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【关键词】物理 实验教学 现状 方法
物理是一门以观察和实验为基础的学科,物理实验技能的培养是物理学素质教育的重要途径。通过物理实验不仅可以使学生获得知识、掌握实验技能,而且可以培养其严谨的科学态度、良好的学风、习惯等,从而提高学生的综合素质和能力。在物理教学中如何加强和改进实验教学,充分体现实验教学的基础作用呢?这是每一位物理教师值得深思和探究的问题。
一、农村中学物理实验教学的现状
当前农村中学物理实验教学中存在着如下一些问题。
1.部分教师观念陈旧。近年来,在中学物理实验教学中,部分教师存在着“做实验不如讲实验”“讲实验不如背实验”的错误认识,还有部分教师过分迷恋多媒体的模拟实验,让学生看看了事,不重视实际操作。这些现象严重妨碍了学生实践能力的培养。
2.部分教师素质偏低。中学物理教师应具备的实验教学的素质包括三个方面,即观察实验素质、实验思维素质和实验操作素质。其中实验思维素质和实验操作素质表现在设计和完成实验中,是一种综合性和创造性素质的反映。由于部分物理教师缺乏实验的操作技巧,缺乏实验考核的命题能力,从而大大影响了学生实验能力的培养。
3.实验教学模式僵化。中学物理实验教学的基本原则没有得到充分的体现,教学方式呆板,从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间。就分组实验来说,教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项,写得面面俱到,然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的和原理,然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下,取几个数据,实验就算完成了。这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力,不利于引导学生突破思维定式这个思维障碍,不利于学生创新思维方法的形成。
1.做好课前小实验,激发学生的学习兴趣。小实验具有直观、真实、形象和生动的特点,能激发矛盾,使学生注意力高度集中。我在教学实践中注意根据教学内容设计不同的物理小实验,这既活跃了课堂气氛,激发了学生的学习兴趣,又调动了学生学习物理的主动性和积极性。例如讲“摩擦力”时,课前我做了这样一个小实验:在玻璃杯里装了大半杯大米,把一根筷子插在中间,将米压紧,使筷子直立,再继续往杯子里加少许水,等一会儿,拿起筷子就可以把装米的玻璃杯提起来。这时,学生们的注意力马上被我所吸引,思维非常活跃。我请两位学生到讲台上分别做这个实验,结果两位学生也分别提起了玻璃杯。这个实验激发了学生浓厚的兴趣,他们的情绪非常高涨,这时我才适时地提出“要了解其中的道理,让我们一起来学习摩擦力”,为新课的导入创造了良好的氛围。
2.在生活中做实验,培养学生的应用能力。物理实验课程是一门与生活息息相关的课程,生活的方方面面都蕴藏着深刻的物理原理。教师要引导学生巧妙地运用我们身边的一些常用物品如橡皮筋、饮料瓶、吸管、气球、乒乓球、旧灯泡等进行实验,它比“正规实验”更富有亲切感,更贴近学生的生活实际,能激发学生的学习兴趣,唤起学生的学习动机,使他们深刻理解所学的知识,让学生形成终身记忆。而且这种实验教学方式在无形中培养了学生在生活中学习知识,又把知识用于生活的能力。
3.切实重视演示实验。物理演示实验具有形象真实和生动有趣的特点,能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情境。作为一名物理教师,首要任务就是尽一切可能,在课堂上为学生展现丰富多采的物理现象和活生生的物理情境。教师不仅要用好课程标准上规定的演示实验,甚至教材上的一段话、一幅插图、一道习题也可以将它搬上“讲台”进行演示。演示的形式不能仅仅是“教师演,学生看”,也可以是“教师导,学生演”,即边学边实验。
关键词:初中物理 探究性实验教学 实践策略
中图分类号:G633.7 文献标识码:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.22.213
初中物理学科内容抽象难理解,涉及的实验很多,这为教师在实验教学中采用探究式教学方法提供了前提。教师可以通过为学生创设实验情境,引导和启发学生发现问题,并让学生利用已有的知识和经验去进行物理实验探究,去验证自己对教学内容所产生的疑惑,从而在此过程中掌握物理知识。
1 教师要根据教学大纲的要求,合理安排探究性实验的教学内容,激发学生的学习兴趣
初中物理具有一定的抽象性,物理实验也有很多需要注意的细节,因此学生的学习兴趣对学生掌握教学内容就显得至关重要。这就要求教师在具体的教学实践中,一定要合理安排探究性实验的内容,激发学生的学习兴趣。例如学生在探究物质密度、物体熔化和沸腾、电流的测量等实验中,已经初步掌握天平、温度计和电流表等物理实验仪器的使用方法,那么教师在安排实验的时候,就可以由演示实验转变为分组探究实验,增加这些仪器的使用频率,让学生在掌握这些仪器使用方法的基础上,加强自身的熟练程度和使用技能。同时教师还要增加实验的趣味性,激发学生参与实验的积极性和主动性。例如教师在做“摩擦力”这个探究性实验的时候,可以将相同重量的两个物体放在光滑程度不同的平面上,让学生去试着推动,学生通过体验,自然就会发现相对光滑的平面上的物体很容易就被推动,而粗糙平面上的物体推动起来就稍显吃力,这样学生就会明白摩擦力产生的原因和作用。教师采用这种探究式的实验方法,不但消除了学生上课时的枯燥感,更可以增强学生主动参与实验的意识,激发学生学习的兴趣。
2 教师要鼓励和引导学生自主实验,培养学生的主体意识
探究性实验的目的就是培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,以及培养学生独立思考和敢于创新的品质。因此,教师要给学生提供可以自由发挥和创造的平台,引领学生独立完成实验。例如教师在讲解影响电磁铁磁性强弱因素的时候,就可以鼓励学生勇于探究,尽可能想办法增大电磁铁的磁性。学生通过积极思考,利用更多的干电池作为电源,可以吸附较多的大头针,而且学生还发现改变线圈的匝数也能改变电磁铁吸附的大头针数量。这样学生就得出结论:电磁铁的磁性与电压的大小和线圈的匝数有关。虽然学生得出的结论没有揭示出电磁铁的强弱本质与电流的关系,但是通过学生自己的思考和动手操作,发现了电压的大小和线圈的匝数能够影响电磁铁的磁性,这也为学生进一步了解和掌握与电磁铁磁性相关的因素打下了基础。学生自主实验,不仅可以突出学生在教学活动中的主体地位,同时可以提高学生对物理课堂实验活动的参与度,帮助学生更快地发现自身理解的不足之处,更快地掌握教学内容。
3 教师要指导学生进行课外研究,满足学生的探究欲望
初中学生对新奇的事物有很强的探究兴趣和欲望,尤其对日常生活中遇到的现象,总会有很多的问题和想法,教师由于受到课时、教学设备和大纲要求的限制,无法在课堂教学中给予一一满足。因此,教师可以指导学生进行课外研究,满足不同学生的探究需求,开拓各个层次学生的实践技能。例如教师可以结合实验册中的小制作,指导学生制作小型的发电机和电动机;结合学生的生活实际,让学生测量家庭用电器的电功率;为学生提供研究的素材和物理资料,帮助学生探究导体电阻和长度的关系等。根据学生实验的实际情况和内容,教师可以要求学生写出实验报告和制作过程,以及自己的探究收获。如此一来,不但可以让学生用物理知识和理论来解释自己日常生活中遇到的种种现象,而且可以激发学生学习物理的热情,让学生在学以致用的过程中体会到物理的奥妙之处,感受到成功的喜悦,增强学生探究物理知识的动力。
4 教师要注重学生对物理实验的探究过程和设计能力
初中物理课堂探究性实验教学最关键的就是教师要注重学生对物理知识的探究过程和设计能力。因此,教师在物理实验课堂上,要有针对性和目的性地引导和辅助学生去努力完成实验,让学生从中有所收获。多样化的探究性实验可以帮助学生更熟练地使用实验仪器,提高学生动手动脑能力、与人沟通的能力和团队合作的能力,培养学生养成认真观察、细致操作的良好习惯。同时,教师还要注重培养学生对实验的设计能力。例如教师在引领学生“探究凸透镜成像”的时候,就可以为学生提供实验装置,以及凸透镜和凹透镜,让学生自行探究“矫正近视眼需要用什么透镜”。学生就可以利用实验装置,以及凸透镜和凹透镜,调节物体和透镜的距离,使物体在光屏上呈现清晰的像,从而使学生得出正确的结论。
总之,探究性的实验教学可以加深学生对物理知识的理解和记忆,培养学生勤于思考、乐于动手的学习习惯,激发学生学习的积极性和主动性,从而提高学生的物理综合能力,也使教师的教学质量和教学效果明显地改善。
参考文献:
[1]李安.从验证性实验到探究性实验――初中物理实验教学方法思考[J].长春教育学院学报,2013,(9).
