基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

高宇

【關(guān)鍵詞】學(xué)習(xí)路徑 高中物理 探究性實(shí)驗(yàn) 教學(xué)策略

高中物理實(shí)驗(yàn)以探究性實(shí)驗(yàn)為主，其教學(xué)的重點(diǎn)不僅僅是提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，而且更重要的是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生體驗(yàn)、經(jīng)歷、感悟科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家研究的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)。所以實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)在學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的達(dá)成過程中有著不可替代的作用，研究學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中的路徑對優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著至關(guān)重要的作用。

1.探究性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)路徑

北師大張春莉曾提出了學(xué)習(xí)路徑的三個(gè)方面：已有知識經(jīng)驗(yàn)、思維過程、知識表征。而探究性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的每個(gè)環(huán)節(jié)恰恰與學(xué)習(xí)路徑的三方面息息相關(guān)。

（1）學(xué)生原有知識經(jīng)驗(yàn)影響實(shí)驗(yàn)問題的提出

已有知識經(jīng)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，而探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不例外。情景體驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)問題的提出必須是基于學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的.然而對于同一個(gè)情景，具有不同知識經(jīng)驗(yàn)的人考慮問題的角度是不同的，他們會提出的問題當(dāng)然也是不同的。例如在上電容器和電容這節(jié)課時(shí)，以前很多老師會通過展示一些用電器的電路板來引入課題，一個(gè)簡單而熟悉的生活情景，把埋藏在學(xué)生內(nèi)心許久的疑惑提到嗓子眼，很多學(xué)生見到這個(gè)情景就會不自覺的問道“對呀，這些圓柱形的原件是什么東西呢”。然而在近些年的教學(xué)中我們再仔細(xì)去觀察學(xué)生的反應(yīng)，我們會發(fā)現(xiàn)與原來大有不同，現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)生可能都沒有見過生活中電器的電路板，往往學(xué)生的第一反應(yīng)是“電路板是這樣的嗎？”“好像手機(jī)里面不是這樣的吧？”等等，反而轉(zhuǎn)移了學(xué)生的注意力，對后續(xù)教學(xué)不利。由此可見，同樣的情景對不同的學(xué)生啟發(fā)作用是不同的。所以說研究學(xué)生的已有知識經(jīng)驗(yàn)是教師設(shè)計(jì)問題情景的前提和基礎(chǔ)。

（2）學(xué)生思維過程決定實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

學(xué)生不同的思維模式，往往反映出知識形成和發(fā)展的一個(gè)過程。實(shí)驗(yàn)證據(jù)收集過程主要包含方案設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理幾個(gè)方面，是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?fù)雜的、系統(tǒng)的過程。學(xué)生會如何進(jìn)行這一過程當(dāng)然與學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)是有關(guān)的，但更多的取決于學(xué)生的思維過程。同一個(gè)班級的學(xué)生思維過程不可能是千篇一律的他們之間可能存在“層級式”，也可能是“并行式”，或者是“互補(bǔ)式”。只有充分的了解學(xué)生的思維過程，才能夠在教學(xué)過程中由淺入深，由低到高，由簡單到復(fù)雜。幫助每一層級的學(xué)生逐步完善自己的認(rèn)知過程。才能夠在教學(xué)過程中起到促進(jìn)的作用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會互相欣賞、互相啟發(fā)，幫助學(xué)生在保留自己的想法的同時(shí)，學(xué)會接受和理解別人的想法，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，為之后的“解決問題”做鋪墊。

（3）學(xué)生知識表征反饋實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成效

由于學(xué)生認(rèn)知方式上的差異，學(xué)生在知識表征的方式上常常也是不同的。有的習(xí)慣于語言表征，有的喜歡用原理表征，還有的可能用數(shù)學(xué)表征。很多時(shí)候同一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論或者物理規(guī)律可以用多種不同的表征方式來敘述，并沒有對錯(cuò)之分。但是實(shí)踐表明，如果學(xué)生的表征方式較為單一，或是方法選擇較為隨意，那么某一表征方式的選擇就不一定和問題最優(yōu)化解決思路相吻合，這將嚴(yán)重降低學(xué)生的問題解決效率，甚至直接影響問題解決的正確性，如果能將多種表征方式綜合運(yùn)用就可以避免上述問題。研究學(xué)生的表征方式能過在教學(xué)過程中合理的引導(dǎo)不同表征方式的學(xué)生進(jìn)行交流，通過交流的環(huán)節(jié)讓學(xué)生體會不同表征方式各自的優(yōu)點(diǎn)，從而優(yōu)化問題解決方案，提高問題解決效率。

