提高农村初中学生“物理实验”能力的实践研究

PAGE2PAGE5提高农村初中学生“物理实验”能力的实践研究上海市崇明县城东中学陆敏关键词：素质教育、物理实验、观察能力、规范操作、探究学习、创新思维、分析能力

［摘要］本文介绍了在校内实施的“加强实验教学，培养学生物理实验素养和能力”的教改情况，探索改进、完善后的教改实验对全面提高学生素质的作用。研究背景中学物理课程是以观察和实验为基础，以物理现象、概念和规律为载体，以科学探究为主线、以全面提高学生科学素养为目标的基础性自然科学课程。素质教育的重点是培养学生的创新精神和实践能力。物理实验是学生实践活动的重要组成部分。培养学生具备较强的实验能力，不仅能直观地提高其动手操作技能，而且能发展其思维、分析、综合能力，形成实事求是的科学态度和科学的探究精神。二期课改提出多维度学业评价，既注重学生的知识与技能的发展，更关注学生的方法与过程，及情感、态度与价值观的形成，评价学生个性特长和创造能力。由此可见，提高物理的实验能力是物理教育的主要任务之一。捷克教育家夸美钮斯说：“智慧的开端当然不仅止在学习事物的名目，而在真正知觉事物的本身。”初中学生物理实验能力的获得主要依靠学生亲自参与实验。只要我们重视并加强了实验教学，给学生提供足够的参与机会，学生的实验能力应该能够不断提高，同时使知识结构更趋完善，科学素养得以提高。然而，传统教育中的农村初中物理实验教学现状不容乐观，普遍还存在这样一些问题：观念落后、方法陈旧，停留于浅层次要求；注重实验操作，缺少实验探究，更谈不上创新，忽略科学态度、科学方法的培养；更有甚者受考试指挥棒影响，不重视实验，学生实验走过场，实验应有的功能大打折扣；少数学生缺少机会和懒动手脑、实验能力极差，这在近几年的实验考试中也有所体现。这与时代要求相距甚远，出现了有些顶尖学生“基础知识扎实，动手能力薄弱”的现象。因此，针对我校（一所农村初级中学）实际，为加强实验教学，提高学生的实验能力，进行本课题研究是十分有意义的。二、研究概况1、农村初中物理实验能力的范畴主要包括：认知（认识仪器、了解一般用途）、操作（正确合理使用各种仪器及基本操作）、观察（观察实验现象，并能正确表达）、理解（理解所有的实验步骤及原理）、分析（分析实验现象，特别是分析意料之外的现象得出结论，要有较强逻辑推理能力）、创新〔还可以有哪些改进，还可以怎样实验（原理、装置、步骤）〕。2、本课题研究，主要是对本校物理实验教学作一些探讨和尝试，通过对物理实验目标的调整、内容的拓展、方法的更新等，能切实提高农村初中学生的物理实验能力，在此过程中，总结出物理实验教学的新模式。3、基本假设：（1）通过更新思想观念、强化技能训练、培养观察思维、引导探究创新、适度评价激励等措施、学生物理实验能力可以得到较大幅度的提高。（2）现有条件（包括时间、空间、物资等）经整合能基本满足加强实验教学的基本需要。4、研究方法和过程：对本校初中物理实验教学现状及学生的实验学习心理作调查分析。对教材中各种实验仪器、每个实验目的要求、主要功能、步骤方法进行详细研究，根据农村初中学生的认知和心理发展水平及教改的发展方向，结合本课题研究，作适当的调整、拓展。设计提高学生实验能力的具体策略、措施、实施步骤、操作方法。总结前一年实施情况，改进、完善设计方案，第二年再试，验证结论的正确性。整理资料，总结经验，筛选有质量的实验个案4个，完成课题报告。三、提高农村初中学生物理实验能力的实践1、调查并对学生物理实验现状的分析1）测试问卷了解学生物理实验现状：根据问卷调查，个别访谈等了解到：只有五分之三的学生认为物理实验重要，但也不清楚为什么重要；还有五分之二的学生觉得物理实验只是好玩、希奇所以喜欢。