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物理實(shí)驗(yàn)中反思能力的培育
物理學(xué)實(shí)驗(yàn)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的一種重要活動(dòng),它具有形象、直觀的特點(diǎn),是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ),也是培養(yǎng)學(xué)生各種能力的基礎(chǔ)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上,教師們十分重視培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、想象力、探究能力、動(dòng)手能力、知識(shí)梳理和運(yùn)用能力。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),還特別應(yīng)重視通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的反思性學(xué)習(xí)能力。反思性學(xué)習(xí)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié),是新課程倡導(dǎo)的一種重要的學(xué)習(xí)方式。反思性學(xué)習(xí),是以元認(rèn)知理論為指導(dǎo),倡導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)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(xí)為宗旨的一種學(xué)習(xí)方法。簡(jiǎn)言之,反思性學(xué)習(xí),就是通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程的反思來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)踐表明,反思有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神,為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。所以反思性學(xué)習(xí)能力在學(xué)生的物理學(xué)習(xí)中起到很重要的作用,當(dāng)然在物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中也有很重要的作用。
一、反思性學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的主要影響因素
長(zhǎng)期以來(lái),學(xué)生的反思能力沒(méi)有得到應(yīng)有的發(fā)展。我們認(rèn)為,主要原因有如下兩方面:第一,應(yīng)試教育在人們的思想中仍然根深蒂固,物理實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)方式不利于物理反思性學(xué)習(xí)能力的形成。物理實(shí)驗(yàn)課在教師的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中占有很重要的地位,由于實(shí)驗(yàn)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(duì)學(xué)生反思能力的形成有很重要的作用,但是在現(xiàn)在的物理教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)課常常被上成說(shuō)實(shí)驗(yàn),或者是演示實(shí)驗(yàn),造成這一現(xiàn)象的主要原因是初三的理化生實(shí)驗(yàn)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(jī)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(píng)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(shù)比較少,初二物理一周是兩節(jié)課,而初三物理最多也不超過(guò)四節(jié),做實(shí)驗(yàn)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(yàn)教師,都是誰(shuí)教誰(shuí)領(lǐng)著學(xué)生去做,包括儀器的準(zhǔn)備、儀器的修理都需要教師的準(zhǔn)備,盡管知道實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生各種能力包括反思性學(xué)習(xí)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(xí)能力培養(yǎng)的主要措施
科學(xué)探究包含提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等要素。在實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)階段,如果不加以反思,就不會(huì)學(xué)習(xí)得很深入,更不會(huì)真正地“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”,所以要在實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)階段訓(xùn)練學(xué)生的反思能力。由于長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有對(duì)學(xué)生進(jìn)行反思的訓(xùn)練,所以在科學(xué)探究中,到底應(yīng)該反思什么,怎樣反思,學(xué)生都沒(méi)有明確的目標(biāo)。所以在教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)中,訓(xùn)練學(xué)生每一步做完以后,應(yīng)進(jìn)行有計(jì)劃的反思引導(dǎo)。
1.提出問(wèn)題和猜想與假設(shè)中的反思。在平時(shí)的學(xué)習(xí)中,首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題對(duì)科學(xué)探究的意義,可做以下反思:能否從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題?自己頭腦中總是想著所見(jiàn)到的現(xiàn)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(zhǔn)確地表述這些問(wèn)題嗎?提出問(wèn)題也就是培養(yǎng)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(yǎng)成勤于思考的好習(xí)慣。
2.制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的反思。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是做實(shí)驗(yàn)的依據(jù),沒(méi)有好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也就不能順利地做好實(shí)驗(yàn),做實(shí)驗(yàn)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(xiàn)這樣的情況,就是學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候沒(méi)有思路,這主要是因?yàn)閷W(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的前后沒(méi)有反思的習(xí)慣,不注意總結(jié)規(guī)律而造成的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中可從以下幾方面進(jìn)行反思:對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行反思,對(duì)設(shè)計(jì)中所采用的方法進(jìn)行反思,對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行反思,對(duì)實(shí)驗(yàn)的記錄和觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行反思,并注意總結(jié)設(shè)計(jì)規(guī)律。①對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的反思。就是說(shuō)要讓學(xué)生意識(shí)到他們是怎樣想到這一思路的。首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)原理,然后根據(jù)所確定的實(shí)驗(yàn)原理確定需要測(cè)量的量,接著進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì),再根據(jù)所設(shè)計(jì)的步驟去選擇所使用的實(shí)驗(yàn)器材。比如:測(cè)一個(gè)小石塊的密度,確定了原理ρ=m/v后,明確需要測(cè)得的量為小石塊的質(zhì)量m和體積v,可以用天平測(cè)出小石塊的質(zhì)量,用量筒測(cè)出小石塊的體積;也可以用彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中測(cè)出小石塊的重力,求出它的質(zhì)量,再用彈簧測(cè)力計(jì)吊著小石塊將小石塊完全浸沒(méi)在水中后測(cè)出其示數(shù),然后用浮力原理計(jì)算出小石塊的體積,最后用密度公式求解。