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论“非常规”物理实验对初中生物理启蒙教育的意义  

2011-12-31 08:26:20|  分类: 物理实验 |  标签: |举报 |字号 订阅

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论“非常规”物理实验对初中生物理启蒙教育的意义


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论“非常规”物理实验对初中生物理启蒙教育的意义

  作者:李滨 张伟(内蒙古师范大学物理与电子信息学院)  

  摘要:本文阐述了物理启蒙教育的内涵和心理学依据,结合新课程理念,探讨了如何以“非常规”物理实验为手段,创设与初中生心理特点相适应的物理教学情境,对初中生物理启蒙教育的重大意义。 


  关键词:初中物理教学 “非常规”物理实验 物理启蒙教育
 
  一门全新的学科对学生来说既神秘又具有挑战性,也正因如此,学生面对未知的世界,好奇心存在的同时,也伴随着忐忑和畏难的心理。在实际教学中,我们常会发现,在最初学习物理的几个星期学生的兴趣比较强烈,然而随着教学的逐步深入,学生的兴趣便会慢慢减弱,学生对待物理学习的态度也会逐渐产生分化,几个月后,部分学生甚至会感觉学习物理的压力变大而心生抗拒。那么,如何在初中阶段给学生营造与之心理特点相适应的物理学习情境呢?笔者认为,物理教学的初始阶段对学生产生的作用,对学生的后续学习兴趣的保持影响巨大,适宜的物理教学情境和教学方式至关重要,应该格外引起广大教师的高度重视。众所周知,实验在中学物理教学中处于基础地位,其中“非常规”物理实验是近几年提出的概念,其理念和方式对于初中生物理学习的启蒙教育、对激发和巩固学生兴趣以及后续各种能力的培养有其不可替代的效能。
 
  一、物理启蒙教育的内涵
 
  物理课程是初中生在综合科学课程的基础上第一次学习物理知识的分科课程,初中物理教育相对后续的高中物理教育乃至高等物理教育是启蒙教育阶段,因此,初中生学习物理的阶段可以界定为物理启蒙教育。在《现代汉语词典》里,启蒙这个词条有两个意思,一个指“使初学的人得到基本的、入门的知识”,另外一个指“普及新知识,使摆脱愚昧和迷信”[1]。根据启蒙的含义,对初中生进行物理启蒙教育,一方面要从如何使学生有效地学习物理学基础知识、基本技能和方法着手,另一方面,要特别注重如何使学生树立正确的物理思想和激发学生对物理科学热爱的情感。换句话说,初中物理启蒙教育应该是对学生进行物理学知识、技能、方法、情感、态度以及价值观等齐头并进的物理教育,是注重提高全体学生科学素养的物理教育,不以应试为导向,广泛联系学生生活经验和生活实际,旨在消除学生对物理学的神秘感和畏惧感,培养和保持学生对物理学的兴趣,在学习并掌握初步的物理学知识和技能的同时,体会物理知识获取的过程及方法,树立基本的物理学思想,为高中乃至以后更深入的物理学习奠定基础。
 
  二、物理启蒙教育的心理学依据
 
  物理启蒙教育一定是适应学生认识规律的物理教育,因此,准确把握初中物理教学起始年级学生的心理特点、认知发展水平以及思维方式,是对学生进行物理启蒙教育的心理依据。
 
  1.物理启蒙教育应以学生的心理发展水平相适应
 
  从认知能力角度看,根据全国青少年心理研究协作组对23个省市在校青少年思维发展所做的研究,在校青少年思维发展的年龄特点总趋势为:形式逻辑在初一开始发展,高二趋于成熟[2]。我国中学物理教育是从初二年级到高三年级,也就是说,中学物理教育的整个阶段,恰逢学生形式逻辑思维发展的过程。初二年级的学生虽以抽象逻辑思维为主要形式,但仍然只是从具体运算思维到形式运算思维的过渡时期,也就是说从经验向理论的过渡。因此,将事物的有关因素和无关因素区分出来是这阶段学生抽象思维训练的主要任务。依照初中生这一思维特点,初中生物理启蒙教育必须在大量经验事实积累的前提下进行,以适应学生的思维发展状况,因此如何引导并启发学生有意识有方法地积累经验事实便成为教师启蒙教学的工作重心之一。
 
  2.物理启蒙教育应建立在学生原有经验基础上
 
  这个时期的中学生有较强的好奇心和求知欲,对新鲜事物感兴趣,但这种兴趣的强度和持续性很容易受到外界因素的影响,比如学生先前的学习中是否喜欢自然科学,从家长、学长以及社会其他人员那儿得到的关于物理学科的印象等,都会形成初中生对物理学科的先验态度。因此,初中阶段的物理教与学,离不开现实的物理情境,这个情境要贴近学生现实生活,与其所在地域、生活方式、兴趣爱好有密切联系。
 
