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物理知識是比較抽象和理性的,學生的思維往往難以介入。物理學故事就不同了,它是感性的,容易激起學生的興趣。如有關“兩個鐵球是否同時落地”的命題,如果展開一點,把伽利略對亞里士多德的懷疑,伽利略的思考論證方法,伽利略通過實驗證實兩個鐵球同時落地這些史實像講故事一樣講給學生聽,就能夠起到激發學生學習的作用。
二、梳理知識體系
沿著物理學發展歷程對物理知識進行梳理,是對物理知識進行體系化的一條捷徑。因為物理發現的歷程,常常是根據人們的認知規律發展的,是人們的認知規律在時間尺度的折射。認知的發展歷程一般是從感性到理性,從直覺到實驗再到思想實驗,從定性分析到定量分析,物理學的發展同樣如此。對物理知識根據物理學史的發展進行梳理,不僅有助于學生了解各種概念、定理、定律的來龍去脈和發展過程,而且有助于根據學生認知規律來對物理知識進行系統化,同時讓學生認識到科學動態生成的歷史過程。
三、培育科學精神
1.細致觀察的習慣
歷史上的許多科學家,都善于通過不為人所注意的平?,F象,細心地觀察與思考,這些事例對學生是很好的激勵。
2.懷疑和批判的精神
物理學的發展過程是一個不斷和修正前人的認識,建立新認識的循環過程。這就要求物理學的探究者敢于挑戰權威,在科學事實基礎上提出新觀點、新理論。例如,亞里士多德從人們的日常經驗出發得出了一個結論:力是維持物體運動的原因,此后兩千年時間里被奉為真理,而正是由于伽利略具有懷疑和批判的精神,才用理想斜面實驗了亞里士多德的觀點,提出物體運動時并不需要外力來維持。
3.嚴謹求實的品質
科學不能有半點虛假,在科學問題上采取隨意甚至欺騙的態度,其后果往往是極其嚴重的。例如,歐洲粒子物理實驗室宣布,他們測量到了運動速度超過光速的亞原子粒子。這一消息曾令全球為之震撼,因為這可能會導致愛因斯坦的相對論被。然而事實是,他們在設計實驗裝置時的一個小失誤導致了這一事件。物理學史中的這類事件也有很多,在教學中適當引述,有助于培育學生嚴謹求實的學習作風。
4.百折不撓的毅力
要從事實表象直達物理本質,單靠興趣和靈性是不夠的,必須有百折不撓的毅力,能夠始終如一的堅持,才能有所發現。愛迪生研究燈絲,實驗了幾千種材料;俄羅斯諾貝爾物理學獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛為得到石墨烯,用鉛筆和不干膠撕了一萬多次。物理學史中,這樣的事例很多,對培育學生科學研究工作的毅力起到很好的作用。
四、訓練思維和研究方法
如前所述,物理發現的歷程,常常是根據人們的認知規律發展的,是人們的認知規律在時間尺度的折射。這就決定了科學探究過程與學生的認知過程的相似性。物理學家在發現、建立、檢驗、運用和發展物理規律過程中所采用和總結的思維和研究方法,也應該成為學生學習物理知識的思維和研究方法,惟其如此,才能使學生學會正確思維和研究方法。例如,觀察—提出假說—邏輯論證—實驗檢驗—修正推廣,這是科學研究的普遍過程,物理學史中的許多事例都證明了這一點。我們就應訓練學生以此為基本研究方法。再如,科學研究中使用類比、歸納、演繹的思維方法,在物理學史中都有描述,應提示學生,對學生進行有意識的訓練。
當前的教學中,往往把結論直接呈現給學生,卻隱去了曲折復雜的思維過程,這實際上是一種買櫝還珠的行為,因為學生對思維和研究方法的掌握的重要性遠遠超過掌握知識。物理教師要通過物理學史的滲透,讓學生理解科學的思維和研究方式,在教學中要有意識地使學生經歷科學探究的過程。
