旨在培養高中生物理實驗能力的實驗任務卡的應用初探

■吳 俊

物理學是一門以實驗為基礎的科學,實驗在物理學習中發揮著其他物理內容不可替代的作用,課程改革也讓老師們逐步從“講實驗”進步到“做實驗”。然而目前的分組實驗學習,基本上是老師先將實驗從頭到尾講解一遍,直接將實驗內容灌輸給學生,然后學生再到實驗室象征性地操作一遍實驗。如此乏味的機械操作,不僅澆滅了學生對物理實驗的興趣,更失去了培養學生實驗能力的寶貴機會,這顯然與我們國家大力倡導的培養學生核心素養的理念是相違背的。筆者嘗試建立一種新的實驗學習方式,以便更好地發揮用物理實驗培養學生實驗能力的功能。

一、三種實驗報告方式的對比分析

1.傳統的實驗報告：傳統的實驗報告是指學生對實驗工作的全面總結,形成書面匯報,并在實驗結束后上交給老師。一般分為預習報告和課后報告兩部分。預習報告的內容包括實驗名稱、實驗目的、實驗原理(簡要的實驗理論依據、實驗方法、主要計算公式及公式中各量的物理意義、公式成立所應滿足的實驗條件、實驗電路圖、光路圖和實驗裝置示意圖等)、實驗步驟、數據表格等。課后報告的內容包括數據記錄、數據處理、小結或討論等。傳統實驗報告重在最終結果的呈現,但在互動性、引導性方面的功能比較欠缺,尤其是無法促使學生自主學習、探究思考。

2.探究日志：探究日志是學生對自己探究過程的詳細記錄,比傳統的實驗記錄要多一些深入思考的內容,探究日志本質上就是記錄一直向前進行著的與探究情形的會話,這能幫助他人更好地了解一個人在給定的情景中是如何學習和怎樣處理問題的。通常是學生進行科學探究實驗,學生通過自己的研究和經歷建立起對知識的理解,同時在經歷探究活動中記錄探究日志。這種方式比較適合運用于有系列環節、時間寬裕、能夠有多次操作機會的探究實驗,而按照高中物理課程安排,一個物理實驗一般只有一節課的時間,所以不能生搬硬套探究日志這種形式,而可以適當借鑒其有用的理念。

3.工作單：工作單是老師預先設計的,以供學生記錄實驗過程及結果的文件。不同研究者在工作單的具體內容、語言表述、形式、難度上均會存在一些差異,但包括的幾大要素基本是一致的,即任務名稱、實驗器材、任務描述、任務要求、各項子問題等,這些要素構成了工作單的基本框架結構。國內外學者的研究工作均集中于評價功能,工作單的內容都略顯單一,缺乏實驗任務的完整性,并且實驗方案的設計及實驗反思的內容涉及較少。其實,可以借鑒工作單這種形式,但在結構、內容、側重點上需作進一步改變,才能真正運用到高中物理實驗的學習中。

下面筆者嘗試采用工作單為基本框架,以實驗任務作為組織形式,制定學習輔助材料,以幫助同學們進行課前預習思考,課堂實驗過程記錄及反思,課后實驗總結,并將其命名為實驗任務卡。

二、實驗任務卡的設計

1.實驗任務卡的基本樣式及要素：實驗任務卡從結構、功能或學習內容等方面進行劃分,可分為許多種類。首先,要制定實驗任務卡的基本樣式、基本要素,再依據不同的需求,由基本樣式派生出具體類型的實驗任務卡。實驗任務卡基本要素包括標題、學生基本信息、實驗器材、子任務、教師評語等,其中每個子任務包括任務名稱、任務要求、任務分析、任務實施和任務結果。實驗任務卡涉及的要素較多,每張實驗任務卡并不要求一定要涵蓋所有要素,可以依據實際需要選擇某幾項,形成實驗任務卡。實驗任務卡涉及的各個要素的詳細說明如表1所示。

表1

2.實驗任務卡的制定程序：制定實驗任務卡的程序可以分為三步。

第一步,確定任務卡的訓練類型。按照任務卡中各項要素的完整程度,允許學生操作的自由度,將任務卡分為開放型、半開放型和封閉型。(1)開放型的任務卡只給出“標題”“任務名稱”及“任務要求”,有時甚至“任務要求”都要由學生來完成,其余的內容都是空白的,此種類型任務卡的難度最大,重在培養學生的自主研究、自主設計、自主操作的能力,比較適合學習層次較高的同學,可以作為課外研究性學習的輔助。(2)半開放型任務卡的內容也不完整,但會給出實驗任務的基本思路,并會對學生提出一些問題,這些問題與學生進行實驗任務的操作是相輔相成的,對學生的任務操作有所啟發、提示,又不是全盤給出,需要學生思考才能完成。此種類型任務卡非常適合課堂學習。(3)封閉型的任務卡,所有內容幾乎都是給出的,只有極少部分內容由學生完成,甚至可以當成實驗教材使用,能夠使水平不高的學生比較容易理解老師講解的內容,提高學習的質量與效率。

第二步,分解任務。可以依據課前、課中、課后的時間軸線對實驗任務進行分解,其中課中的實驗操作還可以按照實驗本身的結構來劃分。實驗任務按照課堂時間軸線的劃分如表2所示。

表2

第三步,根據具體的學習要求設計每個子任務中的各項內容。確定的依據是此張任務卡訓練要求及使用對象的學習水平,以此確定每項內容的難度、提示程度和開放程度。

三、實驗任務卡在“應用電火花打點計時器探究牛頓第二定律”實驗中的呈現

1.確定任務卡的訓練類型。任務卡的目的是要學生依據實驗目的,應用所學知識分析實驗原理,利用實驗室提供的器材設計出實驗方案,同時經歷實驗過程采集數據,掌握數據分析的方法,加深對牛頓第二定律的理解,故采用半開放型的實驗任務卡。

2.分解子任務。本實驗可分解為“認識和使用電火花打點計時器、平衡小車與軌道之間的摩擦力、研究小車加速度與質量之間的關系、研究小車加速度與合外力之間的關系、處理紙帶數據和分析實驗結果”等六個子任務。

3.確定每個子任務的具體內容。任務卡在每個子任務中均以提問的方式給出提示內容和實驗思路,目的是要學生通過自己的預習和課堂實驗,達到培養學生實驗能力的效果。

在實驗學習中采用上述實驗任務卡,學生可以經歷模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等實驗活動的全過程,提高學生學習的參與度,激發學生的物理學習熱情,有效培養學生的物理實驗能力。