  对初中生进行物理启蒙教育与普通意义的“启蒙”不同,学生在接触物理学之前,他们的脑子不是白板一块,而是已经有了很多关于客观物质世界的各种认识,这些在日常生活中日积月累形成并非科学的认识称为前科学概念(简称“前概念”)。在这些前概念中,有些是对教学中所要建立的知识体系有帮助的,或者能够纳入学生原有知识体系的,有些则是起到巨大的阻碍作用的。除此之外,初中生的文字信息处理能力、数学工具的使用以及对自然环境和生活环境的观察能力等,也会影响学生对物理学习的适应程度。因此,物理启蒙教育,应该建立在学生原有认识水平的基础上,着力使学生对物理学知识物理学方法和物理学思想形成初步的正确认识。
 
  三、“非常规”物理实验及其物理启蒙教育的意义
 
  1.“非常规”物理实验
 
  “非常规”物理实验,是指主要利用学生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人体或人体局部以及儿童玩具等开发进行的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验教学活动[3]。与其相对应的是使用厂制正规的专门实验器材开展的实验教学活动,即所谓常规物理实验。可以看出“非常规”物理实验不仅仅是降低实验成本,而是将物理教学活动的空间范围扩展到学生的生活环境,广泛地与学生熟悉的事物创设联结,将课堂内外以及课上课下彼此融合。在实验方式上,“非常规”物理实验采取灵活、简便的方法与形式,其实验过程富于生活化和趣味性[3]。
 
  2.“非常规”物理实验对初中生进行物理启蒙教育的意义
 
  学生要形成物理概念和认识物理规律之前必须对之有一定的感性认识,这种认识既可以来源学生周遭的生活环境,也可以来源于实验提供的物理事实,如何把生活环境和实验有机结合起来构建起始年级的教学情境,应该成为初中物理教学过程追求的一个目标。实现这一目标的关键是在生活与物理学知识之间架起一个桥梁,而取材于生活环境资源开展的“非常规”物理实验,恰恰能够发挥这种桥梁或纽带作用。因为利用“非常规”物理实验为初中物理起始年级营造的教学情境,能使学生感到物理学亲近、真实、可靠,能切身体会到物理科学与自身实际生活、物理科学技术与社会发展以及物理与人之间的关系,从而认识到物理来源于生活,学到的物理知识能应用于生活和社会。可见,“非常规”物理实验可以实现对初中生进行良好的物理启蒙教育,其重大意义体现在以下方面:
 
  (1)有利于呈现生活化的物理内容
 
  教学内容的呈现方式多种多样,要考虑怎样才能适合学生的心理特征,以达到优化教学的目的。物理教学起始年级教学情境的设置,应该能提供真实与逼真的活动,为已有经验和新知识的互动创造机会,消除其隔阂与冲突,以利于较好地同化和顺应新知识。
 
  利用厂制的实验器材提供的感性材料,一般是为了使学生对物理事实获得明确的认识而精心设计的,实验内容呈现的方式往往显得非常专业化,这些设备有可能造成学生的实际经验与物理现象之间转换的不畅通。而利用学生熟悉的生活材料、物品或器具进行的“非常规”物理实验,更贴近学生的生活环境,更贴近学生已有的知识经验,有利于打破由于过于专门化的物理实验给初中生带来的陌生感,在实际生活和物理事实之间搭建桥梁。 
 
  例如人教社初中《物理》教材第一章“声现象”中,内容呈现方式运用了唱歌、瀑布、蛙叫等发声物的图片以及大象用人类听不到的“次声”交流等散文,同时为教师运用“非常规”物理实验提供了广阔的空间。教材中要求探究“声是怎样产生的?”其实,学生身边有大量的相关现象,只要教师善于利用身边物品甚至是利用人体自身设计实验方案,就可以随时组织学生进行自主探究学习活动。图1所示是人们熟悉的“非常规”物理实验:让学生用牙齿咬住细线一端,左手持另一端拉紧,用右手弹拨细线,牙齿可感受到细线发声时在振动;用手触摸猴头部位发声,手会感觉到声带在振动。此外,教师还可以组织学生利用直尺、水杯、鼓、乐器等生活环境物品开展实验活动,不一定要用音叉之类的厂制器材也可以取得好的效果。可见,利用“非常规”物理实验创设的教学情境,使得物理与学生生活更为贴近,抽象概念和抽象规律以学生熟悉的物品再现,消除陌生感、畏惧感,有利于使物理学科在初始阶段被初中生接纳。
 
