中学生物理实验能力的建构及培养

广西桂林市恭城瑶族自治县恭城中学 孟柯薛

  【摘 要】 物理学是一门实验科学，物理学的建立和发展都是在实验的基础上进行的。物理实验是学生获取丰富感性认识的主要途径，是理解掌握物理概念和物理规律的基础，是培养实验观察能力、分析综合能力和创造思维能力的必经之路，是培养科学态度、发展科学思维、形成科学世界观的重要途径。实验能力的高低、实验素质的好坏，是衡量一个学生学习物理水平的标准之一。如何提高学生的实验能力是一个亟待解决的问题。
　　【关键词】 物理；实验能力；建构

　　物理学是一门实验科学，物理学的建立和发展都是在实验的基础上进行的。物理实验是学生获取丰富感性认识的主要途径，是理解掌握物理概念和物理规律的基础，是培养实验观察能力、分析综合能力和创造思维能力的必经之路，是培养科学态度、发展科学思维、形成科学世界观的重要途径。实验能力的高低、实验素质的好坏，是衡量一个学生学习物理水平的标准之一。
　　一、造成当前中学生物理实验能力现状的成因分析
　　由此可见，中学生的实验能力的提高，是关系到学生学习物理兴趣、爱好以及成绩提高的关键。但是，笔者从教多年的经验和事实告诉我们：中学生的实验能力不容乐观！中学生实验能力之低下已经成为一个不容忽视的问题！如在课堂的演示实验中，学生只是在看热闹——观察能力、理解能力低；学生实验中，学生不知道从何下手——动手能力低；做完实验后，实验报告不知如何完成、实验能得到什么样的结论——总结、归纳能力低；完成报告后，不懂得如何阐述出自己的成果——交流、分享能力低！从种种现象看，究竟造就当前中学生实验能力的低下原因是什么呢？笔者认为：
　　（一）中国现有教育体制的影响
　　诺贝尔奖获得者、著名美籍华裔科学家杨振宁在中国科协年会开幕式上发表的题为《中国的文化和科学技术》演讲中，通过对比美国和亚洲学生之间的不同，说明美国与亚洲在文化与教育上的差别，他认为：美国学生兴趣广泛，亚洲学生则钻入狭窄的专业；美国学生东跑西跑，亚洲学生按部就班；美国学生活力充沛，亚洲学生安安静静；美国文化培养学生勇敢，亚洲文化则训练学生胆怯；美国学生有自信心，亚洲学生则没有自信心。可见教育体制的不同，对学生的成长的影响是不同的。中国目前的高考制度、教育模式对学生的学习兴趣，爱好以及选择趋势有着巨大的潜意识的影响力。高三的分科、分类别考生考试，一方面造成了学生对物理课所抱有的无所谓心理。认为反正到了高三，我不报考物理科，高一、高二年级随便一点无所谓。对物理实验甚至是物理课缺乏兴趣。而高二的会考，有大量现成的物理会考复习资料，并且会考本身的难度不大，只要过关就行，没有对物理进行深入研究的必要。这种观点，制约了绝大部分文科见长、理科有畏难思想学生的物理成绩的提高，特别是对大部分思维能力比较欠缺的女生而言更是影响极大。造成了大部分女生物理成绩总是居于下游的现象。另外，现在高校大部分理科专业（包括一些文科专业！）偏偏需求大量的学物理的人才，因为通过物理实验，能很好的锻炼动手、思维、适应等各方面的能力，而这部分学生在进入大学后或步入社会后能很快地进入自己的角色。因此，教育体制的改革是培养全面发展人才的一个先决条件。
　　可见，教育体制的改革是当务之急的头等大事。
　　（二）、教育资源分配的影响
　　中国教育缺什么？缺钱。当前基础教育的最大问题是财政投入不足问题，教育经费占国民生产总值的比例达不到世界平均水平，如2003年国家财政性教育经费为3850．62亿元，占国内生产总值3．28%，比上年的3．32%还减少了0．04个百分点！但是，我国不少地方的财政对城区学校尤其是重点学校的投资一点儿也不低，有些地方甚至达到发达国家的水平，如图书馆、塑胶跑道、体育馆、游泳馆等等会让你耳目一新！假如你去郊边地区去走走的话，你就可以看见另外一种完全不同的景观，校舍破败、桌椅缺胳膊断腿等等！由此可见，我国教育资源的分配的不合理性。
　　现阶段，有些学校以市场手段“经营”学校的基本思路是树牌子——争生源——得利润。特别是贫困地区的中小学为了“经营”好学校，想方设法树立起学校的“牌子”，提高学校的影响力和知名度，不惜代价地负债经营。2003年国家审计署审计调查的50个县，2001年底的基础教育负债23.84亿元，2002年底上升为31亿元，增长30%；到2003年6月底，仅半年时间又增长了25.7%，达38.98亿元。大多数负责人认为，只要把学校的牌子打响了，如成为县、市、甚至是国家级重点学校，则自己得到上级有限的教育资源扶助的机会才有可能大大地增加，有利于自己的进一步发展。