筆者之一曾在美國考察訪問過八所中學,給筆者留下深刻印象的是:美國中學物理教師普遍很重視實驗。他們一般都有自己的專用教室,各班學生輪流來上課。教室里四周靠墻的桌子上,常常擺了一圈演示實驗儀器。教室旁邊還有一間準備室,準備室里也放滿了教師的各種教具與實驗器材。這些演示教具和實驗器材大多是教師自己設計制作的。許多自制的實驗器材構思巧妙,結構簡單,效果良好。例如,ROYAL中學的貝克爾先生設計的將沉重的長方木從中點水平支起來,用塑料的高爾夫桿套經毛皮摩擦后吸引長方木一端使之水平旋轉的靜電實驗;磁鐵在豎直的銅管中緩緩下落的渦流阻尼實驗,塑料瓶中裝有界限明顯的兩色液體的模仿龍卷風的實驗;數字顯示不同物體的溫度的實驗等;VANNUYS中學的羅伯特先生用蘋果和南瓜在教學樓頂上做的自由落體實驗;自制木頭飛機在鐵絲上滑行投彈的平拋實驗及“射擊猴子”實驗;SANFERNANDO中學的克朗代爾博士的水流反沖實驗,用玩具槍在不同角度做的斜拋運動實驗等。這些實驗器材大部分是他們自己掏腰包購買材料,不惜時間精力制作起來的,表現了美國中學物理教師對實驗的重視和敬業精神。他們通常一天5節課,另一節用于備課和批改作業等,天天如此,還有的周課時達到30多節的。即便如此,他們也是想方設法設計各種教具及實驗器材以改進教學。
值得一提的是“射擊猴子”問題,這在中國的中學物理課本上也有:樹上吊著一只猴子,有一管獵槍的槍口直接對準猴子,獵槍開火的一瞬間,猴子從樹上掉下,問槍彈能否擊中猴子。我國的有關報刊曾專門對此問題進行過討論,稿件幾乎全是從理論和計算方面來證明或是討論的。而在美國,筆者先后四次看到不同的美國教師用實驗回答這個問題。最精密的實驗是加州洛杉磯大學(UCLA)的霍夫曼博士設計的用激光瞄準遠距離射擊,在猴子快要落地時命中的演示實驗。最簡單的實驗是上面提到的羅伯特先生設計的實驗:他用一根3米長的塑料管做為獵槍,用木頭削制子彈,猴子用電磁鐵吊在空中,電磁鐵開關用一導線連至塑料管口。他從管子另一頭瞄準猴子,用嘴使勁一吹,子彈飛出管口,斷開電源,猴子落下,飛出的子彈恰好擊中下落的猴子。如此簡單的實驗,就能得到良好效果。這一“射猴”例子生動地說明了美國中學物理教師對實驗的重視程度。
美國教師認識到,實驗教學比起直接講述來,確實要花費更多的時間和精力,而且在得到結論方面常常反不如直接講述來的簡潔而明確。但物理科學是一門實驗科學,學生從物理實驗中所獲得的感性認識,探索能力和動手技巧等,不是直接講述所能給予的,而且物理實驗在增加物理教學的趣味性方面,也有它不可替代的作用。所以,雖然在美國中學物理教材中一般并沒有列舉需要作什么樣的物理實驗,教學大綱上也沒有規定這部分內容[1],但美國中學物理教師普遍很重視實驗,這已成為一種風氣和共識。
二、關于物理實驗的規范性及多樣性
在我國比較正規的中學中,學生分組實驗的規范性及實驗條件的優越,顯然是大部分美國中學所不及的。筆者曾看過他們的一份實驗講義,上面列舉了七,八個實驗,內容涉及力學,電磁學,聲學,熱學等多項內容,在實驗的規范性及與教學內容的緊密配合方面,顯然不如我們的學生分組實驗。曾到中國中學訪問過的美國教師對中國中學中實驗設備的齊全、實驗經費的充足感到十分羨慕。他們說:“中國的中學是很富裕的?!彼悦绹鴮W生動手做實驗的條件反而不及我國學生優越。我們應該重視我們在這一方面的長處,加強管理,提高儀器設備的利用率,充分挖掘實驗儀器在培養學生能力方面的潛力。
但從另一方面說,儀器的缺乏也激發了美國中學師生在實驗方面的創造性。如上所述,美國中學物理教師自制了大批的教具和實驗器材,此外他們還領導學生搞各種各樣的課外實驗活動。例如,有一所學校的老師領著一個學生實驗小組利用儀器接收從人造衛星上發來的信號,并以此驗證相對論的理論。筆者曾參加洛杉磯1992年中學生發明競賽的評判工作。他們中學生制作的各種各樣的參賽展品擺滿了一個體育館的偌大一周圈門廊,充分顯示了他們中學生課外實驗活動的豐富多彩。筆者在美國參加過多次學術會議,其中教師以及學生演示他們設計制作的各種實驗常常是會議的一項重要內容。
前兩年,計算機在美國中學物理實驗教學中已開始使用,但還不是那么普遍。在筆者訪問過的八所美國中學中,有一所中學的物理教室中擺滿了一周遭黑白屏幕的計算機,學生們正在上有關的課程。他們的課本就叫做“計算機模擬物理實驗”[2],目錄如下:
實驗一統計規律
1.隨機事件的分布2.分布的平均值和標準誤差
實驗二拋體運動
1.平拋2.斜拋3.獵人和猴子。
實驗三非勻加速運動
1.空氣阻尼2.諧振動3.非諧振動
實驗四行星運動
1.環繞一個恒星運動2.環繞兩個恒星運動
實驗五波動
1.正弦波2.波的迭加3.駐波。
實驗六電場
1.兩個點電荷2.三個點電荷3.未知電荷。
