物理實(shí)驗中反思能力的培育

　　物理學(xué)實(shí)驗是人類(lèi)認識世界的一種重要活動(dòng),它具有形象、直觀(guān)的特點(diǎn),是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎,也是培養學(xué)生各種能力的基礎。在物理實(shí)驗教學(xué)上,教師們十分重視培養學(xué)生的觀(guān)察能力、想象力、探究能力、動(dòng)手能力、知識梳理和運用能力。我們在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現,還特別應重視通過(guò)物理實(shí)驗培養學(xué)生的反思性學(xué)習能力。反思性學(xué)習是學(xué)生自主學(xué)習中不可缺少的一個(gè)環(huán)節,是新課程倡導的一種重要的學(xué)習方式。反思性學(xué)習,是以元認知理論為指導,倡導學(xué)生對知識內容及產(chǎn)生過(guò)程、思維的方法及推理的過(guò)程、語(yǔ)言的表述進(jìn)行反思,突出學(xué)生的主體地位,以學(xué)會(huì )學(xué)習為宗旨的一種學(xué)習方法。簡(jiǎn)言之,反思性學(xué)習,就是通過(guò)對學(xué)習活動(dòng)過(guò)程的反思來(lái)進(jìn)行學(xué)習。實(shí)踐表明,反思有助于培養學(xué)生自主學(xué)習的能力、良好的學(xué)習習慣和思維習慣,培養學(xué)生的創(chuàng )新精神,為學(xué)生的終身學(xué)習奠定基礎。所以反思性學(xué)習能力在學(xué)生的物理學(xué)習中起到很重要的作用,當然在物理實(shí)驗的學(xué)習中也有很重要的作用。

　　一、反思性學(xué)習能力培養的主要影響因素

　　長(cháng)期以來(lái),學(xué)生的反思能力沒(méi)有得到應有的發(fā)展。我們認為,主要原因有如下兩方面:第一,應試教育在人們的思想中仍然根深蒂固,物理實(shí)驗課的評價(jià)方式不利于物理反思性學(xué)習能力的形成。物理實(shí)驗課在教師的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習物理的過(guò)程中占有很重要的地位,由于實(shí)驗的探究性,會(huì )使學(xué)生在探究的過(guò)程中不斷地進(jìn)行反思,所以對學(xué)生反思能力的形成有很重要的作用,但是在現在的物理教學(xué)中,實(shí)驗課常常被上成說(shuō)實(shí)驗,或者是演示實(shí)驗,造成這一現象的主要原因是初三的理化生實(shí)驗操作,占30分,由自己的教師為其打分,一般升學(xué)有望的學(xué)生成績(jì)高些,而不管實(shí)際做的怎樣。這樣為提高升學(xué)率,而進(jìn)行的功利性評價(jià)不利于學(xué)生反思能力的形成。第二,教師的無(wú)奈。首先,物理課的課時(shí)數比較少,初二物理一周是兩節課,而初三物理最多也不超過(guò)四節,做實(shí)驗不如教師講學(xué)生聽(tīng)進(jìn)度要快一些,這樣是不利于學(xué)生的物理反思能力的形成的;其次,沒(méi)有專(zhuān)任的物理實(shí)驗教師,都是誰(shuí)教誰(shuí)領(lǐng)著(zhù)學(xué)生去做,包括儀器的準備、儀器的修理都需要教師的準備,盡管知道實(shí)驗對學(xué)生各種能力包括反思性學(xué)習能力的提高很有好處,但有時(shí)有點(diǎn)力不從心的感覺(jué)。

　　二、反思性學(xué)習能力培養的主要措施

　　科學(xué)探究包含提出問(wèn)題、猜想與假設、制定計劃與設計實(shí)驗、進(jìn)行實(shí)驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等要素。在實(shí)驗探究的各個(gè)階段,如果不加以反思,就不會(huì )學(xué)習得很深入,更不會(huì )真正地“學(xué)會(huì )學(xué)習”,所以要在實(shí)驗探究的各個(gè)階段訓練學(xué)生的反思能力。由于長(cháng)期以來(lái)沒(méi)有對學(xué)生進(jìn)行反思的訓練,所以在科學(xué)探究中,到底應該反思什么,怎樣反思,學(xué)生都沒(méi)有明確的目標。所以在教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習中,訓練學(xué)生每一步做完以后,應進(jìn)行有計劃的反思引導。

　　1.提出問(wèn)題和猜想與假設中的反思。在平時(shí)的學(xué)習中,首先讓學(xué)生認識發(fā)現問(wèn)題和提出問(wèn)題對科學(xué)探究的意義,可做以下反思:能否從日常生活、自然現象或實(shí)驗觀(guān)察中發(fā)現與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題?自己頭腦中總是想著(zhù)所見(jiàn)到的現象與物理學(xué)有關(guān)嗎?能從中提出什么問(wèn)題嗎?能用書(shū)面或口頭準確地表述這些問(wèn)題嗎?提出問(wèn)題也就是培養學(xué)生凡事問(wèn)個(gè)“為什么”,那么要想提出比較有價(jià)值的問(wèn)題,就需要學(xué)生養成勤于思考的好習慣。