這時(shí),可以引導(dǎo)學(xué)生反思是否還有其它的測(cè)質(zhì)量和體積的方法。②對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用的研究方法的反思。在物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷地自己去領(lǐng)悟、吸收和運(yùn)用,因此,當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成后應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生做如下的反思:在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了哪些物理研究方法?它們是如何運(yùn)用的?這樣的研究方法以前在哪些地方用過(guò)?③對(duì)如何得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的反思。在物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中,還有一點(diǎn)也是很重要的,那就是反思在實(shí)驗(yàn)中你是根據(jù)什么得出結(jié)論的,也就是反思實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和記錄的數(shù)據(jù),比如,在焦耳定律的探究中,怎樣知道電流通過(guò)導(dǎo)體所放出的熱量是多少呢?這就牽涉到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(jì)的示數(shù)來(lái)知道電流通過(guò)導(dǎo)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(shù)量來(lái)判斷其磁性的強(qiáng)弱,而不是憑空地?zé)o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(duì)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的的反思。把前面的三步考慮好以后就要設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)步驟了,當(dāng)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)好以后,要引導(dǎo)學(xué)生反思:設(shè)計(jì)的步驟合理嗎?實(shí)驗(yàn)操作可行嗎?在做實(shí)驗(yàn)時(shí)需要先做哪一步?比如:前面的測(cè)小石塊密度的實(shí)驗(yàn),在測(cè)量的過(guò)程中,到底是先測(cè)質(zhì)量呢?還是先測(cè)體積?為什么?也就是說(shuō),當(dāng)步驟設(shè)計(jì)好后,要反思一下步驟的合理性,包括測(cè)量的先后順序,實(shí)驗(yàn)的可行性等問(wèn)題。
3.在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)中的反思。實(shí)驗(yàn)過(guò)程既是觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,提高觀察能力的過(guò)程,也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟是否合理的過(guò)程,又是驗(yàn)證猜想是否合理的過(guò)程。在這一過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的反思能力是非常重要的。①在實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)始前,可反思以下內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理嗎?還有沒(méi)有需要修改的地方?在實(shí)驗(yàn)中需要觀察哪些現(xiàn)象?還應(yīng)該做哪些準(zhǔn)備工作?是否已經(jīng)閱讀了儀器說(shuō)明書(shū)?②在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中,可反思:所選擇的器材合理嗎?實(shí)驗(yàn)操作合理嗎?實(shí)驗(yàn)中觀察到了哪些現(xiàn)象?觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)想的現(xiàn)象一樣嗎?還有哪些現(xiàn)象是沒(méi)想到的?在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)可能出現(xiàn)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(cè)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(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行反思,學(xué)生就會(huì)對(duì)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(yàn),有的學(xué)生就提出平面鏡如果放傾斜了,這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么不會(huì)成功。③在實(shí)驗(yàn)操作完成后,應(yīng)反思:這次實(shí)驗(yàn)成功嗎?所記錄的數(shù)據(jù)正確嗎?實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象合理嗎?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還有哪些需要改進(jìn)的地方?整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全嗎?在實(shí)驗(yàn)中有哪些地方是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有想到的?出現(xiàn)了哪些沒(méi)有預(yù)想到的現(xiàn)象?
4.在分析、論證和評(píng)估中的反思。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析過(guò)程中主要反思以下內(nèi)容:是通過(guò)什么方法得到實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)了哪些新問(wèn)題?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案可以做哪些改進(jìn)?能從實(shí)驗(yàn)中得到哪些教訓(xùn)?
5.在交流與合作中的反思。這一環(huán)節(jié)是培養(yǎng)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(zhǔn)確的語(yǔ)言表達(dá)出自己的觀點(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(jié)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(yàn)過(guò)程中不斷地進(jìn)行訓(xùn)練而逐漸形成習(xí)慣的,當(dāng)學(xué)生形成習(xí)慣以后,也就學(xué)會(huì)了如何學(xué)習(xí),如何形成好的學(xué)習(xí)方法。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的不斷反思,在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(yàn),都要有一定的根據(jù),也就是我們通常所說(shuō)的實(shí)驗(yàn)原理,而不是無(wú)原則地去設(shè)計(jì)一通,這樣設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)才有可信度。第二,實(shí)驗(yàn)的可操作性。有些實(shí)驗(yàn),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(yàn)設(shè)計(jì)是不合格的,也是不可行的。第三,實(shí)驗(yàn)誤差最小的原則。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中,會(huì)有很多種設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jié)出的規(guī)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(jié)論,有利于學(xué)生得出遷移規(guī)律,知道在以后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)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(dǎo)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(shí),加深了對(duì)一些物理規(guī)律的理解。另外,在實(shí)驗(yàn)課中,鼓勵(lì)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(guī)律和伏安法測(cè)電阻電功率的實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)和交流的時(shí)間。總之一句話(huà),物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生反思性學(xué)習(xí)能力的良好平臺(tái)。
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