與教材相適應有配套的軟盤。學生當時正在津津有味地做著“獵人射擊猴子”的模擬實驗。由目錄可知,這一教材是綜合性的,并不直接配合某一部分物理教學內容,但部分彌補了他們學生分組實驗內容的不足,同時也能使學生獲得操作計算機的基本技能。此外,有些計算機模擬的物理實驗也是用實物實驗很難實現的,例如“行星運動”。所以,預計計算機模擬物理實驗以后會有大的發展。
三、對我國中學物理實驗教學中某些問題的反思
1督促學生做好實驗預習
物理化學實驗大多實驗步驟較多,儀器操作比較繁瑣或者數據處理過程比較復雜,學生沒有預習的結果就是實驗操作及數據處理過程中不斷出錯,甚至損壞儀器,造成時間精力的浪費和實驗室財產的損失[5]。因此我們在上實驗課之前要求學生認真預習實驗并寫好實驗報告,在上課之前要上交預習報告,教師要批閱預習報告,掌握學生對本實驗的了解程度。在講解實驗內容過程中還要對學生進行提問,以便發現學生是否只是敷衍了事,照抄書本上的實驗內容。預習報告也將作為實驗成績的一部分,以這種方式敦促學生做好實驗預習,這樣學生便可以順利地完成實驗和更好地理解實驗內容、提高實踐能力。
2實驗藥品選擇不必拘泥于教材
在全國提倡綠色環保的大環境下,我們對實驗藥品的選擇也應盡量是無毒或是低毒的?,F各高校使用的物理化學教材多種多樣,但都包括經典的實驗項目,且實驗藥品也基本相同。比如燃燒熱的測定,幾乎所有的教材都是使用萘作為測定對象,萘容易揮發和升華,吸入萘蒸氣后,可引起頭痛、乏力、惡心嘔吐,皮膚接觸后可引起皮炎。嚴重者會導致溶血性貧血及肝、腎損害及白內障、視神經炎和視網膜病變等[6]。從綠色環保和對學生安全的角度考慮可采用蔗糖或葡萄糖等代替萘,同樣能達到實驗目的。再比如最大氣泡法測定表面張力的實驗,我校原來采用教材上的實驗藥品正丁醇,但學生普遍反應此藥品氣味大,長時間實驗感覺眼睛不舒服,因此現改為用乙醇做實驗,盡管乙醇也稍有氣味但無毒,學生使用安全且環保,并且學生對該藥品熟悉、接觸多,還會增加學生對實驗的積極性,取得更好的實驗效果。
3全面考核學生的實驗教學成績
以往傳統的物理化學實驗成績的評定,是學生做完實驗后,將實驗記錄下來的有關實驗數據,利用課后時間將實驗報告完成,老師根據學生實驗報告的好壞評定出實驗成績,這樣不能全面真實反映學生實驗水平,往往會造成有些同學實驗時認真,動手能力強,但由于實驗報告寫得不好而成績不高;有些同學做實驗時敷衍了事甚至不動手,課后抄襲或綜合他人數據報告寫的好而得高分,出現“高分低能”、“低能高分”現象,這種隨意性和偶然性,勢必影響到實驗總成績[7]。因此對學生實驗成績應全面考核,實驗成績的評定可包括預習報告、操作能力、現象及數據記錄、實驗報告等幾方面內容,每一項指標均在實驗總成績中占有比例,實驗教師根據學生在各個方面的表現給出成績,避免上述狀況的出現,做到對學生的成績評定公平合理。
4結語
1.1實驗內容陳舊。由于受計劃課時、經費條件等因素限制,目前細胞生物學實驗項目多為傳統驗證性的,如光學顯微鏡的構造與使用、細胞凝集反應等內容。以上實驗內容和遺傳實驗重復。1.2學生缺乏主動性?,F行的實驗教學模式是以驗證理論為主,實驗方式簡單枯燥。一般實驗不要求學生查閱文獻、分析資料,也不要求學生設計詳細的實驗步驟,這樣的實驗教學模式很少能夠發揮學生的主觀能動性,不利于培養師范類院校學生分析問題和解決問題的能力[3]。1.3考核內容不完善。由于細胞生物學實驗課是考察課,獨立于理論課考核,考查內容主要以出勤、衛生、實驗報告為主,教師主觀性較大,缺乏一定的量化標準,較難反應學生的動手能力,進而影響了學生學習動力。
2.改善實驗教學條件,增加實驗教學學時
為了保證實驗教學改革的順利進行,提高實驗教學改革的成效,需要進一步加強實驗室建設。首先要建立開放實驗室,將分子實驗室、細胞生物學實驗室和遺傳學實驗室整合為現代生物學實驗室。從而優化了實驗室的資源共享;其次增加教學實驗經費,改善教學條件。
3.優化實驗內容,構建實驗教學新體系