　　当然，对这些重点学校而言，他们的资源丰富了，实验环境、机会都是最优秀的，对这些学校的学生而言，的确也能很好地起到促进锻炼学生能力的效果和提高学生实验及各方面的能力。但是，能成为所谓的重点中学的学校又占所有学校多重的百分比呢？那些占大多数、不能成为重点的学校所获得教育资源的配备是相当有限的，从而造成了实验器材、实验场所的不完善，教学实验条件不充分，各种实验机会的减少等等问题。谈何使得学生的各方面的能力（包括实验能力）的提高？！
　　（三）、教师教育观念的影响
　　作为“传道、授业、解惑者”的教师，是教学的主导者和直接参与者，是与学生接触最密切的对象之一，所以教师的思想、行为很大程序上影响着学生的学习兴趣和态度，甚至于影响到学生的生活方式和人生观。
　　任何事物都是发展的，我们应该用马克思主义发展的哲学观点看待物理实验教学。但是，由于中高考指挥棒的指挥，有大量的教师在物理实验教学中，只是为了学生掌握知识、考试中能得高分而随意地将学生实验改为演示实验，演示实验也只是在课堂上以讲解的形式强行灌输给学生！课后布置大量的习题，没有留给学生任何自由发挥的时间。谈何达到提高学生能力的目的？
　　社会的进步、教育体制的改革、教材的改革、教学内容的综合化程度的提高、知识的更新，都无一不要求作为主导作用的教师不断地进行继续学习，扩充自己的专业知识和其他各方面的知识，不断探索、钻研。但现实教学中，有许多的教师，停滞在已有的经验上，觉得反正自己多年的教学，足以让自己在教学中保障优异的教学效果，让学生能在考试中取得好成绩就可以了。在教学中缺乏必要的创新精神，缺乏全面提高学生综合素质的理念和行动，严重制约了学生实验能力、创新能力的发展和提高。
　　作为教师，只有面向学生，把学生作为主体，不断地在教学中积累经验，不断开拓创新，全面贯彻国家的教育方针，全面实施素质教育，才能真正起到教学的主导作用，真正为学生做好服务工作，为学生以后走上社会、适应社会奠定坚实的基础。
　　（四）、社会环境、家庭成因的影响
　　当今中国社会大环境中的某些不良的观点严重影响了学生和家长（特别是边远、贫困地区的学生、家长）的求学欲望、思想观念。新“读书无用论”思想的抬头、“读了大学没有工作分配”、“花了这么多钱也没有工作不如用这些钱去做生意”等等观点，使学生、家长似乎“看破红尘”，无意识或有意识地向子女施加压力，使得学生背上巨大的精神包袱，无法将精力集中在学习中。甚至使得有一部分学生辍学在家或提前进入社会，成为新一代的文盲或半文盲。
　　现有中国家庭基本上都是三口之家的小家庭，许多小孩在家中是“小皇帝”，饭来张口，衣来伸手，有些学生虽能体谅父母，愿意做一些力所能及的事，分担父母的负担。但是社会环境和家长“望子成龙”的迫切愿望迫使他们不让自己的孩子受到哪怕一点点的“委屈”，事无巨细，一律亲躬，宁愿当自己孩子彻头彻尾的保姆。无形之中抹杀了子女在物理实验与生活相联系、在生活中发现、探索、总结、提高、创新的机会。使得自己的子女成了典型的“两耳不闻窗外事”、只管读“死”书、死读“书”的书呆子。使得学生在物理实践和生活的联系上完全脱节，不利于学生的发展和学生思维能力、动手能力的提高。
　　家庭关系不和睦的学生，得不到父母的关爱，整天生活在忧郁中，更是缺乏和失去了观察周围物理现象的机会和乐趣。甚至有些学生在心理和生理上出现了不同程度的障碍，从而对物理实验乃至物理学科的学习都失去了学习的兴趣和信心。对于这部分学生来说，教师应该起到决定性的作用，首先应用满腔热情对其做好思想疏导工作，端正其心态和树立人生的信念，然后指导其利用正确的学习方法和生活方式，促进自己各方面健康发展。
　　二、提高中学生物理实验能力的策略探讨
　　（1）、建立可行的评价机制
　　现在评价一个学生能力的高低，在绝大部分程度上还依赖于高考的单一的评价机制。而在评价一个人的动手、动脑、总结、归纳等综合实验能力方面，也仅仅在高考那可怜的几道实验题目当中有所发挥。试问：这几道题目能在多大的程度上反映出学生的实验能力呢？
