尊重學生主體地位 打開物理創新實驗新局面
——以蘇科版初中物理“氣體壓強”實驗為例

周治軒

(南京市南航附屬初級中學,江蘇 南京 210007)

2019年,教育部發布《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》,將中小學實驗教學及其研究推向一個新的高度.對于初中物理實驗而言,當務之急是繼承我國實驗教學的優秀傳統,同時在繼承的基礎上追求創新.由于考核評價等因素的影響,對于初中物理實驗教學中優秀傳統的繼承工作做得比較好,但是在創新方面有所不足.當然實驗創新并不是無所作為,事實上無論是國家層面還是區域層面,都一直在對實驗的創新進行推動,一些具有區域性質、草根性質的實驗創新也在不斷推進,但是總體而言,這些實驗創新的推進主體依然是教師,學生的參與度不夠,很多時候學生只是教師創新實驗思路中的操作者,這實際上不是真正意義上的實驗參與者,沒能將實驗創新的終極價值體現出來.

陶行知曾說:“一流的教授具有兩種要素:一有真知灼見;二肯說真話,最駁假話,不說誑話”.兩個“真”指明了教學的基本價值選擇.對于初中物理來說,在實驗創新的過程當中也要追求“真”,這個“真”首先應當體現在學生的真正參與上,只有學生成為實驗創新的主體,在實驗過程中所出現的任何新的發現才是真正的真知灼見,與此同時,初中物理創新實驗要想行穩致遠,很關鍵的一點就是要真創新.如果能夠做到這一點,初中物理創新實驗就能夠在一定程度上提高學生對于初中物理學習的積極性,也能夠培養學生的獨立思考能力、創造性思維以及團隊協作能力,這對于促進學生全面發展尤為重要[1].

1 創新實驗須尊重學生的主體地位

雖然說學生主體地位是當下基礎教育中的一個基本認識,但是不可否認的是,這種認識更多地停留在理論層面,由于應試等客觀因素的影響,學生在學習過程中的主體地位要想得到確立并不容易.在初中物理實驗中,由于教師追求實驗的效率,很多時候所出現的也只是“指令性實驗”,即教師只是讓學生按照預先設計好的實驗步驟去一步步完成實驗.傳統實驗中學生的主體地位都很難得到確立,那么在創新實驗中要想落實學生的主體地位,難度可想而知.

在物理教學中讓學生親手完成一些物理實驗,親自探究一些物理規律,可以激發學生學習物理的興趣,充分調動學生的學習積極性和能動性[2].實驗對于激發學生的物理學習興趣,提升學生的物理核心素養不言而喻.當前的物理教學又致力于發展學生的物理學科核心素養,必然意味著初中物理實驗要做出根本性的創新,這一創新過程離不開學生主體地位的確立.對此,筆者做如下理解.

首先,在學生認知范圍之內,遵循“最近發展區”的理論,讓學生在“跳一跳”的基礎上能夠“摘得到”的創新,是真正有意義的創新.辯證地理解創新實驗,可以發現其中有兩個關鍵詞:一是創新,二是實驗.兩者的關系是創新是實驗的特征,實驗是創新的載體與內核.創新實驗的目的是讓學生感覺到物理學科的魅力,是讓學生在基于實驗進行探究的過程中表現出顯著的創新意味,這不僅可以激活學生的探究欲望,更可以讓學生在切身體驗中領略科學發展的途徑.

其次,教師引導下的、能夠為學生所理解并遷移的實驗創新是真正意義上的創新.面向學生的創新實驗與科學發展過程中的創新實驗有著明顯的不同,前者并不強調純粹科學意義上的突破,事實上這也是不可能的,其強調的是在學生原有認知基礎上進行的創新,突破的是學生原有的認知基礎或經驗基礎,所追求的是通過創新讓學生“眼前一亮”,從而讓學生獲得知識上的收獲,同時又獲得情感上的收獲,這樣的雙重收獲可以為學生的物理學科獲得強大的推動力量.

再次,學生在自身的經驗基礎與知識基礎上,通過經驗與知識的整合并對已有實驗進行的創新,是真正意義上的創新.從創新的角度來看,創新不可能憑空產生,其必然依賴于學生原來所學到的知識,但是僅僅有原來的知識還不會形成創新,真正的創新還需要學生擁有創新意識和創新思維.這些都應當是學生身上應該具備的優秀特點,也是創新實驗過程中學生主體地位的重要體現.

通過以上分析可以發現,在創新實驗推進的過程中,尊重學生的主體地位,就必須從學生的實際出發,在學生已有的知識基礎和經驗基礎上,用創新意識來促使學生伸出創新實驗的思維觸角,用創新行為來體現創新思想.