3.1科學設置實驗內容。在細胞生物學實驗課程的教學過程中,教師需要調整課程內容。調整的原則:一合并技術單一、重復性的實驗。如觀察細胞形態結構、線粒體和液泡系的超活染色與觀察、人類X染色體的觀察等實驗,可將這些單項實驗組合為系統綜合性實驗。3.2建立“三性”實驗教學模式。傳統的細胞生物學實驗教學內容多為驗證性試驗,為進一步深化實驗教學改革,增強學生綜合分析能力,數據處理及查閱資料能力和實踐能力,所以制定了以驗證性、綜合性、設計性為中心實驗的“三性”教學內容。驗證性實驗是通過驗證某些已有結論使學生掌握某些探索自然事物的方法;綜合性實驗是運用本課程或與本課程相關的多種課程知識,對學生實驗技能和實驗方法進行綜合訓練的一種復合性實驗。
4.結語
為使細胞生物學實驗教學質量上一個新臺階,擁有符合實際的教學模式,以適應新形勢下實驗教學水平的發展,所以進行細胞實驗教學的改革是迫在眉睫的任務。通過優化實驗內容,改革教學方法和教學手段,借助輔助教學手段等,讓細胞實驗課擺脫傳統模式,最大限度地增強師范類學生的自主性與參與性,以利于培養具有一定創新潛能和動手能力的綜合應用型人才。
作者:馬勇 陳秀莉 圖雅 單位:包頭師范學院生物科學與技術學院
參考文獻:
[1]翟中和.細胞生物學[M].北京:高等教育出版社,2008.
英語人才的缺口在于專業的商務英語人才,也就是具有扎實的聽、說、讀、寫、譯能力,而且精通國際貿易標準和WTO準則的專業化復合人才。需要設置專業化的課程標準,進行符合經濟發展要求的人才培養課程安排。例如:商務英語系列教學,以幫助學生順利取得就業的敲門磚-劍橋商務英語證書,增強商務商務英語職業的帶入感和現實性;國際商務函電教學,以國際貿易的基本理論為基礎,開展涉及詢價、報盤、訂貨、保險等專業知識的寫作和磋商技巧;強化進出口商務活動的教學,注重進出口業務的學習,通過實訓,鍛煉學生在國際貿易中的基本能力,掌握商務合同的交易知識并能準確運用。
二、完善師資配備
要有計劃的增強商務英語教學的師資力量,招收“既懂語言教學又懂商務知識的人才來從事商務教學和建設”。接納具有教師資格和其他技術資格的“雙師型”人才,來到學校任教,這樣具備英語語言知識又有商務等其他知識的教師在教學以及實訓的過程中能更準確的把握學生的學習程度,將自己的商務經驗與理論知識結合起來運用到學生實訓過程中,能夠更貼合實際的模擬商務情景,更準確的傳遞給學生商務活動英語要求所需的技巧和經驗,使學生獲得強有力的職業競爭力,幫助學生的職業生涯打下堅實的理論基礎。
三、模擬實訓教學
商務英語的學習具有專業性、復雜性等特點,比如商務活動接待用語、商務談判技巧、會議現場口譯等,如果僅僅通過空洞的語言教學,學生很難建立起商務英語活動的輪廓,往往事倍功半。應該在英語語言學習的基礎之上,教師退居次席,由一個教學者轉化成引導者,將商務英語教學模擬到商務活動之中,例如通過角色扮演等教學方法,在商務英語實訓教學中由教師把學生隨機組成3-5人的小組,開展學生之間的互動。依據商務活動的情景設置業務交往和活動情節,讓學生自由挑選角色即興發揮,利用商務活動的環節,能夠讓學生身臨其境的鍛煉商務英語的運用能力,提高學生的學習積極性,而且提高學生的應變能力、鍛煉學生的心理承受能力,幫助其掌握必要的商務禮儀和商務技巧。
四、校外實習實訓
結構性原則包括了知識本身的結構和學生的認知結構.教師在創設情境的時候要充分地考慮到這兩方面的因素.教學情境的創設應該從物理知識本身的結構性出發,結合學生的具體情況,給學生營造一個循序漸進的學習氛圍,讓學生可以根據自己的知識結構和物理知識結構逐步地獲得知識.教師所設置的教學情境要由簡到難,讓學生可以一步步地接近知識殿堂的頂端.這樣的結構化教學情境符合學生的認知規律,會提高學生對于物理知識的認知能力.例如在學習第十一章簡單機械中的滑輪的時候,教師可以給學生提供一些生活中學生經常會看到的現象來作為教學情境,引導學生開始物理知識的探索之旅.例如起降機、吊車、裝修時墻外運沙子等都是學生耳熟能詳的生活情境,教師以此為情境導入,引發學生主動思考的興趣.學生很熟悉這些東西,在教師提到這些事物的時候也不會感覺到陌生,反而會增加學生主動學習的欲望,思考他們的工作原理和所蘊含的物理知識,從而引導學生進入到“滑輪”這個主題上來.通過實例,學生很輕松地就理解了教師的授課內容,并且增加了學生探索的欲望,學生渴望發現生活中更多的滑輪的應用.