一、通过多次实验,求平均值,可以减少实验误差
这一目的主要体现在常规的测量类型的实验中。比如,要测量初中物理教科书的长,学生在做实验时,就必须在保证测量方法完全正确的前提下测量多次,收集数据,然后计算平均值来得到书的长,使测量值更准确。再如,在测量定值电阻的阻值时,在严格按照操作规范的前提下,改变电压和电流,测出其阻值,然后计算平均值,来减少误差。在实验中,往往会出现一次实验的误差较大,通过多次实验求平均值就可以大大地减少误差。值得注意的是,有些实验虽然也进行了多次实验,但是不能求平均值,比如,测量温水的温度、测量灯泡钨丝的阻值等等。
二、通过多次实验,还可以有效地避免实验的偶然性,便于得出普遍规律
物理学是实验科学,实验是物理学的基础。凡物理学的概念、规律及公式等都是以客观实验为基础的,即物理理论绝不能脱离物理实验结果的验证。实验教学是知识与能力、理论与实际相结合的教学活动,是实践、认识、再认识的过程。在新课程理念中,强调加强实验教学,不仅有利于学生对科学知识的学习,同时对提高学习兴趣、培养实验能力、树立科学精神、增强合作意识都有着重要作用。因此学生实验技能的培养就尤为重要了。下面本人试从两个方面浅谈学生实验技能的培养。
一、学生实验技能培养的方法
1.培养学生使用基本仪器的技能
掌握基本仪器的使用,是做好物理实验的基础。物理大纲要求"学会正确使用仪器进行观察、测量和读数。"要让学生了解基本仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练地、正确地读数,在介绍这些基本仪器使用方法时,应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导。
2.培养学生进行实验过程必须掌握的技能
(1)培养学生掌握实验的一般原理、进行实验设计和实验方法的技能
首先,要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据,根据实验的原理、要求对实验进行设计。还要搞清哪些是已知量、被测量,然后选择所需的仪器和实验条件,进而设计好实验步骤,画好记录表格等。
其次,培养学生正确调整和安装仪器,正确连接电路的技能。正确的实验,首先是安装、调整好仪器或正确连接电路。这种技能的培养,从初中开始应先有示范,让学生模仿学习,然后逐步提高到由老师讲述方法及注意事项,由学生独立去安装、调整。
(2)培养学生正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确结论的能力
这是实验能否成功的关键。要培养学生这方面的技能,要求学生集中精力,按实验步骤有条不紊地操作和读取测量数据,有的实验则要求测量或操作时动作迅速,要把握时机。要按实验先后顺序将需要测定的各量测出,并记录下来。读取数据和记录必须注意:①读数要及时,并马上记录;②要记录完整数据,按有效数字的方式记录;③数据的单位要正确。一般要求学生实验前列出表格,表格设计要求:能记录直接测出的各物理量,能记录各次测出的量,能填写计算出来的中间数据和最后数据等内容。
进行数据处理、运算,对实验结论进行分析。在整理数据时,如发现有不合理的数据,应对该数据补测。要指导学生按有效运算法去处理数据对实验结果进行适当分析讨论。对一些成绩优良的学生,还可让他们设计某个达到相同目的的实验。对实验能力强的学生,许多深一层次的问题都可以在这里分析研究,从而加强了对学生思维能力的培养,有效地巩固知识,技能更加熟练。
(3)要使学生了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析
实验后,要指导学生分析实验误差的原因,说明实验的误差主要有系统误差和偶然误差。系统误差主要是由于仪器本身的缺陷,实验原理、装置不完善而引起的。减少系统误差的方法是校准仪器,或是改进实验方法。改进实验的方法,可改变仪器的位置或仪器的布置,撤换某件仪器,改变所选取的某个参数,改变实验方法乃至改换实验操作人员等。
偶然误差是在实验条件不变的情况下,对某一物理量进行多次重复测量时,由于各种偶然因素产生的误差。减少偶然误差的办法是多次重复测量取算术平均值,以其平均值为最终的结果。测量次数取多少,要根据偶然误差对被测量影响的大小来确定。如:测量值的有效数值较小时或测量值变动较大时等,应当多测量几次。
综上所述,要培养学生这方面的技能,必须让学生懂得减少误差首先要发现它的存在和来源,其次是确定减少误差的方法。
增加测量次数固然可提高平均值的可靠程度,但是作用是有限的,实际上,只有改进实验方法和仪器,才能从根本上改善测量的结果,提高测量精确度。
(4)会写一般的实验报告
学生在实验结束后,应根据原始记录和实验时的体会,写出实验报告。实验报告内容主要有:实验名称、目的、器材、原理、方法和步骤、实验数据、数据计算和处理、实验结论及误差分析等。这是一个很重要的技能,对实验报告的写法、格式要严格要求,书写时,要求层次清楚,语言流畅,文字精练、正确,图文并茂,要总结出实验成功的经验或实验失败的原因,使学生将来进行科学实验时能写出自己的实践成果,并让别人看懂。
在批改实验报告时要注意学生思维的火花,如对某个问题的独特看法,对某项操作的有益建议,对实验的改进意见等,要给予鼓励,并要及时与之讨论,让师生都有所收获。这样做,既延伸了实验课的教学,使之与理论课的教学有了更深层次的交汇与渗透,又是提高学生动手技能的有效渠道。
5.养成良好的实验习惯
包括爱护仪器,遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。如:做电学实验结束时,应将仪器调到最安全的状态再切断电源,然后拆除连接线,整理好仪器和导线。要经常地对学生进行良好实验习惯的教育,以免损坏仪器及发生实验事故等。
二、培养学生实验技能的途径
1.实验课是培养学生实验技能的基本途径。认真上好实验课,既能帮助学生牢固地掌握物理知识,又能培养学生的实验技能,是训练和提高实验技能的基本途径。
实验课包括演示实验和分组实验。演示实验是学生使用仪器,进行实验操作典范,它教给学生正确的实验方法。通过大量的演示实验,学生可以在长年累月的耳闻目睹中,潜移默化地学到实验技能。
在分组实验中,学生的活动是多方面的,既有思维,又有操作,这就需要发挥教师的主导作用。实验时,教师可先介绍实验目的、方法及注意事项,然后教师在台上做示范,学生在台下跟着教师做,这种方法对于初中起始年级的学生是合适和有效的。学生在教师的步步指导下,养成良好的实验方法、实验修养。随着实验技能的不断提高,逐步培养学生自己设计实验,独立实验的能力。
2.尽可能将演示实验改为分组实验。如:阿基米德定律、牛顿第二定律等。
3.将验证性实验改为探讨性的实验。先让学生去研究、探索物理量之间的关系,后总结出物理规律。
关键词:初中 物理探究 实验教学
物理是一门以实验为基础的科学。物理实验作为物理教学的基本手段,有其特殊的教学功能:不仅能够为学生提供学习的感性材料,验证物理定律,而且能够提供科学的思维方法,加深对基本知识的认识程度,激发学生的求知欲,培养学生的探索能力。新的课程标准提出了“倡导探究性学习”的理论,并要求学生在新课程的学习中应以探究性学习作为主要的学习方式之一。本人结合初中物理教学实践,谈谈对中学物理探究性实验教学的一些体会。