2 學生主體地位視角下的創新實驗

認識到學生的主體地位確立是實驗創新的根本,那么在學生主體地位的視角之下進行實驗創新,也就有了清晰的思路.由于實驗創新離不開學生的經驗技術與知識基礎,因此可以認為生活化的實驗教學策略能有效提升初中物理教學效果,也就是說,圍繞著生活實驗主題,可以引導學生發現理論與生活的聯系,從而在實驗展開的過程中,讓學生的創新思維得到激發,真正的實驗創新就可以在互助合作、實踐探究中得以實現,并且能夠在新的情境當中實現拓展應用[3].蘇科版初中物理八年級下冊中,有“氣體壓強”這一內容.在這一知識的教學傳統中,涉及到的實驗主要有馬德堡半球實驗和托里拆利實驗.蘇科版教材在編寫的時候,馬德堡半球實驗是通過“讀一讀”的方式來呈現的,托里拆利實驗則被回避,代之以用注射器估測大氣壓的值.這樣設計的好處是一方面尊重了物理學發展的歷史,另一方面又從學生生活經驗角度出發,讓學生擁有了實驗的主體地位.從創新的角度來看,本知識教學中的實驗應當如何創新呢?筆者認為對這個問題的回答可以從兩個角度來進行:

一是學生對大氣壓大小的體驗.體驗的目的主要是為了讓學生產生認知失衡.大氣壓是一個日常生活當中感知不到,但是數值卻又很大的物理量.在進行實驗創新的時候,思路可以落在與學生生活密切相關且用到大氣壓的地方,具體的創新做法就是控制大氣壓發生作用的機制.如吸牛奶時不讓空氣進入牛奶盒,讓學生站在高處用吸管吸牛奶,等.重要的是,這需要讓學生自己去思考并設計.在激活學生創新思維的時候,可以采用的做法是:在比較中先歸納再演繹,即吸牛奶時“讓”和“不讓”空氣進入牛奶盒,在低處與在高處用吸管吸牛奶,等.事實證明,通過比較及體驗,學生可以產生好多驗證大氣壓存在的創新思路.

二是學生對大氣壓大小的測量.這里的創新主要體現在讓學生自己想到用注射器去測大氣壓.這在教學當中有沒有可能呢?事實證明是可能的,因為在上面舉例的時候就已經提到了注射器,學生已經知道,在注射藥液的時候是因為手對活塞、活塞對藥液產生壓強,還在往外拉活塞的時候,如果前端封閉,那么要克服的就是大氣壓強.此時教師可以引導學生比較:如果用粗細不同的注射器,那么所要用的拉力大小是否相同?這樣的比較可以讓學生的思維從定性走向定量,可以讓學生認識到拉力的大小反映著大氣壓力的大小,可以想到用p=F/S來求解.

根據學生在實驗中的反應,這個實驗中的創新主要體現在以下方面:一是對大氣壓的感知,不是通過眼睛看或耳朵聽來得到間接的認識,而是通過對生活經驗的回顧,通過對具體過程的體驗,來獲得直接的認識.這些認識的形成顯然能夠讓學生有更加直接的思考,于是大氣壓的知識與學生的思維之間關系就更加接近,這從獲得知識的角度來看,是一種創新.二是在大氣壓測量的過程中,學生通常很難將注射器與壓強測量聯系在一起,這是絕大多數初中學生都會表現出來的情形.所以如果老師直接強加所謂的“引導”,學生也很難建立起實驗與測量原理之間的聯系.在這種情況下,實驗過程中通過創新,讓學生去比較不同粗細的注射器,那學生就可以運用比較的方法來發現拉力大小的不同,就是因為注射器的粗細也就是橫截面積的不同,有了橫截面積作為橋梁,學生也就容易想到壓強的計算公式,從而完成對大氣壓測量的判定.

在真正完成實驗的過程中,為了體現創新的精神與內涵,教師可以讓學生將動手做實驗與動腦思實驗結合在一起.這個過程中的每一個細節,都可以讓學生有新的發現,比如說體驗大氣壓的時候,學生通過往瓶子里吹氣或吸氣,會發現兩者各有不同.要從物理的角度解釋這種不同,就需要學生去感知,去思考,而學生通過感知與思考就會發現:吹氣后瓶子鼓起來,吸氣拍瓶子變形凹下去,雖然都與“氣”有關,但卻有著不同的原理,即一是氣壓,一是大氣壓.后者是大自然的氣體產生的氣壓,前者則是在人工條件下形成的氣壓,而這種比較,恰恰又為大氣壓強的計算奠定了基礎.

3 實驗創新歸根到底是學生的創新

以上案例說明,初中物理中的實驗創新,歸根到底應當是學生思考過的、對實驗的來龍去脈、對實驗的原理與操作步驟的創新.創新是相對于學生而言的,只要在學生原有經驗系統與認知系統之外的實驗,都可以理解為創新.

一旦學生通過自己的努力獲得創新,那么對于激發學生的實驗興趣而言,就有著非常明顯的推動作用.只要實驗創新再繼續,那么這種推動作用就會不斷持續下去,從而使得學生參與物理實驗,并且通過物理實驗來提升物理核心素養.

總體而言,物理實驗是初中物理課程不可或缺的組成部分,是初中生物理學習的重要組成部分.作為一名初中物理教師,在教學過程中應當充分利用實驗的價值,應當巧妙地運用實驗尤其是實驗的創新去提升學生學習物理的興趣.當學生進入創新狀態時,實驗就能夠發揮發展學生的操作能力、觀察水平、創新意識、思維能力、知識運用能力及問題解決能力等作用,在整個實驗創新的過程中,物理教師要充分轉換教學觀念,將學生推至實驗教學的前臺,讓他們始終保持積極而主動的狀態[4].陶行知強調:“行是知之始,知是行之成.”對于初中物理實驗而言,創新是一個知行合一的過程,學生是知行的主體,是打開物理實驗創新局面的關鍵.