2靈活性原則———增加學生學習興趣
教師所創設的教學情境應該是多樣的,不是一成不變的,教師需要根據教學內容來做靈活的選擇.多樣的教學情境也會增加學生學習物理知識的興趣,讓學生可以全身心地投入到教師的教學設計中.為了吸引學生的注意力,教師可以給學生提供一些圖片或者是音像素材來激發學生的學習興趣;也可以通過一些問題來讓學生進行自主探究或者是學生的共同探究;教師還可以利用實驗的方式來吸引學生……變化的方式讓學生始終有一種新鮮感,學生對于教師的課堂教學充滿了期待,學生的學習欲望在情境的調動和影響下在不知不覺中就提高了.學生在物理課堂上呈現了一種“我要學”的積極學習狀態,有利于學生“會學”從而達到“學會”的目的.例如在學習第一章聲現象中“聲音是什么”的時候,教師就可以借助多媒體的幫助,給學生播放一些音頻,如蟬叫、老虎叫、鴨子叫、鋼琴聲、笛聲、喇叭聲等,讓學生去思考:你聽到的是什么聲音?你為什么能聽到這樣的聲音?多媒體可以給學生提供豐富多樣的聲音,吸引了學生的學習注意力.教師也可以給學生設置一些問題情境,讓學生共同去思考.在問題的引導下,學生主動學習的欲望就會大大增強,激發了學生學習的主動性,學生會積極地探究,通過自主學習和合作學習的方式去探究問題,促進了學生對于物理知識的掌握.
3興趣性原則———激發學生學習動力
“興趣是最好的老師”,也是學生能夠進行主動學習的原動力,教師在創設教學情境的時候要關注情境的趣味性.教師所創設的教學情境充滿了學生喜聞樂見的形式,學生心理就會產生一種傾向,對于物理知識的學習也會表現出更高的熱情.學生有了學習興趣,就會以一種積極的心態去學習,這也是新課改所倡導的,教師在教學過程中要對學生“授之以漁”,促進學生主動地探究物理知識.學生對于物理知識有了學習的欲望,就會主動地去探究學習方法,掌握了學習方法,學生的學習效果自然是事半功倍的.當學生通過自己不斷地探究后,學生會有一種“驀然回首那人卻在燈火闌珊處”的感覺,從而增加了學生學習的成就感和自信心,讓學生擁有更多的學習興趣.例如在學習第十三章簡單電路中“初識家用電器和電路”的時候,教師就可以給學生營造一個小組合作學習的游戲情境.給學生提供一個愉快的學習氛圍.在游戲中教師要提前給學生準備一些物體的圖片,有些是家用電器,有些不是,讓學生去對他們進行評定.同時還有一些卡片上面是一些有關家電的簡單的常識性問題.如:什么是電源?電路的三種狀態是什么?為什么在連接電路前必須斷開關?短路是什么等問題.教師可以讓學生以小組的形式去抽卡片,并且對自己所抽到的卡片進行回答,每答對一題給自己的小組加一分.游戲結束后教師對學生的表現和得分情況進行分析和總結.這樣的小組游戲促進了學生之間的團結協作,學生都會積極認真地思考問題,讓自己的小組能夠脫穎而出.游戲的情境可以讓學生非常主動地學習,而且組際之間的競爭,激發了學生主動學習的積極性,讓學生以一種快樂的心情去努力學習,促進了學生對于物理知識的掌握和學習.