一、充分认识实验在物理教学中的地位和作用
《全日制义务教育物理课程标准》将义务教育阶段物理教育的目标定位为:提高全体学生的科学素质。显然,这不是面向少数学生的精英教育,而是面向全体学生的大众教育。然而,在现实教学中,相当一部分教师只看到实验对物理理论的检验作用,忽视了物理实验本身就是一种科学理论的探究过程,把物理实验仅仅看作是附属于理论教学、服务于理论教学的辅助手段和工具。教学过程中的实验,只是为学生学习物理理论提供的感性材料,为理解疑难概念铺设的台阶,而不是物理教学的必要组成部分。在这种错误观念的影响下,不少教师在教学过程中以讲实验代替做实验。
其实,物理学由实验和理论两部分组成,物理学实验是人类认识世界的一种重要活动,是进行科学研究的基础。正像其他科学实验与科学理论之间的关系一样,物理实验与物理理论二者相互制约、不可分割。物理实验需要物理理论作指导,物理理论有赖于物理实验的证实与检验而得到完善与发展。因此说,实验是理论的必要组成部分,实验本身就是一种充满理论的认识过程。要掌握科学理论就必须开展相应的实验教学,让学生通过实验探究来发现物理概念或规律。《全日制义务教育物理课程标准》强调:物理科学是一门实验科学,在义务教育阶段应让学生通过观察、操作、体验等方式,经历科学探究过程,逐步学习物理规律,构建物理概念,学习科学方法,进而树立科学的世界观。
二、探究性实验教学在物理教学中的位置
探究教学的代表人物是美国的教育家施瓦布,他认为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上一致。因此学生应象“小科学家”一样去发现问题、解决问题,并在探究问题的过程中获取知识,发展技能,培养创新能力。同时受到科学价值观及科学方法的教育,由此发展自己的个性。他认为教师不能把知识作为预先确定的东西,让学生被动无条件的接受,而应关注学生如何在原有经验的基础上,构建起一个新的更完善的知识和经验体系从而解决问题的过程。探究性学习强调的是学生主动的获取知识,体验科学过程与科学方法。探究性实验教学是以问题为核心的教学,这种教学方式,为学生提供了发现问题和解决问题的机会,与之对应的学习是开始于问题,推进于问题,归结于问题。学生通过搜集、查阅大量的资料,寻求解决问题的途径;设计解决问题的实验方案;通过实验进行观察、分析,最后独自将问题解决。探究性实验突出了学生的主体地位和自主活动,主张学生自主地去获取知识.探究性实验不仅强调获得实验结果和亲自经历实验过程的统一,而且更加注重学生对实验过程的理解。
三、提高初中物理探究性实验教学的教学模式
1、创设问题情境,打开探究之门
问题与疑问是探究式学习的起点,也是探究式学习的一个基本特征。初中物理探究式课堂教学,必须努力创设物理问题情境,让学生在物理问题情境中不断地发现问题,提出问题。例如,在学习“物态变化”时,教师用多媒体向学生展示冬天原野里的大雾,房屋上的白霜,树枝上的冰凌;展示火炉烧水时水壶上冒出白气,茶杯上的白气遇冷变成小水滴等现象。创设出“雾、霜、雪、冰是怎样形成的” “白气又为何会变成水滴”等一系列物理问题情境,让学生在问题情境中产生疑问,发现问题,提出问题。创设物理问题情境是探究式课堂教学的良好开端。
2、鼓励学生大胆猜测和想象,激发学生的潜力
猜测、想象是人在大脑中对已有的表象进行加工创造、创新的过程。作为一种能力,它是创造性素质的主要组成部分。创造性想象是异想天开,其产品往往是新奇独特的,有些是现实中根本不可能存在的。但正是它们,把人们带进了科技创造发明的大世界。在物理探究实验教学中,老师可以在适当时候给学生一个猜测想象的机会。例如在实验前猜测实验现象,在完成探究实验后对所学知识进行一次想象运用。
探究“固体熔化时温度的变化规律”实验后,我要求学生做课外小实验:烧杯、试管内部装有冰,将试管放入烧杯中,用酒精灯给烧杯中的冰加热,当烧杯中的冰没完全熔化之前,试管中的冰会熔化吗?
在实验之前,我要求学生大胆猜测实验的现象,实验后,大多数同学发现自己的猜测是错误的。这时我给他们分析其中的原因,让学生明白刚才的猜测想象缺乏科学根据,因此是错误的。
实践证明,培养学生的猜测勇气和想象力是培养创新思维的有效方法。在培养学生的猜测勇气和想象力过程中,学生的活动应该是科学的、积极的,最终要把他们引向科学的创造。
3、实验时指导学生自己探究,注意教师角色的定位
【关键词】物理课堂;培训;学生;试验能力
中学物理学生实验技能主要包括六个方面:一是掌握常用基本仪器的构造、原理和使用,能正确使用仪器进行观察、测量和读数;二是掌握中学有关实验的一般原理和实验方法;三是会正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确的结论;四是了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析;五是会写一般的实验报告;六是初步养成良好的实验习惯,包括爱护仪器、遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。下面试从两个方面浅谈学生实验技能的培养。
一、学生实验技能培养的方法
1.培养学生使用基本仪器的技能
掌握基本仪器的使用,是做好物理实验的基本仪器主要有:刻度尺、量筒、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、天平、温度计、测力计、压强计、打点计时器、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、万用表欧姆档等。物理大纲要求“学会正确使用仪器进行观察、测量和读数。”要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练地、正确地读数,在介绍这些基本仪器使用方法时,应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导:
(1)各种基本测量仪器都有一定的量程。必须要求学生在使用各种基本仪器前,搞清仪器的量程,并且能估计被测对象的情况,选用适当量程,避免超过量程而可能损坏仪器。
(2)使用测量仪器前通常都要调节零点或校正零点,否则测出的数据就不准确。如:“对安培表、伏特表等应学会调整零点,对游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺之类的仪器,还要学会零误差修正,让学生懂得零点是相对的,零误差的修正在生产上有普遍意义。因此,必须使学生养成使用基本测量仪器前调节零点或修正零误差的习惯。
(3)会正确读数。要让学生掌握读数的一般方法,关键是会读出仪器的最小刻度值,会从最小刻度之间估计出一位有效数字。同时,要学会正确读数的姿势。如:从量筒上读数时,眼视线应与液面保持相平,不能仰视或俯视,若是凹液面读凹处,凸液面读凸处,从安培表、伏特表读数时,视线应与刻度盘垂直,并且正对指针,估计读数四舍五入等。