　　现在，就物理教学而言，推崇的是探究式教学和研究性学习的方法，2001年，《基础教育课程改革纲要》进一步提出了基础教育课程改革的目标，指出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。 同年，教育部颁布了我国《全日制义务教育物理课程标准》。该标准提出，义务教育物理课程“应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡多样化的教学方式，鼓励将信息技术渗透于物理教学之中。” 2003年，教育部颁布了我国《普通高中物理课程标准》。提出高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。但是，这些能力的评价和高考评价机制的尖锐矛盾，如何在选拔人才方面得以很好地解决，已经是一件迫在眉睫的事情了。
　　（2）、教育资源的倾向政策
　　要真正发展良好的全民素质教育，基础教育的竞争必须建立在正常、有序的前提条件下，作为国家，应该制定切实有效的竞争机制和有效的监督机制。一是从上而下建立合理的教育资源的分配机制，尽力做到合理的分配，实际上，基础教育更应该得到政府部门的资源扶持，因为“万丈高楼平地起”！也只有使得基础教育设施得到补充和逐步完善，将实验设施器材不足、器材破败不能用等现状消灭掉，才是提高学生实验能力的先决条件。
　　（3）、教师教育理念的更新
　　教学是为高考服务的，高考应该是为选拔人才服务的，一个人怎样才算人才？高考中高分的一定就是人才吗？这似乎不应该成为讨论的话题，但现实告诉我们，现在教育所培养的人才，有一部分却不能胜任日常工作！其表现是在工作中不能很好地将所学的知识转化为实际的应用。究问其原因是什么？笔者认为，这与在学习阶段各方面的缺乏锻炼而造成的。如前面提到的老师在实验教学中将学生实验改为演示实验，演示实验只是在课堂上以讲解的形式强行灌输给学生！只为了高考的分数和升学率着想。思想观念不能很好地转变。更不用说引导学生进行探究性学习、研究性学习了。
　　（4）、学生思想意识的提高
　　每一位学生，每一个方面的发展，可能是被动的，强制的，呆板地发展，也可能是主动的，生动的，活泼地发展，而前一种发展制约了学生在学习方面的兴趣、积极性和成绩的提升。“兴趣是最好的老师”，对学生进行兴趣培养是提高他们物理实验能力的一个良好的方法，而兴趣的培养可以通过有趣-→乐趣-→志趣进行逐步培养。教学中通过物理实验观察和操作，通过有趣的现象把有趣发展为乐趣，在乐趣的基础上，把观察、操作与思维结合起来，深入到事物的内部，在乐趣的基础上更进一步地发展为志趣，从而更进一步、更积极主动地进行探索和研究，提高物理实验能力。
　　A、课堂实验的积极性的提高
　　实际上，每个学生都爱新鲜、都有强烈的好奇心。特别是在实验的过程中，表现出来的好奇心更加强烈！进入实验室不是先看课本预习，也不听老师对实验原理的讲解，而是乱动实验器材，有时甚至会损坏实验器材。但是到了让学生自己动手实验的时候，却又一头雾水，不知道该怎么去做、如何得到实验的数据、得到什么样的结论，课后对相应的题目更是无从下手！换句话说就是做了实验却根本就没有达到掌握实验的目的和效果。
　　针对学生这种特性，本人在不同的班级实验课中采取了不同的教学方式来进行对比，一方面在一个（称作A班）班严格要求学生在上实验课前做好预习工作，进入实验室后由学生自己先根据预习的内容和心得先做实验，然后再统一进行讲解，再让学生针对实验中出现的问题再在实验中去论证和得到实验数据及结论。另外一个班（称作B班）一如既往地按照强制先听老师的讲解，不允许学生乱动实验器材，然后在理解各方面的基础上做实验，在做实验的过程中只是给学生必要的回答。经过对比发现，A班的学生在作业或考试中对该实验的题目90%都能做出，也就是说90%的学生都能掌握！而B班只有68%左右的学生能掌握！可见，让学生结合自己的兴趣、爱好以及新鲜感自由地发挥他们的想象能力，能够充分地调动起学生的主观能动性，在最大程度上使学生的动手、动脑、分析、判断、总结、归纳能力得到了发挥和提高！也就是达到了让学生“我要学”的一种境界。应该说，让学生自己动手使得物理实验由浅入深、由简单到复杂、由被动模仿到主动设计以及综合运用，这种教学符合人们的认识规律和教学规律，取得了良好的教学效果。
　　B、研究性课题的开展