4科學性原則———符合學生認知規律
教學情境的合理創設會使教師的教學起到事半功倍的效果,所以,教師要重視自己所創設的教學情境.教師在給學生創設問題情境的時候,不能夠隨心所欲,應該遵循學生的認知規律和授課內容,選擇恰當的方式,并采用靈活多變的形式,調動學生的學習積極性,讓學生可以主動地參與到課堂學習中,成為課堂學習的主體.為了調動學生的好奇心和求知欲,教師所創設的教學情境就要具有科學性的原則,這樣學生才可以積極地圍繞著教師所創設的情境進行學習和探索.例如在學習第十章力與運動中“物體的浮與沉”的時候,教師就可以給學生營造一個學生親自動手實驗的情境,讓學生通過自己的實踐來提高對于物理知識的理解和掌握.教師可以給學生提供擠扁了的牙膏皮、空的有蓋塑料小瓶、乒乓球、生雞蛋等物體,讓學生通過動手實踐去回答:將如下物品浸沒在水中后松開手,它們將如何運動?有了實驗的結論,學生們自然能夠輕松地回答出問題.另外教師可以讓學生繼續去思考:用怎樣的方法可以使原來沉下去的物體浮上來,并使其浮在水面上,可以給學生提供鹽、小硬幣、玻璃杯等實驗器材.實驗本身就是學生喜聞樂見的一種形式,教師通過這樣的形式來創設教學情境,學生的學習興趣在短時間內被大大地激發出來了,提高了學生對于課堂的關注度,讓學生可以愉快地學習.而且實驗的過程和結果是通過學生自己的動手實踐得出來的,增加了可信度,學生親歷了學習過程,對于知識的掌握也起到了良好的效果.
5總結
物理實驗教學,從18世紀德國、法國建立了學校的演示實驗室,教師經常用昂貴的儀器演示生動的現象,從此便開始了世界上的物理實驗教學,成為物理教學中重要的教學手段和有效的教學形式。
近年來高考物理試卷對實驗的考查,不僅從學生實驗發展到演示實驗,而且已從簡單的背誦實驗知識轉向考查對實驗的思想、原理、方法的理解上,重在考查學生的實驗能力和綜合分析能力。例如,1993年是用干涉法檢查平面的實驗,1994年是簡諧振動圖象的演示實驗,1995年是光電效應演示實驗,1996年是運用靜電計研究平行行板電容器電容量的決定因素,1998年有關光電效應的演示實驗和LC振蕩電路的演示實驗。但是實驗題的得分率都不高,反映了目前在中學物理教學中,實驗教學是一個薄弱的環節。許多物理教師都不同地只重視理論的講授和解題能力的培養,而忽視了對學生動手能力的培養。不少學校教學經費不足,儀器設備陳舊簡陋,地方陜小擁擠,嚴重制約了實驗教學的正常開展,對于大綱規定的實驗,不僅開出率低,而且演示實驗的作用和地位還在低水平下徘徊,使學生實驗動手能力普遍較低。近幾年我國中學生實驗素質較差。又如1990~1995年期間,國家教委儀器研究所對一萬余名學生進行實驗能力測試,結果是我國中小學生實驗動手能力幾乎都不及格。說明了我國中小學生實驗動手能力普遍較差。因此,為了培養學生的實驗技能、觀察能力、思維能力和科學的思維方法,提高他們發現問題、分析問題和解決問題的能力,進一步提高學生學習物理的興趣和愛好,調動他們的學習積極性,發揮非智力因素的能動作用,引導他們從小愛科學、學科學,激發他們樹立敢于攀登科學高峰的雄心壯志,縮小與世界先進國家實驗教學的差距,我們應進一步改善實驗條件,改革演示實驗教學,直觀形象地為學生提供感性認識。
二、怎樣改革物理演示實驗教學
1、重視演示實驗教學,加強能力培養。
目前,學生普遍感到物理“難學”,其原因之一就是物理教學中缺乏實驗。而一些經濟發達的國家,他們非常重視物理實驗教學和研究問題的方法,如日本初中物理的課時數只有75課時,但安排的學生實驗卻有20個,演示實驗有130個,并且絕大多數都是研究性實驗,基本形成以實驗為中心的課堂體系??梢?,他們的學生在實驗方面得到訓練和能力培養比我國的學生多得多,他們學生的實驗心理素質比我國中學生強。因此,在當前我國中學教育由應試教育向素質教育轉變過程中,我們對物理實驗教學,必須引起高度的重視,為了研究好這些課題,教師必須研究教材中哪些地方學生感到抽象、容易混淆、接受困難,并結合教學實際,研究解決的方法,努力開發一些直觀的演示,同時在教學中引進近代物理學的某些思想方法和現代科學的新成就,例如:用激發演示光的干涉和衍射,用發光二極管演示電磁感應中機械能與電能的相互轉化等。在實驗教學中,可在規定的實驗中,適當增加相關演示項目,使教學內容更加豐富,使學生的眼界更加開闊。例如“分子間作用力”的演示,可在兩只乒乓球間夾上一段彈簧,球的外側套上橡皮筋,平衡時,引力等于斥力;增大球距時,引力大于斥力;縮小球距時,引力小于斥力。這樣不僅培養學生對物理的學習興趣,更多地拓寬學生視野豐富他們的想象,而且能有效地提高了學生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力。
