動性，從而掃清思維障礙。

2. 勤于動腦，幫學生鋪路。建構主義教學論強調：“在萬不得已的情況下，一門課程的核心內容允許被固定，但應留有較大的允許改變和補充的空間?！闭n本對于學生而言是一種重要的資源，但并不是唯一的資源。課本中的各種實驗雖然具有典型性，但是對于學生而言并不一定親身經歷過。如果通過實驗創設一種親身經歷的活動，知識在實驗情境中被具體化，學生的主體性就會得以充分發揮，從而為知識的獲取鋪平道路。

案例：“拔河比賽”增大與減小摩擦力的方法。第一關：“誰與爭鋒”，在操場上先選擇一個班級公認的大力士作為擂主，讓班級派任意一位男生代表與擂主進行拔河比賽。第二關：“我變我變我變變變”，讓擂主換上旱冰鞋后繼續同上一位同學比賽。第三關：“誰說女子不如男”，讓穿上旱冰鞋的擂主，再在班級中選擇一位女生與擂主進行比賽。在第一關中擂主輕松獲勝，在第二關中擂主卻奇怪地輸給了同一位男生，第三關中更是不可思議地輸給了一位女生。比賽結束后，讓“失敗的男生”講述失敗的原因，也可以讓“勝利的女生”講述成功的秘訣。從游戲中學生們獲取了拔河比賽勝利的秘訣，就是摩擦力的比拼；以及減小摩擦力的一種方法，那就是變滑動摩擦為滾動摩擦。通過游戲的形式既能豐富教材內容，使知識更加具體，同時也能充分調動學生的情感，使學生學會主動參與知識的建構，意識到正確使用知識的價值，變被動學習為主動參與，為學習知識鋪設道路。

三、以實驗作為以學為中心的“同路人”

實驗是學生學習過程中的伙伴，和實驗同路可以更好地發揮實驗的載體作用。通過實驗他們主動參與到知識建構的過程中。通過實驗體驗、反思，增強學生的動手能力和對知識的深入理解。最終，使實驗成為他們學習道路上的助推器。

1. 體驗合作，拓學生思路。著名教育家贊可夫有句名言：“教會學生思考，對學生來說，是一生中最有價值的本錢。”在教學中，促進學生物理思維的發展是我們永恒不變的追求。我們首先可以讓學生充分表達自己的思維，然后通過同學討論完善學生的思路，最后通過學生的再認識拓寬他們的思路。

案例：《牛頓第一定律》。本節課要幫助學生解決力與物體運動的關系。2000多年來，人們在對生活的觀察中得出了一個錯誤的結論：力是維持物體運動的原因。這個思想可謂是根深蒂固。因為我們在現實生活中，不可能使物體處于不受力的作用。要解決這個問題，我們只有通過實驗使學生獲得可靠的事實，再加以科學的推理才能得到力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。這時我們可以由學生的認知，作為實驗的生長點。給學生一個小車，讓他們使小車在水平木板上運動起來。如圖（4）所示，在起點A處施加外力使小車運動到B位置，如果在B位置突然撤去外力，我們可以觀察到小車最終將停止運動。此時分析AB段物體運動的原因：是因為推力的作用。與AB段對比，BC段不受到推力作用，并最終停止運動。如果想要使小車在水平木板上一直運動下去，就必須持續給小車施加外力。這樣學生的錯誤思維就可以暴露出來。通過小組的討論可以得出小車最終停下來的原因是受到了阻力，緊接著進行追問：如何維持小車在水平木板上運動得更遠甚至一直運動下去？通過組內的探討，學生明確了要做什么。因此，有針對性地展開討論，并最終得出想要走得更遠甚至一直運動下去，就必須減小阻力甚至使阻力消失。在現實生活中阻力消失是不可能實現的，因此，我們就只能通過減小阻力來研究力與物體運動的關系。因為學生是獨立存在的具有思想的人，每個人因為掌握知識的不同，思維的廣度往往具有局限性。所以，通過小組內的合作討論，可以化解學生的歧路，讓學生少走彎路，并最終拓寬學生的思路。

2. 體驗成功，伴學生同路。在猜想得到驗證的過程中，學生們能體驗到成功的快樂。利用學科知識的魅力變被動接受為主動需要，學習的過程不但獲取了知識，而且豐富了他們的精神世界。這樣動手實驗就會成為他們自發的行為，實驗也就成為了他們獲取知識道路上的同路人。

案例：《牛頓第一定律》。通過上面的實驗，學生的思路被打開。他們必然需要相應的實驗器材來驗證他們的猜想。這樣實驗器材的出現就變成了學生的需要，而不是教師強加給他們的學習任務。在學生進行實驗方案的設計時，學生們會遇到控制變量這一難題。此時，將學生的困惑作為實驗的分化點。首先，分析實驗的目的是研究小車的運動與受到阻力的關系。這樣，實驗中的變量就體現出來了。其次，如何獲得相同的初速度。通過學生對實驗方案的展示，其它組就會提出質疑。例如，有的學生提出用相同的力推。其他同學就會質疑你如何保證力的大小一致。通過不斷質疑，學生們自然就想到不人為地使物體獲得初速度。可以讓小車從同樣的高度自由滑下。又如，該實驗的觀察對象是什么？有些同學認為是速度，有些同學認為是小車運動的距離。此時，可以引導學生比較哪個物理量更容易測量，這樣就排除了實驗中的所有困惑，讓學生們體驗到設計實驗方案的樂趣。在最后的實驗中，他們就會更加投入，這時回過頭來重新分析小車在AB段BC段運動狀態為什么改變，學生們就會順利地利用實驗得出：力是改變物體運動狀態的原因這一規律，體驗到成功帶來的喜悅，從而維持和發展了他們對于實驗的喜愛，使實驗真正成為他們求知路上的同路人。

總之，讓我們澆灌“實驗之花”，讓它在以學為中心的土壤中怒放。因為，學生在實驗的教學中是疑問者、探索者和發現者，他們完全成為獲取知識的主人。他們在實驗的情境中愿意學習；知道學什么；體會到應該怎么學；檢驗出學得怎么樣。在實驗中探究知識充滿樂趣，實驗自然成為他們發現問題的引路人，排除困難過程中的鋪路人，不斷豐富知識過程中的同路人。

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