多数学生愿意动手做现成的实验，不想也不会设计实验，有部分学生只想看，根本不想做探究性的实验。常常出现男同学抢着做，女同学怕动手；成绩好的积极做，成绩差旁边坐。2）分析存在的问题实验知识缺乏，学生只知其然，不知其所以然；只理论上认识仪器简单的应用，不会将物理仪器应用到实际中。在物理实验时，学生先知道结论，后进行实验，安排上教师演示实验在前，学生实验在后。在实验中出现异常现象，教师只知道“不成功”，没有深入分析原因。对实验中再生资源没有利用。严重缺乏探究精神，多的是好奇心，且难以持久。2、进行实践研究1）落实物理实验的认知要求(培养观察能力与规范操作、正确表述的基本能力)物理实验能力的培养首先让学生正确、熟练地使用各种仪器进行简单物理实验，进行严格的基本操作技能训练，并随着课程的进展逐步加以巩固，这为以后正确应用实验方法获取知识，进行实验设计，探究创新打好基础。如初中物理一开始就是长度的测量，对刻度尺学生再熟悉不过了，因而在思想上就较为麻痹大意。为了克服这一点，先请每位学生拿出手边刻度尺并进行观察，后请一到二位同学讲出观察结果，并组织学生对结果讨论。接着教师引导学生得出：认识测量工具就要认识其测量范围（起始读数与最大读数的范围）和最小刻度（相邻刻度线物理量值）。对于刻度尺的使用，教师在讲台上放置一长方体，然后请一位学生在事先准备好的刻度不同的三把厚刻度尺中选用一把来测量该长方体长，下面同学观察他的测量过程，并加以纠正，同时说明原因。在学生的讨论声中规范操作方法。又如天平在初中物理中是一复杂而又精密仪器，上课时教师为每张桌上准备一架天平。在介绍天平构造时先让学生对天平进行观察，然后请几个学生讲出观察结果（估计学生会有较大困难），这时教师可引导学生遵照顺序观察法，从上到下“刻度盘、指针、横梁、3、研究的思考物理是一门以实验为基础的的学科，实验贯穿于整个教学过程中，因而实验能力的培养对学生的分析能力、思维能力、逻辑推理能力的提高有着重要影响，同时为学生的后继学习奠定坚实基础，在教学过程我们必须注意。1）保持对物理实验持久内动力英国学者贝尔纲说过“如果学生不能够亲自参加科学发现的过程，就绝对无法使他充分了解现有的科学知识的全貌”。物理科学史中闪耀着科学家的智慧，能有效地提高学生提出假设、设计实验的能力，将精妙绝伦的经典实验展示了知识的形成过程。将科学结论产生的过程与方法同学生的学习过程结合起来，能帮助学生深刻理解科学的本质、有效地提高学生的学习兴趣，培养学生实事求是的科学精神。A）精选案例，激发学生实验探究兴趣“兴趣是最好的老师”对中学生来说，兴趣尤其重要。我们知道，当一个人对某种事物有了兴趣，他才能够乐此不疲，教师在教学中可把一些学习活动设计成充满乐趣，有极富跳战性的活动，使学生进入状态，亲身体验，激发学生的学习兴趣和求知欲。如利用物理实验中的现象（磁现象、力的相互作用、大气压作用、光的色散……），生活中的物理（杠杆应用、各种形式能的应用、无线电信号传输……），应用物理中矛盾的对立、统一性（惯性、摩擦、导体和绝缘体……）等。B）评价激励，强化实验探究热情重视物理实验的评价，科学地制定评价标准，分阶段对基本操作，实验观察，实验完成程度与实验报告，探究性实验设计给予考核。其成绩按10℅左右的比例记入期末物理学业成绩评定总分，以激励学生认真完成物理实验，努力提高实验能力。实践证明，成绩评定能调整学生的情感、态度，利用价值观是提高学生实验效率的简便有效措施。这不仅可检验学生实验的进度和效果，还可反馈教师实验教学的得失。采用评价方式，实施评价——反馈——提高的策略，评出信任、希望、自信、智慧。2）加强训练，熟练掌握实验探究操作技能A)按可接受性原则，安排学习方法采用讲练结合、以练为主。