指向問題解決的高中物理實驗教學

檀辰馨

[摘要] 分析目前高中物理實驗教學的現狀，探討提高實驗教學有效性的策略，即指向問題解決的整體設計策略、學生“做中學”的學習策略、教師“教為不教”的指導策略，并以“測電源電動勢和內阻”的實驗教學為例呈現實驗教學案例。

[關鍵詞] 實驗教學;問題解決;做中學;教為不教

一、問題的提出

物理是一門實驗學科，實驗能力是學生在物理學習中必須掌握的核心能力之一。實驗題是物理高考的必考題型，其考查范圍為《普通高中物理課程標準（2017版）》（以下簡稱《課程標準》）中規定的學生必做實驗。在大部分物理教師看來，實驗題就考那么幾個實驗，其中的實驗基本原理確定，實驗方法大同小異，因此考查范圍都是學生比較容易掌握的。但是學生在實驗題上的得分率卻并不算高，教師眼中的“送分題”到了大部分學生那里就成了“送命題”。

更令人擔憂的是，高考的筆試形式決定了學生在高考試題上的表現其實遠優于他們實際的實驗操作能力。出于應試的目的，學生花在“做實驗習題”上的精力往往數倍于花在“做實驗”上的，有些學生甚至整個高中期間都沒有親自動手做過一個物理實驗，這導致學生的實驗操作能力根本達不到《課程標準》的要求。這一點在去年剛被納入江蘇省學業水平測試的實驗技能考試中得到了證實。在筆者所監考的考場中，絕大部分學生無法獨立正確完成所有的實驗操作，過半學生不能正確完成電路連接，約1/3的學生不會操作電阻箱。最令人意外的是，很多學生竟然不認識電容器。由此，當前高中物理實驗教學的有效性值得商榷。

二、高中物理實驗教學現狀分析

1.學生學情現狀

《課程標準》在必修課程中規定學生必做的實驗有12個。筆者對所在學校的高一學生發進行了問卷調查，共發放問卷530份，回收有效問卷516份。如表1所示，調查數據顯示學生認為必修課程中最難的實驗排名。

通過訪談，筆者發現學生認為實驗學習的難點主要有以下幾個：原理難以理解;實驗變式太多;實驗操作煩瑣;數據計算量大。

2.教師教學現狀

筆者通過與同行的交流，以及對公開課、優質課的觀摩，發現在高中物理實驗教學中，普遍存在如下問題。

（1）實驗教學紙上談兵。有些教師認為學生做實驗只是“走過場”，加上目前大部分高中的物理實驗室都存在儀器老舊損壞等問題，因此不愿意安排學生分組實驗。出于教育功利化目的，教師中流傳著“做實驗不如講實驗，講實驗不如考實驗”的錯誤思想。這導致目前的高中物理實驗教學中，教師講實驗、畫實驗、放實驗視頻的多，學生進實驗室動手操作的少，實驗教學變成了紙上談兵。這也是部分學生動手操作能力差、甚至學了三年高中物理都還不認識電容器的原因所在。

（2）教師講解面面俱到。有些教師在進行實驗教學時，生怕學生學不會，于是從實驗原理、方案、步驟、數據處理、結論、誤差分析都先細說一遍，甚至是自己先做一遍給學生看，然后讓學生完全照著做。這樣一來，學生完全成了教師手中的“提線木偶”，做實驗時只剩下單純的模仿，而不需要任何思考，也沒有自主發揮的空間。正因為此，學生缺少對實驗原理的深入思考，缺少對實驗方案設計的過程體驗，只能靠死記硬背來學實驗。然而，高考物理實驗題卻常常考查創新實驗，學生因為缺少應變能力，所以很難應對。

（3）故障排查越俎代庖。在學生進行分組實驗時，教師課前就提前檢查、挑選、擺放好實驗儀器，課中則隨時給予全方位技術支持。“老師我們的紙帶打不出點！”“老師我們的小燈泡不亮！”“老師為什么電流表沒示數而電壓表有示數？”這樣的問題相信每個高中物理教師都幫助解決過無數遍。看上去，故障排除了，學生實驗順利進行下去了，可是學生能力上的問題解決了嗎？故障排查，需要學生調動所學知識，充分反思、論證，是非常鍛煉學生實驗能力的一環，一旦教師代勞，學生就失去了一個提升能力的機會。

（4）學生實驗流于形式。教師事無巨細地講，學生按部就班地做，結果毫無懸念，學生也毫無興趣。這樣已經預知結果的“假探究”充斥在學生實驗的課堂中，導致學生缺少任務驅動，做實驗的時候敷衍了事，實驗數據拼湊抄襲，整個實驗過程流于形式。