(4)根据仪器的构造原理,掌握它的使用方法和使用规则。如:天平是根据杆杠的平衡条件制成的,因此,使用前和秤量时都要做到横梁平衡,同时必须严格保护刀口,要让学生理解保护刀口的重要性,从而自觉遵守使用方法和规则;温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的,所以,根据热平衡原理,测量液体时,温度计不能离开液体,而且要在温度计内液柱稳定时读数。
2.培养学生进行实验过程必须掌握的技能
(1)培养学生掌握实验的一般原理、进行实验设计和实验方法的技能。首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据,根据实验的原理、要求对实验进行设计,包括用什么物理定律、公式,电学实验用什么电路图等。还要搞清哪些是已知量、被测量,然后选择所需的仪器和实验条件,进而设计好实验步骤,画好记录表格等。
其次,培养学生正确调整和安装仪器,正确连接电路的技能。正确的实验,首先是安装、调整好仪器或正确连接电路。
(2)培养学生正确记录实验数据,并能进行运算和分析,以得出正确结论的能力。这是实验能否成功的关键。要培养学生这方面的技能,要求学生集中精力,按实验步骤有条不紊地操作和读取测量数据,有的实验则要求测量或操作时动作迅速,要把握时机,如:温度测量、电学测量。要按实验先后顺序将需要测定的各量测出,并记录下来。读取数据和记录必须注意:①读数要及时,并马上记录;②要记录完整数据,按有效数字的方式记录;③数据的单位要正确。一般要求学生实验前列出表格,表格设计要求:能记录直接测出的各物理量,能记录各次测出的量,能填写计算出来的中间数据和最后数据等内容。
(3)要使学生了解误差概念,并学会初步的误差计算和分析。实验后,要指导学生分析实验误差的原因,说明实验的误差主要有系统误差和偶然误差。系统误差主要是由于仪器本身的缺陷,实验原理、装置不完善而引起的,如:螺旋测微器零点不准;风的吹动使天平产生误差;电表指针不对准零刻度等。减少系统误差的方法是校准仪器,或是改进实验方法。增加测量次数固然可提高平均值的可靠程度,但是作用是有限的,实际上,只有改进实验方法和仪器,才能从根本上改善测量的结果,提高测量精确度。
(4)会写一般的实验报告。学生在实验结束后,应根据原始记录和实验时的体会,写出实验报告。实验报告内容主要有:实验名称、目的、器材、原理、方法和步骤、实验数据、数据计算和处理、实验结论及误差分析等。这是一个很重要的技能,对实验报告的写法、格式要严格要求,书写时,要求层次清楚,语言流畅,文字精练、正确,图文并茂,要总结出实验成功的经验或实验失败的原因,使学生将来进行科学实验时能写出自己的实践成果,并让别人看懂。
在批改实验报告时要注意学生思维的火花,如对某个问题的独特看法,对某项操作的有益建议,对实验的改进意见等,要给予鼓励,并要及时与之讨论,让师生都有所收获。这样做,既延伸了实验课的教学,使之与理论课的教学有了更深层次的交汇与渗透,又是提高学生动手技能的有效渠道。
(5)养成良好的实验习惯,包括爱护仪器,遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。如:做电学实验结束时,应将仪器调到最安全的状态再切断电源,然后拆除连接线,整理好仪器和导线。要经常地对学生进行良好实验习惯的教育,以免损坏仪器及发生实验事故等。
二、培养学生实验技能的途径
(1)实验课是培养学生实验技能的基本途径。认真上好实验课,既能帮助学生牢固地掌握物理知识,又能培养学生的实验技能,是训练和提高实验技能的基本途径。
实验课包括演示实验和分组实验。演示实验是学生使用仪器,进行实验操作典范,它教给学生正确的实验方法。如:如何正确使用仪器、安排实验步骤、操作、读数和记录数据、列表和作图线、分析和推理,得出正确结论及分析误差等。通过大量的演示实验,学生可以在长年累月的耳闻目睹中,潜移默化地学到实验技能。
在分组实验中,学生的活动是多方面的,既有思维,又有操作,这就需要发挥教师的主导作用。实验时,教师可先介绍实验目的、方法及注意事项,然后教师在台上做示范,学生在台下跟着教师做,这种方法对于初中起始年级的学生是合适和有效的。学生在教师的步步指导下,养成良好的实验方法、实验修养。随着实验技能的不断提高,逐步培养学生自己设计实验,独立实验的能力。
(2)尽可能将演示实验改为分组实验。如:阿基米德定律、牛顿第二定律等。
(3)将验证性实验改为探讨性的实验。先让学生去研究、探索物理量之间的关系,后总结出物理规律。
(4)开辟第二课堂。第二课堂既可完善、丰富、深化课堂知识,又可培养学生的实验技能。主要形式有:①指导学生进行课外实验;②组织参观活动;③举行操作实验竞赛;④组织课外兴趣小组;⑤举办物理科技晚会等。
中学物理学的教学内容是比较复杂和抽象的,但对于初中学生来说,那些直观性强的知识还是比较容易掌握的。因此,教师结合课堂演示实验来讲授新知识或复习旧知识,学生便会更容易接受和掌握有关知识。另外,通过演示实验,还可以使学生认识各种实验仪器并能正确、规范地使用,在以后的学生实验中,能够独立、高质量地完成各个实验。所以,演示实验是中学物理教学中不可缺少的直观教学手段之一。
要提高物理教学质量就必须改变过去注重知识传授的倾向,关注学生的 发展 ,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于思考的学习方式。要积极改革教学方法,注意研究学生的心理特征和认知规律,善于启发学生的思维,激起学习兴趣,使他们积极、主动地获得知识和提高能力。加强实验是物理 教育 本质的 自然 回归,符合素质教育的理论和实践的要求。实验渗透着方法教育,对养成良好习惯,训练意志品质有积极作用,是提高素质的重要途径。演示实验生动有趣,易形成悬念,它在创设问题情境,激发学生的学习兴趣,增强学生在学习中的积极性和主动性,引导学生追根求源探索知识上有极其重要的作用。
1. 初中物理演示实验教学的现状初中物理学科主要研究的是声、光、电、热、力、能量等现象、规律及简单的物理研究方法,在初中物理教材中,几乎每节课都穿插了实验内容,目的是通过实验使学生深刻地掌握物理学知识和提高学生实验能力。但在实际教学过程中,有些教师并不能很好地运用这一直观教学手段。一方面,由于实验条件的限制,特别是一些 农村 中学,在实验室的设备配置和规范管理方面都比较落后,因此,在教学带来了一定的限制,使教师“心有余而力不足”。另一方面,有些教师对这一极为有效的教学手段认识不够,从而忽略了演示实验的优越性。学校要尽可能添置各种必备的实验设备和实验用品,以满足教学要求;在教学中,教师对于教材上的每个演示实验尽量在课堂上都一一加以演示,以调动学生学习兴趣。
2. 强化初中物理课堂演示实验教学的意义所在
2.1充分调动学生学习兴趣,活跃课堂气氛。课堂演示实验教学通过看得见、感受得到的现象,使学生在良好的情绪状态中学习,很容易调动学生的学习兴趣。在良好的学习氛围中,学生由被动学习变为主动学习,由“要我学”转变为“我要学”。兴趣是学习最好的老师,学生的学习积极性一旦被调动,接受知识的能力就会大大提高。
