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中外物理实验教学比较研究
作者:姜涛 来源:《物理通报》 点击:2314次 评论:0
 

摘要:对中外物理实验教学的比较研究,可以提供我国物理教学以有益启发。

关键词:实验 比较 理念 行为

自上个世纪以来,影响世界的四次学习和教学理论变革都肇始于西方国家,美国、英国、德国等国也藉此奠定了其教育发达国家的地位.对西方国家中学物理实验教学观念与行为策略的研究,可以提供我国物理教学以有益启发.

众所周知,物理学由实验和理论两部分组成.其中,物理学实验是人类认识世界的一种重要手段,是进行科学研究的基础.

这一点在基础教育中表现的尤为明显.本文将围绕西方物理实验教学的基本理念及具体行为策略两方面展开论述.

1 西方国家物理实验教学理念

当前,美国在新课程标准推动下的教学创新运动中,指出学校要反复强调体验性的学习;其课堂教学实践也证明,学生学习任何学科都是“从做中学”学得最好,而不是听别人如何说[1].建构主义者认为,知识是个人在与经验世界的对话中建构的.从做中学,可以形成个体主观性的个人知识,在教师的指导下,通过遵循科学研究传统的历史,完成“个体知识”向相对真理性的“客观知识”的转变.美国创新教学研究同时指出,对于科学科而言,这意味着做实验和实地调查自然环境和污染问题等等[1].由此可见,实验教学在美国具有突出的地位.在美国中学物理教学中,只要教师能够用实验说明的一般就不用语言说明,这样就增加了实验的数量;同时,教师鼓励学生根据自己的兴趣和知识基础来设计实验,自由的研究、提问,采集和分析数据,验证假设和写实验报告;最后,美国理科教师在传授知识之前,鼓励学生观察思考和实验,这样一节课中往往先做实验,有时甚至大部分时间在做实验[2].

而在英国,科学学属于三门核心课程之一,因而科学教学备受重视,在科学教学中以“科学探究”为其首要特色.在英国国家课程中,学生探究的过程大致是:确定研究课题——拟定初步计划——查找文献资料——修改研究课题——制定研究方案——选择实验设备——观察实验现象——读取实验数据——分析实验结果——写出实验报告——反思研究过程[3].在这一探究过程中,以实验设计、操作、数据记录、分析为核心,通过实验加深学生对科学知识的理解,经历科学发现的过程,在潜移默化中建立学生科学认识论和方法论的“认知结构”,以培养学生的科学素养.

德国教师也历来重视物理实验,德国物理学界流传着这样一种说法:“没有演示实验的一堂课是不可想象的”.一般每堂课要做2到3个演示实验[4].

2 西方国家物理实验教学行为策略研究

欧洲文艺复兴以前,物理学没有能够奠定其科学的地位,这与其思辨而非实证的传统有关.出于对经院哲学的憎恶,达·芬奇指出:“科学如果不是从实验中产生,并以一种清晰的实验结束,便是毫无用处的,充满谬误的”[5].

此后,伴随着实验在科学研究中的巨大成功,l9世纪30年代,甚至诞生了视观察和实验为唯一可靠知识来源的实证主义哲学,虽然这一哲学在20世纪下半叶逐渐为人们所抛弃,但物理学,特别是经典物理学以实验为基础,其理论必须能够经受住实验的检验这一物理科学理论的本质特征始终没有改变.作为物理科学发祥地的西方国家因此在实验教学上极具其历史传统特色.

与我国相比,主要表现在三个方面.
2.1立足于生活和社会,取材于简单物品

物理学原本就是一种以数学为工具,对经验世界加以建模的方式,因而来源于生活,服务于社会.

经典物理学实验大多不需要现成仪器,可直接从日常生活用品中取材.如美国中学提倡用低成本的、随手可得的东西做物理实验,一支笔、一张纸、一枚硬币、一个可乐瓶、一个鸡蛋………经过教师匠心独运的设计,就可以用来做各种实验.

如同美国一样,英国也极为重视科学探究活动,但在科学活动设计中,所有活动对器材的依赖程度都不高,大部分只需要一些可以直接从日常生活及周围环境中取来的东西[3].

又如在德国中学物理课堂中,为了说明大气压的存在,教师以一个空的和另一个注入少量水的易拉罐,同样加热,使水沸腾,随后分别把两个易拉罐浸入水中,前者毫无动静,而贮水的一个顷刻间变成一个干瘪的罐[4].