通過以上的分析，我們可以把探究性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)路徑劃分為如圖1所示的幾個(gè)環(huán)節(jié)。通過設(shè)置的情境，提出問題。通過問題討論，設(shè)計(jì)證據(jù)收集方案;通過操作，親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)過程，在操作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題;通過數(shù)據(jù)處理得出試驗(yàn)結(jié)論;通過問題拓展，解決與本實(shí)驗(yàn)緊密相關(guān)的問題。

2.基于學(xué)習(xí)路徑的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

2.1以學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)

（1）基于原有知識經(jīng)驗(yàn)的組合，實(shí)現(xiàn)問題喚醒

學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)是產(chǎn)生新知識的基礎(chǔ)，如果學(xué)生的原有知識是充分的、正確的、積極地，那么通過溫習(xí)舊知識可得到新的理解和體會，通過原有知識的組合碰撞可以引出新的問題，新實(shí)驗(yàn)知識的生成水到渠成。

（2）基于原有知識經(jīng)驗(yàn)的欠缺，進(jìn)行問題生成

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生對所學(xué)實(shí)驗(yàn)知識的已有知識經(jīng)驗(yàn)是欠缺的，空白的。那么教師應(yīng)該主動合理的設(shè)置情景，讓學(xué)生通過切身的體驗(yàn)從而獲取新的實(shí)驗(yàn)知識與技能。比如通過情景的設(shè)置讓學(xué)生體驗(yàn)到與原有知識經(jīng)驗(yàn)相矛盾的事實(shí)，引發(fā)認(rèn)知沖突，使學(xué)生自發(fā)的進(jìn)行問題的反思，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

2.2以學(xué)生思維過程為主線

（1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)思維過程選擇實(shí)驗(yàn)方案

高中物理中許多實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案并不是唯一，不同的實(shí)驗(yàn)方案往往反映了方案設(shè)計(jì)者不同的思維過程。在實(shí)際教學(xué)過程當(dāng)中學(xué)生的思維過程并不是千篇一律的，針對學(xué)生多樣的思維過程只要是正確的合理的我們完全沒有必要強(qiáng)行的糾正，突出學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展依據(jù)學(xué)生的思維過程選擇實(shí)驗(yàn)方案。當(dāng)然有的實(shí)驗(yàn)方案思維層次高一些有的實(shí)驗(yàn)方案低一些。所以有時(shí)候?yàn)榱诉_(dá)到培養(yǎng)學(xué)生思維能力的目的我們又會選擇一些特定的實(shí)驗(yàn)方案。也就是說實(shí)驗(yàn)方案的選擇也要考慮其對學(xué)生思維能力培養(yǎng)的功能。

比如圖2，在探究平行板電容器的電容這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，課本上的實(shí)驗(yàn)方案是用靜電計(jì)測電壓從而間接反映電容變化，該實(shí)驗(yàn)思維過程復(fù)雜，從指針偏轉(zhuǎn)角的變化到電容的變化中間經(jīng)過了幾次的轉(zhuǎn)化，學(xué)生很容易出錯(cuò)。而用數(shù)字電容器、傳感器等科技產(chǎn)品可以很輕松的準(zhǔn)確測量出電容器的電容，這樣改進(jìn)使得實(shí)驗(yàn)變得簡潔明了。但是同時(shí)其思維含量也低了幾個(gè)層次。所以為了更好的鍛煉學(xué)生的思維能力我們?nèi)匀贿x擇課本實(shí)驗(yàn)方案為宜。

（2）針對思維差異組織互動交流

前面說到，一個(gè)班級幾十個(gè)學(xué)生之間的思維過程可能是具有多樣性的。他們之間可能存在“層級式”，也可能是“并行式”，或者是“互補(bǔ)式”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅僅是獲得一個(gè)正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，它也包括實(shí)驗(yàn)過程中的思維方法和動作技能。所以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中針對學(xué)生思維差異教師應(yīng)該組織學(xué)生相互交流。通過與他人的交流對比中獲取更多的實(shí)驗(yàn)知識技能，開拓思維視野，培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)思維難度搭建教學(xué)支架

當(dāng)然學(xué)生的思維并不是每次都能達(dá)到我們實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的要求，有些實(shí)驗(yàn)要求是超出學(xué)生原有的思維能力水平的，那么教師必須為學(xué)生搭建支架。支架不是代替學(xué)生的思維，而是幫助學(xué)生激發(fā)思維。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教學(xué)支架從表現(xiàn)形式上包括：范例、問題、建議等。