三、指向問題解決的實驗教學策略

《基礎教育課程改革綱要（試行）》提出：“要處理好傳授知識與培養能力的關系，培養學生的獨立性和自主性，引導學生質疑、調查、探究，在實踐中學習，促進學生在教師指導下主動地、富有個性地學習。” 提高高中物理實驗教學有效性的重點在于讓學生動起來，深度參與到實驗過程中，在實踐中主動學習、自主建構。

1.整體教學設計策略——問題式教學PBL

指向問題解決的教學方法，即PBL（Problem-Based Learning），也叫作問題驅動式教學，是指以學生為主體，以學科內的問題為核心展開探究學習，并以尋求解決問題的方案為目的的教學方法。具體落實在實驗教學中，就是以實驗目的為核心問題，對學生產生任務驅動，讓學生通過自主設計實驗方案、自主完成實驗探究的方式，在完成實驗任務的過程中達到實驗教學的目標。

基于問題的教學能夠提高學生主動性，激發學生求知欲，提高學生在實驗教學中的主動參與程度，從而實現有意義的知識建構和能力提升。具體到學和教兩方面來說：學生在親自動手操作、實踐的過程中培養能力，促進對實驗原理的理解和實驗操作能力的提升，即“做中學”;而教師要將實驗教學課堂的主體還給學生，只從旁提供適當的指導，其指導原則在于培養學生能力而非直接給出答案，即“教為不教”。

2.學生實驗學習策略——“做中學”

“做中學”是指讓學生通過實踐活動學習知識與技能的學習方法，其目的在于增加直接經驗、培養解決實際問題的能力。任何知識的建構都必須基于學習者自身的原有經驗，而無法單純通過老師的灌輸而習得。在實驗學習的過程中，學生要變“坐中學”為“做中學”，以問題得到解決為目標親自動手操作，運用多種感官獲得感性經驗，在實踐中去體悟實驗原理、感受實驗過程，并思考解決問題的方案。正如杜威所說的：“一種經驗，一種非常微薄的經驗，能夠產生和包含任何分量的理論（或理智的內容），但是，離開經驗的理論，甚至不能肯定被理解為理論。”

根據信息加工心理學，知識可以分為陳述性知識和程序性知識。程序性知識主要表征為一系列操作規則，其學習重點在于實踐，實驗技能就屬于程序性知識。而“做中學”強調學生的實踐操作，因此程序性知識的內在學習要求十分契合。

3.教師實驗指導策略——“教為不教”

葉圣陶曾說：“凡為教，目的在達到不需要教。”這就是“教為不教”的教育理念。新的時代背景下，教師的作用已不僅僅是“傳道授業”，如何培養具有自主學習能力、終身學習能力和創新學習能力的高素質人才是教育的核心問題。教師要轉變角色，變“教授者”為“指導者”，變“教學生學會”為“教學生會學”，將課堂主體真正還給學生。聯合國教科文組織指出：“教師的職責現在已經越來越少地傳遞知識，而越來越多地激勵思考;除了他們的正式職能以外，他將越來越成為一位顧問，一位交換意見的參與者，一位幫助發現矛盾論點而不是拿出現成真理的人。”

授人以魚，不如授人以漁。顯然，在實驗教學中，比讓學生做出結果、得到結論更重要的是培養學生的實驗素養，因此教師要適當放手、充分留白，讓學生在問題解決的過程中有自我發展的空間。教是為了不教，教師要學會做減法：減少直接結論的講授;減少對學生思維和行動的約束;減少對問題解決的插手干預。只有教師退一步，學生才能進一步。

四、指向問題解決的實驗教學案例

陶行知認為：“讓學生走上創造之路，手腦并用，勞力上勞心，這需要六大解放：一解放眼睛，二解放雙手，三解放頭腦，四解放嘴，五解放空間，六解放時間。”以學生感到最難的“測電源電動勢和內阻”實驗的教學為例，這一實驗的難點在于實驗方案的變式繁多，除課本上給出的傳統伏安法之外，還有安阻法、伏阻法、安安法、伏伏法等眾多創新實驗方案，且數據處理過程需要在理解實驗原理的基礎上采用數形結合的數理方法，對學生綜合能力要求較高，學生僅靠生搬硬套和題海戰術很難在高考的創新實驗考查中取得高分。