　　2.制定計劃與設計實(shí)驗中的反思。實(shí)驗設計是做實(shí)驗的依據,沒(méi)有好的實(shí)驗設計也就不能順利地做好實(shí)驗,做實(shí)驗時(shí)也就沒(méi)有了方向。但在多年的教學(xué)過(guò)程中,常出現這樣的情況,就是學(xué)生在設計實(shí)驗的時(shí)候沒(méi)有思路,這主要是因為學(xué)生在實(shí)驗設計的前后沒(méi)有反思的習慣,不注意總結規律而造成的。學(xué)生在實(shí)驗設計的過(guò)程中可從以下幾方面進(jìn)行反思:對實(shí)驗設計的思路進(jìn)行反思,對設計中所采用的方法進(jìn)行反思,對實(shí)驗步驟進(jìn)行反思,對實(shí)驗的記錄和觀(guān)察數據進(jìn)行反思,并注意總結設計規律。①對實(shí)驗設計思路的反思。就是說(shuō)要讓學(xué)生意識到他們是怎樣想到這一思路的。首先要根據實(shí)驗目的確定實(shí)驗原理,然后根據所確定的實(shí)驗原理確定需要測量的量,接著(zhù)進(jìn)行實(shí)驗步驟的設計,再根據所設計的步驟去選擇所使用的實(shí)驗器材。比如:測一個(gè)小石塊的密度,確定了原理ρ=m/v后,明確需要測得的量為小石塊的質(zhì)量m和體積v,可以用天平測出小石塊的質(zhì)量,用量筒測出小石塊的體積;也可以用彈簧測力計在空氣中測出小石塊的重力,求出它的質(zhì)量,再用彈簧測力計吊著(zhù)小石塊將小石塊完全浸沒(méi)在水中后測出其示數,然后用浮力原理計算出小石塊的體積,最后用密度公式求解。這時(shí),可以引導學(xué)生反思是否還有其它的測質(zhì)量和體積的方法。②對實(shí)驗設計中采用的研究方法的反思。在物理實(shí)驗的設計中要想確定思路,有時(shí)還要用到一些科學(xué)研究方法,比如:控制變量法、轉換法等,要想使學(xué)生會(huì )熟練地選用合適的方法,教師授課的過(guò)程中要注意將這些方法不斷地加以提示,還要靠學(xué)生在物理實(shí)驗的設計過(guò)程中不斷地自己去領(lǐng)悟、吸收和運用,因此,當實(shí)驗設計完成后應引導學(xué)生做如下的反思:在實(shí)驗設計中運用了哪些物理研究方法?它們是如何運用的?這樣的研究方法以前在哪些地方用過(guò)?③對如何得出實(shí)驗結論的反思。在物理實(shí)驗的設計中,還有一點(diǎn)也是很重要的,那就是反思在實(shí)驗中你是根據什么得出結論的,也就是反思實(shí)驗設計和記錄的數據,比如,在焦耳定律的探究中,怎樣知道電流通過(guò)導體所放出的熱量是多少呢?這就牽涉到了實(shí)驗現象的問(wèn)題。在課本中很巧妙地通過(guò)煤油吸收熱量,再通過(guò)溫度計的示數來(lái)知道電流通過(guò)導體所放出的熱量的多少。再比如,在研究電磁鐵時(shí),我們通過(guò)電磁鐵所能吸引大頭針的數量來(lái)判斷其磁性的強弱,而不是憑空地無(wú)原則地去判斷。也可進(jìn)一步地讓學(xué)生反思一下這里用到了什么研究方法。④對實(shí)驗步驟設計的的反思。把前面的三步考慮好以后就要設計具體的實(shí)驗步驟了,當實(shí)驗步驟設計好以后,要引導學(xué)生反思:設計的步驟合理嗎?實(shí)驗操作可行嗎?在做實(shí)驗時(shí)需要先做哪一步?比如:前面的測小石塊密度的實(shí)驗,在測量的過(guò)程中,到底是先測質(zhì)量呢?還是先測體積?為什么?也就是說(shuō),當步驟設計好后,要反思一下步驟的合理性,包括測量的先后順序,實(shí)驗的可行性等問(wèn)題。