支架起能夠幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目的、順利結(jié)束學(xué)習(xí)，能夠促使他們從現(xiàn)有發(fā)展水平往潛在發(fā)展水平進(jìn)步，能夠促使思維能力巧展。其中最為關(guān)鍵的作用就是促使思維能力的拓展。

2.3以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)表征為目的

（1）重視正確實(shí)驗(yàn)表象的建立

實(shí)驗(yàn)表象是學(xué)生對所學(xué)實(shí)驗(yàn)在腦海中所留下的映像，具有鮮明的形象性，錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)表象會對后續(xù)的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知起到誤導(dǎo)作用。所以應(yīng)重視正確的實(shí)驗(yàn)表象的建立。

例如我們在前面提到的“描繪小燈泡伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)中，絕大部分學(xué)生基于初中的知識經(jīng)驗(yàn)形成了一個(gè)錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)表象，即“內(nèi)接”“外接”兩種方式是等效的。而這種實(shí)驗(yàn)表象對后續(xù)的學(xué)習(xí)會產(chǎn)生巨大的阻力，所以在教學(xué)過程中必須糾正過來。

既然以往錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)表象要糾正，那么在建立新的實(shí)驗(yàn)表象時(shí)一定要慎之又慎，避免類似的錯(cuò)誤表象在學(xué)生腦海中形成。

如圖3所示，在涉及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的諸多實(shí)驗(yàn)中都有用到重物通過細(xì)線拉動小車在木板上運(yùn)動這一裝置，很多學(xué)生在哪些實(shí)驗(yàn)需要平衡摩擦力哪些實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力的辨析上出現(xiàn)困惑，這就是因?yàn)閷W(xué)生在學(xué)習(xí)這些實(shí)驗(yàn)的過程中建立了一個(gè)不健全的實(shí)驗(yàn)表象。教師在那些需要平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)（如：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)、探究功與速度關(guān)系實(shí)驗(yàn)）教學(xué)過程中往往會著重的強(qiáng)調(diào)需要平衡摩擦力，也會深入的分析為什么要平衡摩擦力。但是在那些不需要平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)（如：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度）中往往就不會提及平衡摩擦力的問題。而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對知識是有遷移能力的，他很容易把其他與之類似實(shí)驗(yàn)的結(jié)論遷移過來，從而認(rèn)為所有的這些實(shí)驗(yàn)都是要平衡摩擦力的。那么教師在實(shí)際教學(xué)過程中就應(yīng)當(dāng)盡量的避免這種錯(cuò)誤表象的形成。比如可以每當(dāng)遇到這一類的實(shí)驗(yàn)時(shí)都把以前學(xué)過的實(shí)驗(yàn)?zāi)眠^來進(jìn)行對比分析，這一個(gè)為什么要平衡摩擦那一個(gè)又為什么不需要平衡摩擦，這樣通過對比分析，在學(xué)生腦海中才能建立一個(gè)正確的完善的實(shí)驗(yàn)表象。

（2）建立完備的實(shí)驗(yàn)圖式

實(shí)驗(yàn)圖式是人腦中已有實(shí)驗(yàn)知識技能的網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)圖式對新實(shí)驗(yàn)信息會起到引導(dǎo)和組合的作用。

實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的知識種類是比較多的，不同類型的實(shí)驗(yàn)對知識的側(cè)重點(diǎn)也是不同的。有的側(cè)重于實(shí)驗(yàn)原理的理解，有的側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方法的體驗(yàn)，有的側(cè)重于儀器的操作使用，有的側(cè)重于數(shù)據(jù)的處理方法，也有的關(guān)注的是實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，等等。如果學(xué)生只是把這些信息零星的儲存在大腦中。首先這種儲存效率是低下的，其次這種方式只是對知識的記憶達(dá)不到學(xué)以致用的目的更談不上實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)。要讓學(xué)生建立起完備的實(shí)驗(yàn)圖式，組織學(xué)生對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)評價(jià)是關(guān)鍵。通過對實(shí)驗(yàn)的總結(jié)以及小組間的互評、自評能讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探究過程有一個(gè)全面的認(rèn)識，把分散的知識點(diǎn)用線成知識網(wǎng)絡(luò)。

三、小結(jié)

當(dāng)然我們對學(xué)習(xí)路徑的理解尚處于初步階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑是一個(gè)抽象的概念，如何具化學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑是我們需要進(jìn)一步研究的課題，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑越具體化對我們教學(xué)策略的優(yōu)化就越具有指導(dǎo)意義。

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