2.2加快学习速度,提高学习效率。 科学 研究表明,人们从语言形式获得的知识大约能够记忆15%,而同时运用视觉、听觉则可接受知识的65%左右。因此,通过课堂演示实验讲授物理学知识,能使学生的学习走近路,走直路,用较少的时间获得更多的知识,从而,加快学习速度,提高学习效率。
2.3传授学生物理实验技能和实验方法。在进行演示实验教学中,根据教学目的,要求教师向学生介绍有关演示实验的思路、设计方法、实验设备、实验仪器的使用、实验过程以及实验注意事项等方面的知识,并能对实验结果进行科学地分析和说明。通过演示实验教学,学生可以初步了解和掌握物理学科学实验的基本思路、基本技能和基本方法,为学生今后从事物理科学事业奠定一定的基础。正由于演示实验有其重要的意义,因此,教师在进行演示实验教学中应当注意实验操作的规范性(甚至一个微小的动作)、实验结果的准确性和实验的全局性。为此,教师应备好每一个演示实验,不可忽略每一细节,力争做到实验准确无误,授以学生科学的知识和实验技能。 3. 初中物理课堂演示实验教学的 艺术 性
3.1注重引导学生观察实验。观察是实验的第一步,也是创新的前提。观察在生活中无处不在。教师可通过列举生产、生活中的实际事例,展示实物、模型、挂图、漫画或进行演示实验、分组实验来创设物理情境,观察操作演示。案例一:《沉与浮》一节,可先安排“空心牙膏片在水中的浮沉”的学生小实验,起到激发求知欲和复习旧知识的作用。为使学生养成细致观察的习惯,培养他们的观察能力,教师应该在没有出示问题之前就让学生自由观察。待观察一段时间后,老师再让学生回答投影上准备好的问题。肯定有部分学生得不到正确的结论,教师可指导学生重新观察,这样可以大大激发学生的求知欲,掌握正确的观察方法,从而留下深刻的印象。
在观察中,要引导同学讨论观察的方法和应注意的问题,应该由学生通过多次的实验得出一定的结论,而不是老师在黑板上把各种条件罗列出来,让学生按部就班。那样做实际限制了学生的思维,是不利于学生形成创新思维的。
3.2课堂教学方式的转变。在初中阶段所涉及到的演示实验一般都比较简单,可塑性较强。在教学过程中根据课堂演示实验内容的特点不同,教学方式可做相应的改变。
3.2.1验证式实验——先授课后实验。例如,讲授“找不规则物体的重心”时,教师可先列举一些实例,启发学生思考、讨论重心的特点。在学生思考、讨论并获得一定知识的基础上教师再通过演示实验,加以验证。这样的实验过程使学生从感性认识上升到理性认识。
3.2.2同步式实验——边授课边实验。在“凸透镜成像”的教学过程中,教师可利用光具座,按照一定的顺序(2倍焦距以外、2倍焦距、1倍2倍焦距之间、焦距以内),对凸透镜成像的特点一一进行讲解。这样,可使学生直观、形象和深刻地掌握凸透镜的特点和成像 规律 。
3.2.3探索式实验——先探究后讲授。在传统的实验教学模式中,课堂演示实验一般以教师为主体,学生仅仅是旁观者,没有直接参与,不利于其创新能力的培养。在平等合作的课堂中,要将演示实验改为探索性实验,让学生充分的动脑、动手、动口,发挥学生的主体作用,从而有利于学生创造性思维的激发。案例二:讲《阿基米德原理》一节时,浮力的大小与哪些因素有关,可先让学生猜想:可能与深度有关,也可能与物体的密度有关,还可能与物体的形状等有关。本环节可激发学生热情,培养直觉思维能力,然后分组合作进行试验探究。案例三:《蒸发》一节,研究影响蒸发快慢的因素,可引导学生利用控制变量的方法设计三个小实验:(1)在手背上滴两滴相等的水滴,把一滴涂开,看那个干得快?(2)在桌子上和手背上涂上大孝面积相同的水渍,看哪个干得快?(3)在桌面上涂上大小面积相同的水渍,对其一片吹风,看哪滴干得快?虽然教材中未出现该实验,但它不仅使学生懂得影响蒸发快慢的知识,而且渗透了物理研究的方法。
3.3采用多种实验方法,活跃学生思维。教师在帮助学生掌握实验原理的基础上,允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行实验。在实验中,学生需要在各种因素中进行取舍,对所得信息进行筛选。这就要求学生在确定的目标下,有全局观点和善于妥协,在不同情况下善于应变,培养学生的应变能力,使学生分析、抽象概括、综合表达能力都得到训练和 发展 。
3.4重视方法的 总结 。实验做完了,结果出来了,我们的实验是不是就结束了?没有。要进行归纳和总结。案例四:在学习电阻的测量中,我们就应很好地总结,我们学过的电阻的测量方法有哪些,这些方法各有什么优点和缺点等等。下面是我们学过的常见的测电阻方法: 3.4.1欧姆表法:用欧姆表只能对电阻进行粗测,为进一步的精确测量提供一个 参考 依据。
3.4.2替代法:可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效.只要选用的电流表或电压表精度高,替代法测得的电阻值精度也高,而且不需要 计算 ,可以直接读出数据。但必须有阻值可调的标准电阻。
3.4.3伏安法:伏安法的测量依据是欧姆定律,需要的基本测量仪器是电压表和电流表,但理论上无论采用电流表“外接法”还是“内接法”,系统误差都不可避免,要会分析什么情况下用哪种电路测量误差较小。
3.4.4比较法:在满足一定条件时,未知电阻如果跟已知阻值的标准电阻有一定的比例关系,就可以用比较法求出未知电阻.具体作法可以把二者并联, 也可以把二者串联,由于串联电路电流相等,两电阻两端的电压就跟电阻成正比,同样也可以用比较法测出未知电阻。
3.5建立合理的实验教学评价。教师对教学目标的完成情况进行评估,为制订下一个目标做准备,这是一个学科目标的结束。如果说学生已经掌握了知识的重点、难点,形成了相应的技能技巧,那么教师应该对学生学习过程进行 总结 ,学生掌握了什么,超越了什么?谁做得最好?由教师和学生总结这个经验,从而形成再创新能力,这个环节是必不可少的。
关键词:初中物理探究实验教学
物理是一门以实验为基础的科学。物理实验作为物理教学的基本手段,有其特殊的教学功能:不仅能够为学生提供学习的感性材料,验证物理定律,而且能够提供科学的思维方法,加深对基本知识的认识程度,激发学生的求知欲,培养学生的探索能力。新的课程标准提出了“倡导探究性学习”的理论,并要求学生在新课程的学习中应以探究性学习作为主要的学习方式之一。本人结合初中物理教学实践,谈谈对中学物理探究性实验教学的一些体会。
一、充分认识实验在物理教学中的地位和作用
《全日制义务教育物理课程标准》将义务教育阶段物理教育的目标定位为:提高全体学生的科学素质。显然,这不是面向少数学生的精英教育,而是面向全体学生的大众教育。然而,在现实教学中,相当一部分教师只看到实验对物理理论的检验作用,忽视了物理实验本身就是一种科学理论的探究过程,把物理实验仅仅看作是附属于理论教学、服务于理论教学的辅助手段和工具。教学过程中的实验,只是为学生学习物理理论提供的感性材料,为理解疑难概念铺设的台阶,而不是物理教学的必要组成部分。在这种错误观念的影响下,不少教师在教学过程中以讲实验代替做实验。
