讓真實體驗回歸物理實驗教學常態

繆于清

摘? ?要：由于實驗教學評價困難，以致于現實中的學校物理實驗教學出現諸多誤區，科學探究情感嚴重缺失，與物理學科核心素養培養目標背道而馳。只有讓真實體驗回歸物理實驗教學本源，才能真正落實培養學生科學素養。

關鍵詞：實驗教學;體驗;策略;質疑;科學思維

新課程改革以來，很多教師從實驗著手，取得了很好經驗，但同時也暴露出一些新的問題，以至于如今的中學物理讓許多學生深感畏懼，雖有諸多因素，但也有源于基礎教育階段的實驗教學的原因。新一輪課改提出教育應關注核心素養，物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”4個方面。基于核心素養導向的物理實驗教學要求注重科學研究方法的應用、關注學生真實的情感體驗、借助原始物理問題培養學生解決實際問題的能力和意識[ 1 ]。然而，現實教學過程中許多老師僅在“三考”試題（高考、會考、中考）導向下進行物理實驗教學，由此出現的諸多實驗教學誤區，忽略了真實體驗，很難喚醒學生的質疑意識，這與物理學科核心素養的培養目標背道而馳。筆者根據福建省教育科學十三五規劃立項課題《基于物理學科核心素養的實驗教學評價研究》研究體會，以自由落體運動實驗教學為例，闡述讓真實體驗回歸物理實驗教學常態的教學主張。

1? 真實體驗是物理實驗教學的本質要求

物理學基于觀察與實驗，建構物理模型，應用數學等工具，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系[ 2 ]。所以，中學物理實驗教學的根本任務是要引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力。體驗是問題生成的基礎，因為只有真實體驗，才有可能使學生產生質疑直至想辦法排除質疑，進而生成一些有價值的問題。愛因斯坦說過“提出問題比解決問題更重要”，學生能提出“新”的問題屬于主動行為[ 3 ]，能提出問題才利于培養科學思維，可以說“體驗是科學思維的基石”。比如：伽利略就非常重視真實體驗，在體驗過程中逐漸養成了科學思維習慣。物理實驗教學的本質要求應該讓學生有真實體驗，這是培養學生質疑、答疑、創新能力的最有效途徑！

2? 缺乏真實體驗的當前物理實驗教學常見現象

當前學校物理實驗教學出現了諸多怪象：黑板實驗、軟件實驗、試題實驗、口耳實驗。簡單地說，就是直接在黑板上講實驗代替了實驗教學;利用課件或視頻演示實驗代替了實驗體驗;教師編制了大量實驗試題，讓學生用筆“做實驗”;教師口頭講，學生聽后依依葫蘆畫瓢過一遍。

以自由落體運動這一課的實驗教學為例，有的教師只在黑板講“毛錢管抽氣實驗”而不進行實驗，學生壓根沒有觀察到實驗現象，根本體驗不到實驗樂趣;也有的教師只用教學軟件代替實驗，讓原本真實的科學，卻讓學生生疑;有的老師不但沒有讓學生真實體驗，還因應試而給學生大量實驗試題，讓學生只具有筆尖上的假技能 ，嚴重挫傷了學生動手實踐的積極性。實驗過程情感因素嚴重丟失，學生便失去興趣和探索的欲望，嚴重抹殺學生的創造力。

當前實驗教學的諸多怪象好比一個個教學毒瘤，在青年教師當中擴散、蔓延，大有愈演愈烈之勢。若不重視物理實驗教學過程的育人價值，從小處看，是坑害了一屆學生，從大處說就是斷送國家未來，讓真實體驗回歸物理實驗教學常態刻不容緩。

3? 真實情感體驗是培養學生科學態度與責任的需要

有哲人說過：幸虧有了物理學和天文學，西方文明得以從迷信中被拯救回來。回眸伽利略對力學和望遠鏡的研究證明，真相應該從對自然的觀察中獲得，而不是在古老的著作中尋找，而且其嚴謹的實驗設計與探究過程等真實體驗的育人價值不可低估。

例如，物理學史“伽利略對自由落體運動規律探究的回眸”的教學片段，許多老師對此只作介紹性的講授，忽略了讓學生“體驗挫折”與“體驗成功”的實驗體驗過程之育人價值，失去了一個培養學生如何克服困難，獲得成功感，繼而培養學生科學思維、科學態度與責任等物理學科核心素養目標的絕好契機。筆者在上這節課時，進行了體驗挫折設計（如圖1：體驗挫折），感受頗深。模擬實驗器材困難條件下，要求學生用直接測下落位移與時間辦法驗證“落體運動是勻變速直線運動”。提供每一桌同學一小球、刻度尺及秒表，讓學生先體驗測量小球下落時間t，研究小球下落位移與時間的關系。結果由于下落時間太短，雖有測量器材卻無法測量，讓學生“體驗挫折”，激發了他們思維，發現有的學生會站到凳子上以延長時間，但也以失敗告終。接著順著學生的思維，先肯定那些站到凳子上以延長時間便于測量的做法，再引導學生體驗測量斜面上小球下滑時間，學生就能頓悟到用斜面沖淡重力的辦法會延長運動時間。緊接著進行體驗成功設計（如圖2：體驗成功），展示一根特長鋁合金材料（六米左右），現場模擬當年伽利略的斜面實驗，同時用機械音樂節拍器模擬滴水法計時，利用電子表格進行現場數據采集。當場邀請2-3位