2、在演示實驗中增加學生的參與。
演示實驗是教師利用課堂時間為學生演示,在操作的同時又引導學生對實驗進行觀察、思考和分析的一種物理實驗教學方式。傳統的課堂教學,演示實驗通常教師演示,學生看,但是很多實驗學生根本看不清,特別是后邊的學生。不同程度的限制和阻礙了學生智能和潛能的發展,直接影響學生實驗心理素質的提高。因此,在演示實驗中,應積極引導學生觀察、猜想、分析、歸納總結,甚至在實驗操作上讓學生積極參與,讓學生充分了解實驗的內容,多次重復,加深印象,鞏固記憶。例如:在“楞次定律”一節的教學中,筆者變原來的課堂演示實驗為邊做邊講實驗,每兩位學生發一套實驗器材(干電池、電流表、原線圈、條形磁鐵、導線),實驗中讓學生首先觀察電流方向與電流表指針偏轉方向的關系,再觀察原線圈的電流方向與磁鐵運動方向的關系,把直觀的材料作為培養學生知覺、觀察力的材料,引導學生仔細、準確地進行觀察,然后引導學生討論、研究、對比、總結出感生電流所引起的磁場方向與磁鐵運動方向的關系,最后訓練學生用科學的語言描述,并解釋所觀察到的現象,從而順理成章地寫出楞次定律??梢?,演示實驗在教師指導下讓學生參與,不僅有顯示學生實驗技能的機會,又能得到科學方法的訓練及能力的培養,加深理解和掌握物理概念和規律,同時可領略物理學的思想,培養科學態度和科學方法。
3、變驗證性實驗為探索性實驗。
中學物理課堂演示實驗可分為驗證性實驗和探索性實驗,而大部分是驗證性實驗。驗證性實驗是對知識的正確與否加以驗證,鞏固和加深對基本規律和基本原理的認識。但是,對學生在學習物理的科學方法和科學態度方面不能得到鍛煉,也不利于培養學生主動探索物理規律的能力,而探索性實驗對培養學生思維能力、創造能力、自學能力、觀察實驗能力及解決實際問題的能力有獨到的作用。正如愛因斯坦所說:“對真理的探索比占有更加寶貴”。
因此,在教學中可把一些驗證性的實驗變為探索性的實驗。在實驗教學中,要盡量再現實驗的設計過程,多讓學生想想:“為什么要這樣做?”“換種方法行不行?”以此滲透物理思想,啟迪學生思路。例如在“牛頓第二定律”一節的教學中,筆者將這個驗證性實驗變為探索性實驗。其研究方法:①邊學邊做實驗:首先讓學生按照自己設計好的實驗方案做實驗,使學生從實驗中初步認識物體的加速度a與物體的質量m及它所受外力F有關。然后,筆者再演示課本上的實驗,規范操作,這樣,不僅使學生掌握科學的實驗方法,而且讓學生觀察實驗過程,注意發現研究對象引起變化的原因和條件以及在實驗中出現的現象,使學生對a和F、m的關系獲得感知。②探索知識:指導學生對問題進行具體研究,處理實驗數據、列表、畫出a-F、a-1/m的圖象。③歸納總結:師生共同分析、歸納、總結出牛頓第二定律。這樣,讓學生用實驗探索和理論探研兩種方法自我進行推證,在推證過程中學生就自然而然地對核定的研究對象、成立條件、使用范圍、注意事項搞得一清二楚。讓學生由學知識變為主動探索自然規律,對知識學得更扎實更牢固,同時使學生受到科學方法的熏陶。
4、合理運用多媒體,優化演示實驗教學。
利用常用儀器、教具進行演示是一種最基本的手段,而利用多媒體教學,是教學現代化的重要標志,是教學改革的重要組成部分。因為多媒體教學是指在教學過程中運用系統科學的觀察和方法,組織多媒體信息,形成合理的教學結構,以實現教學優化,使學生真正體會到物理學科的學習方法,提高學生觀察及分析問題的能力。如應用多媒體展示課堂實驗無法演示的宏觀的、微觀的、極快的、極慢的物理過程,從而突破時間以及空間的束縛,進行逼真的模擬,靈活地放大或縮小物理場景,將物理過程生動形象地展現于學生眼前,使學生認識加強,理解透徹。例如,對于“LC電磁振蕩電路”的振蕩過程分析,筆者應用電子計算機的動畫功能,展現了隨著電容充放電的進行,LC回路中的電場能和磁場能之間的周期性變化,振蕩電路的大小和方向變化的全過程,安全逼真,激發學生學習興趣,使學生在學習過程中保持精力高度集中,思維高度活躍,求知欲高度旺盛的狀態。對于可見度小,不易觀察,且只能水平演示、觀察的內容,例如水波的干涉、衍射現象,用發波水槽借助投影儀演示,既起放大作用,又使其有動感,使學生看到清晰的干涉條紋,對學生腦子里形成正確概念有極大的幫助。但是還有部分同學對波的疊加原理難以理解,又缺乏想象力,為此筆者又用計算機模擬制作了一條直線上兩傳播方向相反的兩列波的疊加,可十分形象直觀地表現波的疊加,學生也容易理解,并取得了良好的效果。