其实,物理学由实验和理论两部分组成,物理学实验是人类认识世界的一种重要活动,是进行科学研究的基础。正像其他科学实验与科学理论之间的关系一样,物理实验与物理理论二者相互制约、不可分割。物理实验需要物理理论作指导,物理理论有赖于物理实验的证实与检验而得到完善与发展。因此说,实验是理论的必要组成部分,实验本身就是一种充满理论的认识过程。要掌握科学理论就必须开展相应的实验教学,让学生通过实验探究来发现物理概念或规律。《全日制义务教育物理课程标准》强调:物理科学是一门实验科学,在义务教育阶段应让学生通过观察、操作、体验等方式,经历科学探究过程,逐步学习物理规律,构建物理概念,学习科学方法,进而树立科学的世界观。
二、探究性实验教学在物理教学中的位置
探究教学的代表人物是美国的教育家施瓦布,他认为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上一致。因此学生应象“小科学家”一样去发现问题、解决问题,并在探究问题的过程中获取知识,发展技能,培养创新能力。同时受到科学价值观及科学方法的教育,由此发展自己的个性。他认为教师不能把知识作为预先确定的东西,让学生被动无条件的接受,而应关注学生如何在原有经验的基础上,构建起一个新的更完善的知识和经验体系从而解决问题的过程。探究性学习强调的是学生主动的获取知识,体验科学过程与科学方法。探究性实验教学是以问题为核心的教学,这种教学方式,为学生提供了发现问题和解决问题的机会,与之对应的学习是开始于问题,推进于问题,归结于问题。学生通过搜集、查阅大量的资料,寻求解决问题的途径;设计解决问题的实验方案;通过实验进行观察、分析,最后独自将问题解决。探究性实验突出了学生的主体地位和自主活动,主张学生自主地去获取知识.探究性实验不仅强调获得实验结果和亲自经历实验过程的统一,而且更加注重学生对实验过程的理解。
三、提高初中物理探究性实验教学的教学模式
1、创设问题情境,打开探究之门
问题与疑问是探究式学习的起点,也是探究式学习的一个基本特征。初中物理探究式课堂教学,必须努力创设物理问题情境,让学生在物理问题情境中不断地发现问题,提出问题。例如,在学习“物态变化”时,教师用多媒体向学生展示冬天原野里的大雾,房屋上的白霜,树枝上的冰凌;展示火炉烧水时水壶上冒出白气,茶杯上的白气遇冷变成小水滴等现象。创设出“雾、霜、雪、冰是怎样形成的” “白气又为何会变成水滴”等一系列物理问题情境,让学生在问题情境中产生疑问,发现问题,提出问题。创设物理问题情境是探究式课堂教学的良好开端。
2、鼓励学生大胆猜测和想象,激发学生的潜力
猜测、想象是人在大脑中对已有的表象进行加工创造、创新的过程。作为一种能力,它是创造性素质的主要组成部分。创造性想象是异想天开,其产品往往是新奇独特的,有些是现实中根本不可能存在的。但正是它们,把人们带进了科技创造发明的大世界。在物理探究实验教学中,老师可以在适当时候给学生一个猜测想象的机会。例如在实验前猜测实验现象,在完成探究实验后对所学知识进行一次想象运用。
探究“固体熔化时温度的变化规律”实验后,我要求学生做课外小实验:烧杯、试管内部装有冰,将试管放入烧杯中,用酒精灯给烧杯中的冰加热,当烧杯中的冰没完全熔化之前,试管中的冰会熔化吗?
在实验之前,我要求学生大胆猜测实验的现象,实验后,大多数同学发现自己的猜测是错误的。这时我给他们分析其中的原因,让学生明白刚才的猜测想象缺乏科学根据,因此是错误的。
实践证明,培养学生的猜测勇气和想象力是培养创新思维的有效方法。在培养学生的猜测勇气和想象力过程中,学生的活动应该是科学的、积极的,最终要把他们引向科学的创造。
3、实验时指导学生自己探究,注意教师角色的定位
指导性的探究实验是常见的探究式教学模式。探究的课题往往是给定的,教材中也会给出探究的指导方案,只需教师在探究过程的每一个环节给予必要的指导。例如:在教学“探究电流的大小与电压、电阻的关系”一节时,教材明确地给出了探究的课题,实验材料的准备,实验步骤的设计,实验数据的记录表格,同时也给出了学生指导性很强的思考题目等。在动手实验时,教师要指导学生回顾电压表和电流表的使用,回顾控制变量法,强调电路的连接要正确,要准确读数、记录、认真分析,总结实验结论。这样学生才能理解到探究性实验的内涵和其中所蕴涵的科学方法。
探究性教学并非是摒弃传统教学,而是在传统教学的基础上选择出一些具有探究价值的教学题材,在教师指导下,让学生自主地发现,探究物理规律,重视对物理教学过程的探索,从而使学生的认知过程进行积累。探究性教学意在培养学生科学的求实态度,真正体现物理实验性学科的特点,因此,在初中物理教学中有必要进行探究性教学的尝试。
参考文献:
价值教育的范围很广,在文科课堂中谈价值教育很容易被人理解,但在理科课堂中谈价值教育的实施却是一个容易让人费解的话题。这种费解可能来自于对关键词“价值”、“理科”的不解。
(一)价值教育与“价值”就“价值”概念本身而言,人们并不陌生,其内涵简要地说就是“客体满足主体需要的程度”。一种物品或社会服务,其满足人们需要的程度越高,它的价值就越大;反之,它的价值就越小。这一理解经常出现在经济学领域,同时也是很多哲学家对价值内涵的一种界定,如有学者就认为,价值学就是研究“有用没用”的学问。[1]但是,在教育学与伦理学领域,“价值”概念的内涵出现了重要变化。比如,“当伦理学家批评一些公众人物缺乏正确的‘价值信念’的时候,或者当教育学家提出‘应该从小培养青少年学生良好价值品质’的时候,他们所说的‘价值’概念根本不可能在‘有用性’意义上得到理解,而只能被理解为‘主体满足需要的正当性原则’。”[2]比如尊重、关爱、平等与公平等是大家最为熟识的“正当性原则”,这即为价值教育中的“价值”。价值教育就是把这些“满足主体需要的正当性原则”通过教学活动,以直接或间接的方式,内化为受教育者的价值观念、价值态度,最终使受教育者建立起基于正确价值原则的生活方式。所以,价值教育是一种完整教育活动的一个组成部分,它所关注的不是学生有关事实性知识、程序性知识的获得,而是学生价值观念和价值态度的形成、价值理性的提升、价值信念的建立及基于正确价值原则的生活方式的建立。[3]毫无疑问,理科课堂中的价值教育应从属于价值教育,但其价值教育中的“价值”具有一定的特殊性,它的特殊性是由理科的知识属性所决定。
(二)理科课堂中价值教育的“价值”内涵及其特殊性“理科”是一个大家比较熟识的概念。在学术界,大家一般把中小学阶段的理科教育等同于科学教育,如有学者认为,科学教育“指的是自然科学教育或理科教育。”[4]如果从知识属性判断,理科的教学内容是以自然科学知识体系为主要内容,属于自然科学范畴。所以,中学理科教学内容是中学科学教育的重要内容,理科教学作为中学科学教育的代名词是恰当的。理科课堂中价值教育的“价值”一词又该做何理解?既然价值教育中的“价值”是指主体在实践行动中应当遵循的正当性原则,是个体行为的指南与依据,那么据此定义出发,理科课堂中价值教育的“价值”,应当是指从事理科学习或理科研究活动应当遵循的正当性原则,这些价值原则显然是任何一个个体进行科学研究或理科学习活动应当遵循的重要行为指南,它们侧重于科学思维方式、科学态度及相应的科学价值观。笔者认为,一个优秀的理科学习者或研究者应具有的价值品质包括:独立思考、认真分析、解决问题的好习惯;逆向思维与质疑精神和能力;有序思考问题、认真细致解题的好习惯等。当这些价值品质内化为个体的信念后,就会成为指引个体成功地进行理科学习或从事相关研究活动的价值观。新课程改革以来,新的课程目标设置中明确提出了情感、态度与价值观目标,这一目标恰是价值教育所关注的价值目标,它是课堂教学中实施价值教育的重要目标载体。所以,理科课堂中的价值教育是指在理科教学活动中,通过直接或间接的方式,达成理科相应的情感、态度与价值观目标的过程,情感、态度与价值观目标在价值教育中被称为价值目标。