在实验教学的启蒙阶段，以教师示范、学生模仿、同步训练为主，以后逐步过度到学生自由独立操作。基本操作要突出操作的规范，在学习每一项操作时都应该让学生弄清楚应该怎样做？为什么这样做？不这样做会有什么后果。防止个别学生进行不必要的错误尝试，以保证实验的成功安全。B）拓宽渠道，重视演示实验中的操作技能教学。课堂教学中的演示实验可以指导学生观察和分析物理现象，培养学生的观察能力、分析与综合能力和逻辑思维能力。也是学习和巩固操作技能的极好机会，教师应该言传身教、动作规范、清晰可见，并提醒学生既要观察现象，还要注意各步操作要领以加深印象。C）改变实验形式，增加动手机会。根据实验室配备条件，挖掘潜力，把有些分组实验改成单人实验，部分演示实验改为“边讲边实验”，有的演示实验让学生来表演等，增加学生动手的机会，使操作更趋熟练、正确。3）抓住关键，提高观察思维能力。认识始于观察，观察是外部世界的信息通过感官输送到大脑皮层，经过加工处理，感知外部世界的过程。俄国物理家门捷列夫指出：“科学原理起源于实验的世界和观察的领域，观察是第一步，没有观察就不会有接踵而来的前进。”初中学生的观察，往往是无意识性、情绪性较浓，观察往往笼统、无序、粗心、片面。苏联心理学家赞可夫发现：后进生的普遍特点之一就是观察能力较弱，进而从观察中得到知识很少。由此可见，培养学生的观察思维能力是何等重要。在物理实验中学会观察，更是提高实验能力的关键所在。A)做到有目的、有计划地实验。观察是有目的的感知活动。明确了目的任务去感知某一事物，知觉的对象就比较完整清晰。根据观察的要求和农村初中学生的特点，在物理实验的初始阶段，教师的具体指导不可缺少。对某一个具体实验，在观察前，要明确观察的目的、任务；观察时，要提醒学生先观察什么，后观察什么，列出观察的要点，从而排除干扰，集中精力，分清主次的观察。当学生初步具备了观察的“目的性”和“整体性”后，就引导学生用已有的知识去预测可能发生的现象，抓住主要观察内容，有选择地对重点部分进行精细观察观察。B)养成良好的观察心理品质。要获得全面、正确的观察结果，必须有良好的观察心理品质。eq\o\ac(○,1)要细心、有耐心。观察时要求学生专心致志，对不同实验按下表不同方法进行观察。细致观察法顺序观察法按一定顺序进行观察，如从左到右、从上到下、从前到后、从内到外。重点观察法在全面观察的基础上，对重点部分进行精细观察。角度观察法从不同角度进行观察。对比观察法异步观察法对同一物体不同部分进行对比。瞬时观察法对不同时刻的情况进行比较。分类观察法对不同情况分类对比。异物对比法将不同物体进行对比探索观察法为探索事物的某些规律而设计的实验性观察。机遇观察法在偶然情况下的观察。eq\o\ac(○,2)要真实。观察结果一定要实事求是，及时真实记录，不能人云亦云，敷衍搪塞。如结果与预期不一致，要认真查找原因，若是操作失误，改进后重做；若确属异常现象，更应抓住不放，分析原因，作出合理解释。C)学会在观察时积极思维爱因斯坦说：“只有你的眼睛看见东西，那是不会发现什么的，还要你的心能思考才行。”在观察过程中随时结合自己已有的知识、经验用控制变量法进行分析、比较、综合、概括，作出科学的判断，得出正确的结论。这种伴随着思维活动的观察也可以使我们得到更多信息。为使学生较快进入这样的角色，教师先是示范（仿照学生观察，把思维活动全过程展现出来）、学生模仿，然后边实验边提出问题引导，再接着在实验前或后提出一些有一定思考意义的问题，最后由学生积极主动思考，多角度、多方位发散思维，随时理解实验现象、归纳出正确的实验结论。或者及时发现问题、提出讨论，集思广益，解除疑虑。