  (2)有助于学生抽象思维的发展
 
  有一种观点认为,课堂上少做实验、以讲实验代替做实验、对学生进行大量的习题训练,则有利于培养抽象思维能力。这显然是应试教育思想带来的对培养抽象思维能力的认识误区。从具体、感性的实践引向抽象概括,才是掌握知识、发展思维能力的一般规律。
 
  使学生对学习材料有充分的理解,是发展思维的直接前提。物理课堂提供的学习材料只有能被学生理解,才能促进其思维能力的发展。因为抽象思维以一定的感性实践为基础,在初步分析和概括中逐步发展。“非常规”物理实验可以使学生获得更多的感性认识和材料,为学生的抽象思维奠定扎实的基础。因此,物理起始年级的教师,必须引导学生观察生活,使学生认识到其中包含的大量的物理现象,以此为基础帮助学生学会初步的分析和概括。
 
  例如在讨论响度与发声体振动的振幅的关系时,除了教材上的演示实验之外,教师还可以在课堂上引导学生观察身边的发声现象:用手指撑起的橡皮筋儿的振动幅度与之发声大小的关系、用手拍打桌面的声音大小与振动幅度的关系等,然后综合这些现象找出它们的共性,总结出“发声体振幅越大、响度越大”的关系。
 
  根据学生思维发展的特点,可知将事物的有关因素和无关因素区分出来,是初中阶段学生抽象思维训练的主要任务。教材通过将音叉发出的声音信号输入到示波器上,呈现不同音叉发声时的波形。我们还可以利用学生熟知的一些乐器来补充演示实验,比如将电子琴发出的声音信号输入到示波器与音叉相比较,电子琴的音调以琴键高低有序排列,有利于排除男女同学不同的音色对学生感受频率概念的错误干扰,这样,学生对电子琴的音调高低体会更为直接,剔除音色这个无关因素后,音调与频率波形的关系也更加明显。
 
  (3)更能体现“从生活走向物理”的课程理念
 
  “非常规”物理实验,一方面可以帮助教师训练学生从现象提取物理事实的能力和理解抽象的物理模型,另一方面,也有助于活化已掌握的物理概念和规律,不仅能解释书本中的实例或解决物理习题,更应该广泛地理解和解释所处生活环境中的现象。   
 
  学生生活环境中有很多可以用来引入物理概念和物理规律的学习材料。比如在讲授“大气压”的课堂上,教师可以利用生活中经常使用的橡胶“吸盘挂钩”演示挂重物而不脱落,如图2所示,提出问题:“吸盘没有粘性,为什么可以紧贴玻璃不掉下来呢?”该问题可以用来引起学生思考并说明大气压的存在,同时让学生感知“大气压很大”的事实,以此来补充马德堡半球实验。这样,会让学生感到物理知识更亲切,物理知识在生活中无处不在。再如,还可以用家庭装洗发水的瓶子来演示,以补充学生不熟悉的活塞式抽水机的工作原理,如图3所示。此外,为了让学生更好的理解滑动摩擦力的大小与压力的关系,可以让学生比较对黑板擦施加不同压力时擦黑板的感觉,让学生认识到日常简单的行为中也蕴含了丰富的物理知识。这样的“非常规”物理实验教学,会促使学生对手边常见的物品自然而然地设想“还有什么其它用途?”这不仅将物理事实与学生生活联系起来,还会使学生体会到物理知识源于生活也能回归生活、解释生活,而且是培养学生创新思维的一个起点。比如当学生了解了温度计是利用液体热胀冷缩的原理之后,教师可以布置课外作业,让学生利用生活材料制作一个简单的液体温度计。在物理启蒙教育阶段,这种制作类作业,不仅能让学生体会到生活材料和所学知识不再是没有关系的东西,还能检验学生对知识的掌握情况,同时,有利于培养学生的动手能力和创造能力。
 
  (4)有利于探究式学习的开展
 
  新的课程理念指出“科学探究既是学生学习的目标,又是重要的教学方式之一”。也就是说在提倡学习方式多样化的前提下,特别注重科学探究活动,相应的,在新教材中也是有意识地用科学探究过程七要素来引导学生进行学习活动,如探究固体融化时温度的变化规律,探究串并联电路特点等。
 
 
  根据循序渐进的原则以及考虑课堂教学时间限制,有些探究活动只是引导学生了解探究的部分要素。图4是人教版八年级《物理(上)》“探究色光的混合和颜料的混合”的教学部分,其中涉及到了探究活动的部分要素。我们可以看出,在设计实验和进行实验部分[4],采用的就是利用生活物品进行的“非常规”物理实验。
 