这样的物理演示实验在潜移默化中培养了学生的动手能力,使他们知道物理学和生活、社会密不可分,使用最简单的东西就可以探索自然的奥秘,而不是必须使用精密的仪器,在专门的教室中才能进行物理学的研究.

反观我国物理课堂演示实验,教师使用自制仪器的为数寥寥,大多数教师直接使用仪器站配发给学校实验室的仪器,完成教材中规定的实验即可,不再为说明物质世界的规律而自主开发实验和实验器材,其中一条充分的理由就是物理教师教学工作备课量大,没有额外的精力和时间.事实上,一位中学物理教师每周约上l2一l6节课,相比英国物理教师每周30节课而言,并不算多.另外,全国各地(包括经济发达的沿海地区)物理教师一直在不同场合抱怨仪器不够先进、齐全,互相攀比学校有几台实物投影仪、几个多媒体教室.而在经济超级大国——美国,比较昂贵的仪器,如迈克尔孙干涉仪、x光机、大型激光器等,也由学区统一购买,统一使用,并非每所学校都配备齐全.

2.2保持实验的探究性本色

我国的实验从行为主体的不同可以划分为演示实验与学生实验两类.演示实验由教师当堂操作,对现象进行观察或记录数据,经分析推理或数据处理得出对自然界某一方面规律性的认识.学生实验则往往由实验室人员提前摆放好仪器,而实验目的、原理和步骤早已在理论课中进行了分析.对某些程度偏低的班级,教师还要事先给学生演示一遍.实验进行过程中,每遇到学生的误操作,教师会立即加以更正,以免影响实验的进度或损坏实验仪器.

反之,美国物理教学则保留了将实验作为探究手段的本来面目.例如,在一本高中教材《物理的原则和问题》第十七章“天空中的微笑——光的反射和折射”中,为了导出光的反射定律,而设计了一个探究性的小实验.它让学生向墙壁抛出一个乒乓球并反弹到实验伙伴那里,学生首先要预测要使球反弹到恰好方向必须击在墙的哪一点上,实验之后,让学生比较,得出一个普遍规律[6].诸如此类的例子在西方国家物理教学实践中不胜枚举.

从中,可以看出国外物理教学中的实验设计不过分强调原理的严谨性和测量的精密性,而是通过实验探究的过程,让学生不断地反思自己的观念和操作,在与经验世界的对话中建构自己的知识,充分调动其学习的主动性、能动性和积极性.2.3学生实验和演示实验并重

美国课堂教学过程中,教师演示与学生实验时间比约3:2,具体地说,根据学校条件的不同,学生实验约占总课时的10%—20%,同时,学生的课外活动也主要是在实验室或家中做实验.可见,美国物理教学突出了物理学实证科学的特点,强调学生在动手操作过程中积累经验.并且,教师在教学活动中10% 一25%的时间也用于做演示实验.

在英国的中学物理课堂教学活动中,五年中学阶段的实验时间(包括演示实验)平均占全部教学时间的50%以上,而在A级课程中平均占40%,教学中以学生实验为主,演示实验为辅[4].

相比我国物理教学中实验所占分量可以看出,我们对实验的重视程度远低于西方发达国家.事实上对教师演示实验的数目和时间、学生实验的时间没有具体的规定,由此造成实验时间普遍不足的现象.以2000年12月第2版的由人民教育出版社物理室编著的高中物理教科书(试验修订本)为例,高一年级一年仅完成9个实验,高二年级也仅完成10个实验,以一年40周学时计算,学生平均钢在实验室的时间还不到12分钟。

综上所述,为了使我国物理课程改革的目标(培养公民的科学素养)能够较好地实现,必须大力提高实验在物理教学中的地位.

参考文献

1胡庆芳,程可拉.美国新课程标准运动及其推动下的教学创新研究.外国教育研究,2004(4):51-55

2 陈娴.浅谈美国中学物理实验教学的特点·物理教师,997(2):45-46

3 胡卫平.中英青少年科学创造力培养的比较研究.外国中小学教育,2004(4):33-37

4 曹磊,谭树杰主编.各国物理教学改革剖析.上海:上海教育出版社,1997,199,203,34-53

5 《自然辩证法通讯》杂志社编.科学传统与文化.西安:陕西科学技术出版社. 1983.33

6 王琳.中美高中物理的对比研究—— 以光的反射和折射为例.物理教学.2004(3):35-36


更新:2006/6/6 7:41:20 编辑:fengyefy
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