因此，筆者采用PBL教學策略，圍繞“測電源電動勢和內阻”這一核心問題，讓學生分成若干學習小組，以小組合作的方式自主設計個性化實驗方案，自行展開實驗探究，并以最終測出電源電動勢和內阻為任務目標。對學生而言，這意味著四個解放：解放眼睛——觀察現象，解放雙手——動手操作，解放頭腦——方案設計，解放嘴——交流討論。而對教師而言，為了保障學生有充分的空間和時間，則要實現另兩個解放：解放空間——開放器材室，供學生根據自己的實驗方案選用器材，以完成其個性化實驗方案;解放時間——通過調課做到實驗課2節連排，保證學生有充足的時間完成整個實驗設計和操作。

1.自行設計實驗方案

提前布置實驗任務，教師以導學案的方式引導學生自主學習實驗原理，讓學生在走進實驗室之前就做好充分的知識準備。在此基礎上，各小組通過組內討論、查找資料設計個性化實驗方案，畫出實驗電路圖。

2.自行選用實驗器材

各小組根據方案的需要來上報所需器材清單、自主挑選器材，筆者為增加課堂趣味性和挑戰性設置了如下規則：（1）各小組按抽簽順序依次挑選器材;（2）各小組所拿器材不可超出清單范圍，即不可額外拿取本組無用的器材;（3）后選的小組若出現所需器材已被選完的情況，則需自行更改實驗方案。

這一障礙設置大大提高了學生參與的積極性，課堂氣氛空前活躍。一個班級12個學習小組，筆者一共提供了10個電流表、12個電壓表和6個電阻箱供學生挑選。最后兩個小組原先設計的分別是伏安法和安阻法，但是電流表在第9組選完后就沒有了，僅剩6個電壓表和2個電阻箱，所以這兩個小組開了緊急會議臨時改為了伏伏法和伏阻法。

3.自行排除實驗故障

筆者在提供給學生的器材中混入了一些有故障的器材（提前檢測好，并做個不起眼的暗號方便識別），包括接觸不良的電池盒和開關、斷了的導線、壞了的電流表電壓表等，并告知學生器材中可能有部分存在故障，需由各小組自行排查出并正確判斷其故障類型后找教師進行更換。

給學生提供多用電表，方便學生排查故障。多用電表的使用和電路故障排查一直是電學實驗中學生的學習難點，但是其原理其實很簡單，小家電修理工亦能熟練使用。我們學生之所以存在學習障礙，歸根結底還是以前紙上談兵的實驗學習方法不對，如果能在“做中學”，親手操作幾次，很快便能突破這一學習難點。需要注意在學生排查電路故障遇到困難時，教師應給予啟發，但不可親自動手幫助操作。

4.自行處理實驗數據

學生設計表格，并記錄實驗數據，組內可以進行討論，以完善表格設計的合理性和科學性。完成實驗數據采集后，對數據進行處理，如果遇到有問題的數據，可以進行小組討論，反思實驗中存在的問題，重新進行實驗。考慮到不同小組存在能力差異，時間充足的小組完成數據處理后可以當堂完成實驗報告，時間緊張的小組可以完成初步數據分析確保其正確性后將數據帶走，課后完成實驗報告撰寫。

實驗報告可以幫助學生梳理整個實驗從原理到結論的各環節，讓學生在感性經驗之上建構理性思考。因此應當要求每個學生都要撰寫，以防止整個學習小組內只有個別學生真正參與的情況。在高中學習之初接觸第一個實驗開始，教師就應當對實驗報告的規范寫法提出具體要求，對學生的第一份實驗報告給予詳細指導，之后則逐漸放手，讓學生自行撰寫。

5.自行分析實驗誤差

各小組完成實驗報告后，開展實驗交流匯報。教師總結各小組所采用的實驗方案，組織學生討論不同實驗方案的原理及實驗誤差原因，評價不同實驗方案的優缺點，并引導學生反思實驗方案有沒有可改進之處。

指向問題解決的“做中學”在強調學生實踐的同時，并未摒棄學科知識的學習，而是要求對不同學習內容選取不同的教學方法。顯然，對于物理概念、定律等需要理解記憶的陳述性知識而言，教師深入淺出地講授更有利于學生學習;而對于實驗技能這樣的程序性知識而言，以問題解決為驅動的實踐教學則更為適切。實驗教學中，教師要拿捏好“教為不教”原則中“教”和“不教”的尺度，既保障學生的主體地位，又充分發揮教師的主導引領作用，做到課前精心準備、課中適當放手，在張弛之間提升學生的實驗素養。

[參考文獻]

[1]屠錦紅，李如密.“做中學”教學法之百年演進述評[J].課程·教材·教法，2014，34（4）：95-102.

[2]胡曉雄，徐志燕.基于高考實驗題對高中物理實驗課有效教學的思考[J].物理教師，2017，38（12）：27-30.