　　3.在進(jìn)行實(shí)驗與收集證據中的反思。實(shí)驗過(guò)程既是觀(guān)察實(shí)驗現象,提高觀(guān)察能力的過(guò)程,也是檢驗設計的實(shí)驗步驟是否合理的過(guò)程,又是驗證猜想是否合理的過(guò)程。在這一過(guò)程中培養學(xué)生的反思能力是非常重要的。①在實(shí)驗操作開(kāi)始前,可反思以下內容:實(shí)驗設計合理嗎?還有沒(méi)有需要修改的地方?在實(shí)驗中需要觀(guān)察哪些現象?還應該做哪些準備工作?是否已經(jīng)閱讀了儀器說(shuō)明書(shū)?②在實(shí)驗操作過(guò)程中,可反思:所選擇的器材合理嗎?實(shí)驗操作合理嗎?實(shí)驗中觀(guān)察到了哪些現象?觀(guān)察到的現象和實(shí)驗設計時(shí)所預想的現象一樣嗎?還有哪些現象是沒(méi)想到的?在實(shí)驗過(guò)程中隨時(shí)可能出現問(wèn)題,有了問(wèn)題,小組的同學(xué)之間是否相互解答,相互提示?比如:測量額定電壓為2.5V的小燈泡兩端的電壓時(shí),有的學(xué)生選用了15V的量程,顯然是不合理的,讓學(xué)生對這一問(wèn)題進(jìn)行反思,學(xué)生就會(huì )對這一問(wèn)題引起注意。比如光學(xué)方面的平面鏡成像實(shí)驗,有的學(xué)生就提出平面鏡如果放傾斜了,這個(gè)實(shí)驗為什么不會(huì )成功。③在實(shí)驗操作完成后,應反思:這次實(shí)驗成功嗎?所記錄的數據正確嗎?實(shí)驗中的現象合理嗎?實(shí)驗設計還有哪些需要改進(jìn)的地方?整個(gè)實(shí)驗過(guò)程安全嗎?在實(shí)驗中有哪些地方是在設計實(shí)驗時(shí)沒(méi)有想到的?出現了哪些沒(méi)有預想到的現象?

　　4.在分析、論證和評估中的反思。在實(shí)驗數據的分析過(guò)程中主要反思以下內容:是通過(guò)什么方法得到實(shí)驗結論的?進(jìn)行了怎樣的推理過(guò)程?還有哪些沒(méi)有解決的問(wèn)題?發(fā)現了哪些新問(wèn)題?實(shí)驗設計方案可以做哪些改進(jìn)?能從實(shí)驗中得到哪些教訓?

　　5.在交流與合作中的反思。這一環(huán)節是培養學(xué)生反思的重要一環(huán),學(xué)生在交流與合作中要能清楚地、用準確的語(yǔ)言表達出自己的觀(guān)點(diǎn),這一過(guò)程實(shí)際上就是學(xué)生在用有聲的語(yǔ)言不斷地反思自己的思維過(guò)程,而學(xué)生在傾聽(tīng)別的同學(xué)的敘述的過(guò)程中,也在不斷地反思自己的結論和做法,并將自己的信息和別人的信息進(jìn)行比較從而找出自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。在這一過(guò)程中學(xué)會(huì )尊重別人,學(xué)會(huì )如何與別人合作。通過(guò)以上分析可以看出,學(xué)生的反思是需要在整個(gè)的實(shí)驗過(guò)程中不斷地進(jìn)行訓練而逐漸形成習慣的,當學(xué)生形成習慣以后,也就學(xué)會(huì )了如何學(xué)習,如何形成好的學(xué)習方法。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗過(guò)程和結果的不斷反思,在實(shí)驗的設計過(guò)程中,一定要注意的幾條原則:第一,理論上的可行性。做任何實(shí)驗,都要有一定的根據,也就是我們通常所說(shuō)的實(shí)驗原理,而不是無(wú)原則地去設計一通,這樣設計出的實(shí)驗才有可信度。第二,實(shí)驗的可操作性。有些實(shí)驗,雖然理論上可行,但在實(shí)際的操作中卻很難做到,或者做起來(lái)有一定的難度,這樣的實(shí)驗設計是不合格的,也是不可行的。第三,實(shí)驗誤差最小的原則。在實(shí)驗的設計中,會(huì )有很多種設計方案,在這么多的方案中,雖然理論上可行,也有可操作性,但是有的方案的設計卻會(huì )造成誤差比較大。學(xué)生通過(guò)自己的思考和反思總結出的規律大概比教師單純地講解印象要深得多。這樣學(xué)生通過(guò)自己的實(shí)踐和反思得出的結論,有利于學(xué)生得出遷移規律,知道在以后的實(shí)驗設計中應該注意些什么。

　　通過(guò)上面的分析可以看出,學(xué)生通過(guò)在教師指導下的不斷反思,分析能力提高了,并且能幫助學(xué)生形成正確的物理概念,鞏固物理基本知識,加深了對一些物理規律的理解。另外,在實(shí)驗課中,鼓勵學(xué)生自己制造器材,每個(gè)人都動(dòng)手操作,如在做凸透鏡成像規律和伏安法測電阻電功率的實(shí)驗中,盡可能留出足夠的時(shí)間使每個(gè)學(xué)生都能自己做一次,更要留出學(xué)生自我評價(jià)和交流的時(shí)間�？傊�一句話(huà),物理實(shí)驗是培養學(xué)生反思性學(xué)習能力的良好平臺。

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