學生協助，師生共同研究不同斜面傾角情況下的比值，并現場進行數據分析（如圖3：數據分析），真實的實驗數據定讓學生心服口服，他們驚奇發現誤差允許范圍內（取一定有效數字）比值確為一個常數;合理外推到傾角為90度時，得出“自由落體運動是勻加速直線運動”的結論便順理成章了。本教學片段中，設計真實體驗，讓學生經歷挫折與成功情感體驗，育人價值是顯著的。

歷史上伽利略這個“沖淡重力”斜面實驗曾被著名的英國《物理世界》雜志評為“物理學史上最美麗的十大實驗”之一，重現與體驗這個實驗意義重大，學生先體驗了挫折，必然激發他們轉換思維;采取科學方法后，繼而體驗成功感。顯然，這樣的實驗教學過程具有真實的情感體驗，對學生形成正確的科學態度與責任感意義突顯，不僅在物理觀念方面促進了學生對自由落體運動規律的掌握，也對學生批判精神、質疑精神等科學態度與情感的培養有益[ 4 ]。所以，物理學科教育應特別重視實驗真實體驗，這是激發實驗情感，培養科學態度與責任的需要。

4? 真實策略體驗是培養科學思維方法的需要

俗話說：教學有法，教無定法。實驗教學過程中應注意科學方法滲透時機，重視策略體驗，考慮合理的實驗步驟安排，提醒學生應注意觀察何處？有什么能說明問題的現象？應記錄哪些有價值的東西？怎么觀察比較？物理實驗教學中真實的策略體驗特別重要，這是提升教學效果、培養科學思維方法的需要。

如：在自由落體運動實驗教學中的“毛錢管”實驗教學，很多教師僅以課件演示代替實驗，或僅有一套實驗器材演示，卻沒有注意演示策略，學生因無法體驗對比，教學效果很差。若重視讓學生策略體驗，則教學效果可能大為改觀，注意到控制變量等科學方法的滲透，準備A、B、C同規格的 “毛錢管”，分三個步驟進行。第一步，走到學生中間去演示沒有抽氣的“毛錢管”A、B，讓學生觀察毛錢下落快慢情況;第二步，現場對B抽氣，將抽走一部分空氣后的“毛錢管”B與A再并排演示（滲透控制變量法），讓學生觀察到抽氣后的毛錢下落快慢接近的情況;第三步是讓現場抽去更多的空氣的“毛錢管”C與B并排演示，讓學生觀察抽更多空氣后的“毛錢管”C比B中的毛錢下落快慢更接近的情況;第四步引導學生思考：假設能抽成真空的“毛錢管”D進行演示，可以看到什么現象？順應學生的思維，給時間讓學生充分思考。在學生作出猜想后，再利用信息技術輔助教學，這樣才能收到更好的教學效果。

真實體驗應講究策略，實驗教學絕非是教師講學生看或簡單地讓學生依葫蘆畫瓢，應充分考慮到科學方法的滲透時機，教學互動過程中及時肯定學生的合理思考，順應學生思路，科學引導，才利于培養學生科學思維。

5? 真實親身體驗是探究物理現象本源的需要

物理學以物為本，是一門以實驗為基礎的實驗科學，又是一門嚴密的理論科學，所以應認真合理地設計實驗教學，能讓學生動手實驗的不用演示實驗替代，以促使學生感悟如何求真求實，培養學生刨根問底意識，在此基礎上才能進一步學習和領悟物理核心理論的精準表達與物理方法，可以說探究物理現象本源離不開人的真實親身體驗。

例如，在自由落體運動實驗教學中，有個學生體驗實驗堪稱經典：兩塊同樣規格的紙片，先將一塊揉成團與另一塊置于同一高度處同時下落，觀察現象。很明顯，學生通過體驗后就很容易感覺到體積大小是影響落地快慢的原因，如果僅僅停留于此體驗就很可惜了。如果繼而提出問題：為何體積不同落地會出現快慢？教師可以通過動作演示來啟迪學生，學生通過思考互動討論，設法引導學生悟到體積不同而造成落地快慢的深層原因才更有價值，這里就潛藏著培養學生有刨根問底意識的影子。在師生互動過程中自然生成更有價值的問題，逐步引導學生思考深層問題，注重回歸科學探索本源，必然促進物理實驗能力提升。

指南針發明使用幾千年，電磁學卻為什么沒有在中國誕生？不禁想起著名的李約瑟（Joseph Needham）難題與錢學森之問，這雖然涉及諸多因素，但仔細一想，我們的基礎教育階段在實驗教學的育人方面是否過于急迫，只樂于被動接受，而忽略主動探索現象本源，忽略實驗教學過程中真實體驗的育人價值呢？

體驗是科學思維的基礎，有的體驗可能只是隨堂微小實驗即可完成;有的雖然課堂暫時無法體驗，但可以布置任務課后體驗觀察。我們只有在物理實驗教學中重視真實體驗，才能促使學生在日常生活體驗中發現問題。培養質疑習慣，以喚醒學生的問題意識，有質疑才有可能提出合理的假設，甚至創新。因此，只有讓體驗回歸物理實驗教學常態，才談得上滲透研究方法、培養科學思維、科學態度與責任，這是物理學科教育的特殊使命所在。

參考文獻：

[1]林欽，陳峰，宋靜.關于核心素養導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法，2015（12）：90-95.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]徐衛兵.提升學生科學探究能力教學策略的探討[J].物理教師，2019（5）：27-29.

[4]高嵩，焦蕊.自由落體運動中的物理學史與教學[J].物理教師，2019（5）：13-15.