从而通过实验提高学生分析问题、解决问题的能力。提高学生的观察、思维能力，还需要身体各器官的共同作用、协调配合，全方位接受信息，加深印象。教师要想方设法采用多种教学手段特别是运用现代教学技术，如：投影、录象、多媒体等，以增强察效果。4)引导探究，培养实验创新能力。探究型实验是学生带着问题在实验和观察基础上通过自身的思考分析，获得科学结论的一种实验。新课程标准提出：“科学探究是学生学习科学的中心环节，基础目标是：学生应培养爱动脑的探究习惯，具有科学探究精神，初步了解科学探究的一般过程，学会科学探究的基本方法，具有一定的科学探究能力、实践能力。”根据农村初中学生的认知、心理发展水平，物理实验中探究型实验教学要求不可能太高，主要围绕实验中知识探究与设计探究性问题有选择地展开。A)学会实验探究的基本方法。学生自行进行探究实验，模仿科学家的研究方法和研究过程，创造性地解决问题，这是以物理实验为载体，培养科学探究能力和创新能力的重要基础。科学探究的基本程序：观察→猜想（或假设）→控制变量法设计实验→实验验证→结论。教师得先行示范，然后提出一些难度不大的问题让学生模仿探究，相互比较各自的方案，提出疑问，修正完善。也可让学生按自己制定的方案实验，自行发现问题、纠正错误。这样循序渐进，学生熟悉了探究程序并在实践中得到多次实验后，探究问题的主动性和积极性会逐步提高，思考问题的方式也更贴近科学探究的方式，教师也可放手让学生在实验的各个阶段自主探究。B)拓展现有实验的探究功能。以教材编排的实验为依据，对实验中的异常现象，鼓励学生“追根究底”、大胆推测，想法验证，这样能使学生在明确实验任务的前提下多途径考虑，养成从不同视点、不同的侧面去思考问题的习惯。C)由生活实际开发而成的探究型实验。物理既是一门实验科学，也是一门贴近生活实际，指导生活实践的一门自然科学。针对生活中的事例，有计划有目的地引发学生的探究，开发出一系列探究型实验。如，滑轮组的机械效率、视网膜上的像、白炽灯、热敏电阻的温度特性……。这些实验既能激发学生的兴趣，更重要的是培养学生从教材中收集、处理信息的能力，通过主动参与，让学生体验到物理知识的价值。学生自主的探究性实验，时间安排可以在课内，更多地在课外；组织形式可以是单干，也可小组合作；实验地点可以在家中，也可在校内。在保证安全的前提下教师可放手让学生探究，教师只需给学生适当的引导、帮助。经常组织同学之间交流、取长补短、使学生获得成功的喜悦，增强探究的兴趣。探究性实验内容的选择与设计要求，既要考虑到基础，使大多数学生能做到和完成，又要照顾到部分优秀学生的需求，所以难易程度应有一定的阶梯性。要鼓励实验创新，哪怕是异想天开，也要肯定其闪光点。学生在探究过程中可能要面临困惑、挫折和失败，可能花了很多时间和精力而结果一无所获，甚至得出错误结论，但这不要紧，重在参与，重在体验科学研究的一般过程，它是人生学习、发展、创造必经的历程，即使失败了，也不可能说没有“长效的”丰厚回报。在探究过程中，学生得到了科学态度、科学方法、创新意识等多方面培养。四、主要成效学生的物理实验能力有明显提高，学业成绩相对优秀。表现在：对物理实验兴趣浓厚，认真仔细，实验操作熟练规范，观察现象全面正确，探究性实验设计科学，创新意识提高。参加县天原杯物理竞赛学生数量明显增加，得奖学生数从无到有，03年三等奖1人、04年三等奖三人、二等奖1人。学业成绩比往届学生高。最明显之处是各类考试中涉及实验题的得分率明显提高。丰富了初中物理教学理论，获得了提高农村初中学生物理实验能力的一些规律性认识，提出培养途径、实施方法，初步构建了一个提高物理实验能力的可操作框架。五、结论和讨论物理实验能力是初中学生必须具备的基本素质。物理实