　　研究性学习是以学生自主活动为主，围绕一个主题进行探究，在探究过程中进行学习的开放性学习活动。我国教育部颁布的《全日制普通高级中学课程计划》明确将研究性学习作为“综合实践活动”的一项重要内容和必修课，并强调“实施以培养创新精神和时间能力为重点的素质教育，关键是改变教师的教育方式和学生的学习方式。”“设置研究性学习的目的在于摆脱传统教育中的教师传输、学生接受的方式，注重培养学生独立获取知识的能力、自觉发展意识的形成”。
　　研究性学习则可以弥补在课堂教学中学生无法得到动手锻炼的缺陷。比如在《日光灯的频闪问题的研究》中，本人所指导的学生指出：现在的日光灯使用的绝大多数都是交流电，电流流过灯管时都会不停地闪烁，虽然眼睛感觉不到，但实质上会严重影响视力，如果使用的电流改为直流电，则问题迎刃而解。在研究过程中，学生碰到了如何启动、又如何在启动后改为直流电？灯管启动后关闭再次启动则须较长的缓冲时间，问题如何解决？在研究过程中学生还有惊喜的发现，如灯丝被烧毁的旧灯管放到自己的实验中仍然可以使用！学生通过实践马上就会得到一个经验：可以为家庭、国家节约大笔资金！但通过对日光灯的研究、改进，从设计实验方案、选用器材、连接电路、动手实验，每个环节使得学生的动手、思维能力得了到不断的加强。通过研究，不断地为学生的总结、归纳、分析判断能力的提高奠定了坚实地基础。
　　C、物理小制作竞赛的运用
　　马克思的哲学观点认为：任何事物都是不断发展变化的，应该用发展的观点看待任何事物。中学物理实验教学也是一样在不断变化发展的。以往的简单的实验器材很大程度上已经老化或不太适应新的教学，所以除了购买新的教学仪器，如何在教学之余想方设法利用已有的旧石油气内器材或其他材料对仪器进行改良、制作是作为物理教师的一大课题。是否完全由教师自己来完成？答案当然是否定的！我们可以通过日常的教学对学生加以引导，针对教学过程中仪器出现的问题提出问题让学生进行思考并让学生自己动手加以改进或制作，或者就教师本人在教学过程中发现的问题直接布置学生解决实际的问题。在这个过程中，既使得学生的物理石油气内兴趣得到激发，又让学生在制作过程中不断地研究物理实验的原理，真正通过自己 的努力理解教学内容，而且在过程中不断锻炼自己的动手能力、思维能力和总结归纳能力，提高自身的综合素质。
　　D、生活中物理知识的应用
　　物理知识来源于生活、生产，通过学习，可以将物理知识应用到生活中来，反过来也可以用生活中的具体事例验证物理知识，将理论和实际联系起来，无疑会对物理认知大有裨益！
　　而在教学中教师应该鼓励学生时刻关注生活中的物理知识，通过“一看二动手三思考”激发学生的学习兴趣和亲身体验生活的乐趣。比如菜刀上的学问，一是让学生在家里仔细观察不同菜刀的结构，如切菜的刀、用来砍骨头的刀等，二是亲自动手分别用不同的刀做不同的事，体会在不同用途上菜刀不同的效果，三是认真思考为什么不同的到在不同的用途上为什么有着不同的差别，再结合所学的物理知识来解释所看到和体验到的现象。再比如在篮球运动中让学生亲自体验篮球运动中的物理知识乐趣。为什么体重大的同学不容易被撞倒？为什么体重小的同学运动起来灵活？怎样才能将篮球准确地投入蓝筐等等，只有亲自动手去体验，才能在实践中体会到乐趣，激发探究的热情和学习的兴趣！通过亲身体验所获得的知识才能掌握更牢固。也正是在亲身体验的过程中使得学生在潜移默化中提高了自己的实验能力。
　　三、提高中学生物理实验能力的效用
　　从以上的分析可以得到这样一些结论：
　　1、 导学生观察物理现象，可以最大限度地激发学生的学习兴趣，培养他们的观察能力。
　　2、 养学生的实验技能和创造性思维能力。
　　3、 养学生实事求是、科学严谨的作风。
　　4、 过实验技能的提高，可以不地加强学生的统筹安排、总结归纳、分析判断能力。
　　四、总结、思考与建议
　　物理教学是一项长期的系统的教学工程。只有在教学中勇于探索解决问题的方法，才能更有效地为教学服务。如何提高学生的实验能力以及如何通过实验能力的提高达到提高学生综合素质的目的是一项亟待解决的问题。本人认为：
　　1、中国现有教育体制的改革走向如何，决定学生自主学习的积极性、可行性和主观能动性。因此，对学生的评价机制的完善成为解决问题的关键。
　　2、教育资源分配的合理性决定是否能让实验能力的普遍提高成为可能。
　　3、教师教育观念的改变与否决定于教育体制的改变与否，而教师的教育观念的改变有只管至关重要地影响学生的学习热情。