二、理科课堂实施价值教育的必要性与价值追求
理科教学不仅要使学生掌握理科的基础知识、基本技能,还应使学生吸取科学的思想、养成表达清晰、思考有条理的理性思维方式,使学生具有求真求实的态度和锲而不舍的精神。
(一)从学习的角度看,理科课堂实施价值教育是为了养成个体完整的科学素养在众多对科学素养概念的分类和定义中,影响最为深远的为米勒的定义。米勒于1983年提出了科学素养的三维模式,即认识和理解一定的科学术语和概念的能力;对科学研究的一般过程和方法有所了解,具备科学思维的习惯,在日常生活中能够判断某种说法在什么条件下才有可能成立;全面正确理解科学技术对社会的广泛影响,能够对个人生活及社会生活中出现的科学技术问题做出合理的反应。[5]米勒提出的科学素养的三维模式,得到了学术界的广泛认同。如果对其科学素养的三个维度再作进一步的归类,依据三个维度的内涵、性质来判断,上述三个维度实际上可以归为两个领域,一个是认知领域,也即是知识学习目标,通常是指科学的事实、概念、原理、规律等的学习目标,比如米勒维度一与维度二的部分内容;另一是情意领域,也即指向科学的情感、态度与价值观的学习,比如维度二中的部分内容与维度三。认知领域是传统的知识教学关注的对象。情意领域则是价值教育关注的对象,也就是说,价值教育的目的在于达成科学教育的情感素养,最终目的在于培养学生的科学精神。仅重视知识教学,离开科学精神培养的科学教育是不完整的科学教育,科学精神是理科教学实施价值教育的最终目标与追求。科学素养包括两个领域,一是认知领域,也即科学知识;另一是情感领域,也即科学精神。要培养一个人的科学素养,认知素养与情意素养既相互依附,又相互独立,二者缺一不可。科学精神是指存在于科学共同体中从事科学研究应具有的精神气质,它是一套约束与指导科学工作者的价值观和规范的综合,这恰恰是本研究所提出的理科价值教育中的价值的内涵。但是,我国传统的理科教育只注重事实性知识与程序性知识,关注知识的形式化的演绎。在绝大多数的理科教学中,教师把科学知识当做教条传授给学生,忽视了科学知识发现的过程,有的只是着眼于应付考试的解题能力和解题技巧,这样培养出的理科学生具有的是残缺不全的科学素养。他们虽然熟练地掌握了科学的知识和技能,但却未必真正理解了科学,甚至对科学以外的东西,如社会、人,以及科学与社会及人的关系等,一无所知。这种人是片面发展的人,是单方面的“工具人”、“物理人”、“经济人”。[6]笔者认为,理科课堂中的价值教育应致力于如下几个方面。首先,要有助于学生实现完美的科学生涯,为终身学习、工作奠定良好的基础。其次,要服务于社会和生活的需要,要协助学生解决有关科学的社会问题。再次,其最终追求要在于培养受教育者完整的科学素养。
(二)从教学的角度,理科课堂实施价值教育是为了实施完整的科学教育理科知识如数学大多是由一些“公理”、“定理”、“法则”、“公式”等“硬”知识组成,这些内容本身并不蕴涵情感、态度与价值观因素,但它们都是人类探索自然、追求真理的知识结晶,其中不仅凝聚着前人的智慧和创造才华,也蕴含着前人对科学的执着追求、百折不挠和献身事业的高尚精神。所以,科学知识不仅表现为一定的理论体系,而且还内含着方法论规则、世界观的价值与伦理学规范。或者说科学不仅有具体的科学事实、定律和理论,而且还有深层的哲学和文化内涵。倡导理科课堂中的价值教育,试图改变人们“学化学就是掌握化学知识,学物理就是掌握物理知识”的观念,唤醒理科教师在关注科学知识传授的同时,还要关注探寻科学知识的过程与方法,更应关注科学的价值观与科学精神的形成与培养。理科课堂教学不应仅局限于公式、定理等单纯的科学知识讲解,还要向学生揭示蕴含于科学知识中的科学思想和科学思维方式,实现科学知识与科学文化的双重传递。这一认识已受到有识之士的重视并在一些国家的教育政策中得到体现。简言之,理科课堂实施价值教育的价值追求可以概括为:恢复科学教育的本来面目,实施完整的科学教育,培养受教育者全面的科学素养。
三、理科课堂实施价值教育的内容框架
中学理科课堂实施价值教育应有最基本的内容框架,这个框架是理科各学科价值教育的“纲”也即教学中价值目标设定的“纲”。新课程各理科课程标准中有关情感、态度与价值观目标的内容结构为寻找理科价值教育的内容框架提供了参考与依据。新课程理科课程标准是在广泛吸收国外理科教育的先进经验的基础上制定的,它进一步明确了自己的课程理念,那就是“全面提高每一个学生的科学素养”。其中理科课程标准明确提出理科价值目标,也就是情感、态度与价值观目标,并结合具体的学科制定出了具体的内容,各理科课程内容不同,价值目标的表述也不尽相同,但其基本结构相似。新课程关于价值目标①的明确规定是以往理科教学大纲中所不具备的,极大地拓展了科学素养培养的内涵。但各理科标准在关于价值目标的描述中略显散乱,有交叉、重复及层次不够清楚的现象,一线教师操作起来有难度,本研究以新课标物理、化学学科关于价值目标层次的表述为基础,再结合学术界关于科学精神要素及价值教育内涵的界定,寻找理科课堂中价值教育的内容框架。笔者认为,中学理科教学实施价值教育的基本内容框架或结构如下。
1.具有对科学知识、科学研究的兴趣对科学知识、科学研究的兴趣是科学精神的首要成分。美国1996年颁布的《国家科学教育标准》中明确指出,有科学素养就意味着一个人对日常所见所经历的各种事物能够提出、能够发现、能够回答因好奇心而引发出来的一些问题,如科学兴趣、探索科学的冲突。[7]显然兴趣也是美国对科学素养的首要要求。兴趣是学习积极性中最活跃的成分,是渴望获得理科知识而积极参与学习活动的意向。我国新课程各理科课程标准关于理科价值目标的第一个内容均是关于兴趣培养的要求,在物理学科课程标准中,要求培养学生“能保持对自然界的好奇,初步领略自然现象中的美妙与和谐,对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感”。在化学学科课程标准中要求培养学生“保持和增强对生活和自然界中化学现象的好奇心和探究欲,发展学习化学的兴趣”。
2.理性的质疑意识与能力理性的质疑是指对已有的科学认识成果不盲目崇信,而是依据理性的逻辑思维和科学事实加以审视,这是理科教学中重要的价值目标。“科学认识是求知、求是、求真的过程,它要求认识主体不唯上,不唯书,不屈从外来压力,不迷信权威和既有理论,以既有的科学事实为出发点,在理性中生疑、存疑,在实践、实验中质疑、解疑。”[8]科学的基本态度之一是疑问,科学的基本精神之一是批判。理性的质疑还意味着应具有批判意识,它是理性的怀疑的深层内涵。没有批判意识会使理性的怀疑逐渐消失,就会轻信、甚至“迷信”,抑或在观念上或思维方式上逐渐陷入僵化、简单化或趋同化,也就不可能在科学研究过程中做出什么成就。在物理学科课程标准和化学学科课程标准中均有对“理性质疑意识与能力”培养的要求。