  同时,通过教材分析也可以看出,在初中阶段大部分探究问题是教材已制定好的由教师提出的。因此为了培养学生能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与物理学有关的问题,教师有必要设计情境,启发学生从身边入手提出有意义的问题,这个环节是开展科学探究的前提。
 
  教师可以充分利用学生好奇爱猜测引发兴趣,同时也要注意学生的思维离不开过去的经验,从认识生活物品或材料的物理性质入手,可开发出既不超出教材范围又使众多学生感兴趣的探究问题。在物理启蒙阶段,利用“非常规”物理实验引导学生提出来源于生活的简单问题。例如万花筒为什么可以呈现绚丽多姿的又有对称规律的图案?以此为问题可以激发学生认知冲突,来引入平面镜成像的规律教学,现象有趣,又可以引导学生动手拆卸万花筒,进而抽象出平面镜成像的物理模型。再如用冬天戴眼镜的同学出入教室眼镜片上的变化可以引导学生提出关于汽化液化的问题;用撒了水的地面会变滑引导学生提出影响滑动摩擦力大小因素的问题;以同时展示冰块和结晶盐在常温的物态变化引导学生提出有关熔点和固体熔化条件的问题等等。
 
  (5)“非常规”物理实验有助于连接课内外的物理学习活动
 
  贯彻“从生活走向物理,从物理走向社会”的新课程理念,也要求教师的眼光不能只局限于课堂教学,通过家庭实验、社团活动等活动连接学生课内外的物理学习,给学生充分的空间和时间观察生活,体验生活,并将物理知识运用于生活。
 
  在连接课内外物理学习活动方面,“非常规”物理实验也有其用武之地。一是,它可以使学生积累理解概念和规律所需的经验,以利于学生带着与实际生活相关的问题参与到课堂学习中,提高课堂吸收效率。例如在学习光的直线传播规律后,可启发学生在课余时间,用泡沫塑料裁成的平板和长钉为材料制作通过测量钉子影子的长度来估测太阳高度的小工具,并完成估测太阳高度的小实验。这个过程中,将物理规律、数学知识结合在一起,又能让学生更深刻理解用光的直线传播规律解释物体影子的形成原因,就更容易直观感受月食日食的成因和人经过路灯下影子长短变化之类的实际问题。
 
  二是,它也是对课堂教学进行补充,有目的参观生活生产器具和设施,或利用生活材料延伸课堂所学的内容。在日常教学中,对某一个问题的探究活动不是仅凭一节课堂教学时间能完成的。整个过程需要教师和学生将课内外活动结合起来才能很好的相对完整地进行探究活动。“非常规”物理实验由于具有简便、灵活、生活化的特点,更有利于学生在课堂上实验小组成员间的交流与互动,也有利于学生课余时间在教师的指导下进行分组探究作业活动。学生课余独立完成或在家长的帮助下也能完成许多探究实践活动。如利用家庭器具观察烧开水的过程,探究水汽化过程温度的变化情况;用吹风机冷热风变换来实践影响蒸发快慢的因素;观察并模拟安装家庭照明电路等。可见,“非常规”实验可以打破常规实验器材的限制,充分利用一切可利用的器材和时间空间,达到其实验目的,进行学习与探究活动。
 
  综上,“非常规”物理实验教学对中学物理起始年级教师营造与学生心理特点相适应的教学情境,从物理知识、物理方法和物理思想的初步认识角度,有效地对初中生进行物理启蒙教育有重要的意义。若系统地在初中物理启蒙教育阶段应用“非常规”物理实验教学,相关的实施程序和操作模式还有待进一步探讨实践。
 
  参考文献:
 
  [1]中国社会科学院语言研究所词典编辑室编.现代汉语词典(第5版)[M].商务印书馆,2005,1075页
 
  [2]物理课程标准组编写.物理课程标准解读[M].湖北教育出版社,2002,第一版
 
  [3]张伟,郭玉英,刘炳升.非常规物理实验:有待深入开发的重要物理课程资源[J].物理教师,2005,(9).
 
  [4]课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心编著.义务课程标准实验教科书·物理 [M].人民教育出版社,2006年3月第三版
 
  [5]阎金铎 田世昆主编.中学物理教学概论[M].高等教育出版社,2003,第二版
 
  [6]张伟,郭玉英.基于情境学习理论的生态化物理教学初探[J]. 课程·教材·教法,2006,(5):59-63
 
  [7]华雪霞.初中物理实验教学中教师教学行为的研究[D] .首都师范大学硕士学位论文.2008
 
  [8]许耀刚.物理启蒙教育的一部好教材[J].课程·教材·教法,1995

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