3.实事求是的态度实事求是的态度与价值观是科学精神存在的基本依据,体现了科学求真的价值。这一要求也被称为科学共同体成员应遵守的普遍性原则。它是指任何科学研究都应以客观的实践活动为基础,凭科学事实立论并以科学实验和实践作为检验理论正确与否的唯一标准。这一态度也体现在要求科学研究者或学习者应脚踏实地、勤勤恳恳的务实态度上,从点滴做起,扎扎实实地学习,而不是投机取巧,梦想一步登天。实事求是的态度还要求科学工作者必须有坚忍不拔、迎难而上的攻关精神。物理课程标准和化学课程标准中均有对“实事求是态度”培养的要求。
4.超越自我的精神超越自我的精神包括以下内涵。第一,心态上要有超越自我的精神,不能自傲、自大、容不得别人的批评意见。第二,要敢于、勇于让别人赶上,以心悦诚服的态度对待他人、看待他人超越自己的成就。这一要素几乎是所有研究者都应具备的重要科学精神。这既是科学教育的目标,也是学生进行科学学习的动力因素,影响着学生对科学学习的投入、过程与效果。
5.运用科学知识和方法为社会服务的意识与责任感这一要素体现了科学向善的价值,应包括两方面的内容:一是运用科学知识为社会服务的意识与责任感;二是科学的伦理问题。以色列学者雅格曾明确指出:理科(科学教育)应是“致力于科学与社会互动研究的学科,即研究科学对社会的影响及社会对科学的影响”。[9]如在生物学科的学习中,新课标非常强调“理解人与自然和谐发展的意义”,突出“主动参与社会决策意识”的培养;初中物理课标中的第五条与初中化学课标中第六条均是对“运用科学知识、方法分析解决问题意识和能力”培养的要求,新课程这一目标内涵的规定蕴含了为社会服务的意识与责任感的培养。上述五项内容,既是理科价值教育的内容,也是理科价值教育的教学目标。理科教师可以结合本学科具体的教学内容,在传授相应科学知识的同时,有目的、有选择地达成上述价值目标。
四、理科课堂实施价值教育的路径理科课堂中的价值目标是一个非常特殊的教学目标,特殊性在于它是一个情意目标,或是一种观念与态度。作为一种心理过程,它的达成具有极大的复杂性,我们很难判断受教育者是在什么时候、借助什么事件形成了某种价值目标。所以,探索实施价值教育的路径非常困难。借助达成价值目标的载体,笔者认为,理科课堂中的价值教育可以通过如下三种路径来实施。
(一)通过蕴含丰富价值目标内容的教学教学内容按其蕴含价值目标的程度可分为三类:一类是含显性价值目标的教学内容;一类是含隐性价值目标的教学内容;一类是不含价值目标的教学内容。通过蕴含丰富价值目标的教学内容实施价值教育这一路径显然针对的是前两类内容。对于理科而言,在新课程改革后,理科教材内容的设置已把价值目标作为教学内容选择、设置的重要依据,所以,新课程理科教学内容中有大量蕴含丰富价值目标的教学内容。可以通过如下途径实施价值教育。1.通过教授理科教材中的科学史科学史是激发学生学习动力,培养学习兴趣、献身精神与养成科学态度的生动材料。美国的《国家科学教育标准》极为重视科学史教育,将“科学史与科学本质”作为培养科学素养的核心内容之一。我国的新课程教材也大量增加了理科课程中有关的科学史及其相关的科学哲学内容,这些内容在教材中一般以阅读材料的形式出现在每一节、章的后面。这些内容虽然在教材设计中被放在“正规”教学内容之后,作为课后学习、阅读的材料,从价值教育的角度,这些内容完全可以融入正常的教学中,也可以在课堂上进行专题学习。从理科价值目标的培养看,通过科学史及相关的理科知识的教学,可以达成以下价值目标。第一,激发兴趣,培养学习动机。科学史往往选取的是有意义的轶闻趣事,学生非常乐意学习,能够有效地激发学生学习理科的积极性。第二,有利于培养学生的质疑精神。科学史的实例可以激发学生进行科学探索的热情、勇气与欲望,也有益于培养学生的批判、质疑精神。美国学者萨顿曾说:“英雄们一砖一瓦地建造了科学大厦,他们经受多少痛苦和斗争,表现出多大的坚忍不拔。这些事情,如果青年们知道得更多一些,不是将以更大的勇气和热忱工作么?不是将对科学怀有更深的尊敬么?”[10]第三,有利于形成严谨的科学态度以及为社会服务的责任感。科学史的发展往往是不平坦的,焦耳测定热功当量用了40年,法拉第探究电磁感应用了10年。通过对科学史的学习,让学生真正体会到“在科学上从来就没有平坦的大道,只有不畏艰难、勇于攀登的人才有希望达到光辉的顶点。”此外,让学生通过对与社会生活相关的理科知识的学习,体会科学知识的巨大力量,形成社会服务的责任感与意识。2.通过与社会生活紧密结合的内容的教学理科教学有一个重要的价值目标,即为社会服务的意识与责任感。新课程标准中如初中数学是这样描述的:“初步认识数学与人类生活的密切联系及对人类历史发展的重要作用”;初中物理课标规定:“有将科学服务于人类的意识”。在理科课堂上,教师通过教授与社会生活紧密结合的教学内容,恰当地与社会生活相联系,可以有效达成上述价值目标。除了教材中明确设置与社会生活紧密结合的教学内容外,还有一些理科知识与社会生活的联系,需要教师去挖掘、发现。这需要教师具有一定的价值教育意识与价值挖掘能力,才能有效地实施。教师把社会生活中的问题恰当地融入课常教学中,在教师的引导下,既能培养学生学习理科知识的兴趣,也能培养他们用学到的理科知识解决社会生活中问题的责任与意识。
(二)通过挖掘理科教学内容中内隐的价值目标理科课程中还存在着大量表面上不含价值因素的教学内容,比如一些“公理”、“定理”、“法则”与“公式”等,但它们都是人类探索自然、追求真理的知识结晶,凝聚着前人对科学的执着追求、百折不挠和献身事业的高尚精神,教师可以在讲授这些内容时,穿插一些知识背后的故事与价值观,“知识无情人有情”,通过这种赋予价值目标的办法,同样可以实施价值教育。理科课程中存在大量内隐价值目标的教学内容,挖掘内容背后的价值目标就成为实施价值教育的关键。细化解读教学内容中的三维目标,已成为高效课堂的条件与保障,这一工作已在我国部分地区的学校开始实施。就理科课堂实施价值教育的难易程度而言,挖掘教学内容内隐的价值信息实施价值教育是一个比较困难的路径,因为价值目标比较隐蔽,需要教师主动、积极地挖掘,它对教师价值品质要求较高。
(三)通过蕴含价值目标的教学活动这一路径来自于理科价值目标的特殊性。理科价值目标如质疑精神、实事求是和严谨的态度等,皆是一个人在活动过程中或科学研究过程中才体现出来的。所以,通过蕴含价值目标的教学活动实施价值教育是理科课堂价值教育的重要路径。这些蕴含价值目标的教学活动可分为三类。
1.借助实验教学实验教学是理科教学的重要内容,也是价值教育的重要载体。中小学理科教学实验可分为探究性实验、验证性实验与模仿性实验。无论什么实验,实验教学的本质都是通过模拟情景,再现、还原某一科学探究的过程,让学生积极主动地获取科学知识,领悟科学研究方法的活动,在还原这一过程中,让学生体会科学探究的全部价值观。