物理學與我們日常生活息息相關,它來源于生活,回歸于社會。作為老師我們有義務幫助學生消除學習物理的畏難情緒。教師要在第一課的時候就應該用淺顯易懂的語言讓學生們知道物理學科的研究范疇,帶領學生感受物理學科的妙趣橫生。教師可以利用學生好奇心、好勝心強的特點,設計一些和學生們小學科學知識相關的經典的物理實驗,如熱傳導、馬德里半球試驗等。在讓學生們自己動手實驗探究的過程中,教師要適時的引導學生,告訴學生其實物理學并不難,它其實就在我們的身邊,只要我們細心觀察、認真思考,“跳一跳腳”就能摘到勝利的果實。當然,教師還可以讓學生說說自己身邊與物理學科有關的自然現象(如露水、霧氣的形成等)和發明創造(如壓縮機、發動機等),從而讓學生們對物理學科產生親切感,產生對物理學科的良好印象,使他們樹立起“我要學物理,我能學好物理”的自信心。
二、建立和諧融洽的師生關系,探索物理學科知識結構,激發學生學習物理知識的興趣
興趣是學習知識的動力,學習興趣直接影響學生智力水平的提高,是學生學習動機中最積極最活躍的成份。因此,在日常的物理教學中,我積極營造寬松和諧的學習氛圍,充分尊重學生,理解學生,充分發揮學生的主體地位,重視他們獨到的見解,以引導者、合作者、分享著的身份參與到學生活動之中。同時我還不斷加強自身學習,努力成為學生喜歡的有魅力的物理教師,以輕松詼諧的語言進行教學,把枯燥的課堂學習變為一種美的享受,創建學生積極主動學習的快樂高效的物理課堂。其實,除了建立和諧融洽的師生關系之外,物理教師還要積極挖掘物理教材本身的學科結構和內涵,不斷提高學生學習物理的興趣。教師可以充分利用物理教材中的實驗,比如熱傳導、聲傳播、凝華、升華現象等實驗,讓學生通過視覺、聽覺、觸覺等途徑感知事物,避免空洞的說教,把枯燥的理論知識形象化具體化。不斷創新這些實驗,保持這些實驗的新穎和刺激,從而引起學生學習的好奇心和求知欲。當然,激發學生學習物理的興趣不僅僅局限于課堂之上,教師完全可以充分利用課外時間,讓學生去收集、發現一些物理現象,并讓學生嘗試著進行探索和研究,教師要充分肯定和鼓勵學生的主動學習行為,從而進一步提升學生學習對物理的興趣。
三、教給學生學習物理的方法,幫助學生養成良好的學習習慣
眾所周知,讓學生掌握一套適合自己的學習方法能夠使他們的學習效果事半功倍。在物理教學中我一般都是通過“四步曲”來組織學生進行物理課的學習——課前預習、課上聽講、課下整理、課后總結。這四步環環相扣,使得我的物理課教學井井有條,思路清晰,教師教著方便,學生學著明白。因此,我也把這種教學思路轉換成學習方法教給我的學生們,讓他們也按照這“四步曲”規劃自己的物理學習,從而幫助學生們養成課前主動預習、課上認真聽講、認真筆記、課后主動總結反思的好習慣,為學生們進一步學習物理奠定了堅實的基礎。
四、倡導小組學習方式,讓學生體會合作分享的快樂,學會自主探究
傳統教學內容往往與企事業的實際需求有所偏差,為了讓學生在今后的工作實踐中能實際應用所學知識技能,我們首先對相關行業的企事業單位進行調研,并根據調研結果對教學內容進行了相關調整,將教學內容分為基礎部分和專業部分。基礎部分為必須講授的微生物基礎知識及實驗技能訓練,它們包括:微生物在自然界中的分布;微生物的分類、形態、構造及功能;微生物的營養和培養基;微生物代謝、控制和培養;顯微技術、微生物大小測定及計數、無菌操作技術。專業部分為微生物在特定專業領域的應用知識及實驗方法:由于我院教學對象為制藥工程專業的學生,因此設定了微生物育種與保藏、微生物的擴大培養、發酵工藝優化等專業相關知識技能的訓練。同樣的,若對于環境工程專業的學生,應該講授一些與環境相關的知識,比如環境因素對微生物的影響,微生物與環境修復以及微生物與環境檢測等。對于食品工程專業的學生,則應該講授的實驗內容包括:食品中微生物的檢測、食品在自然發酵和酸敗過程中微生物的作用等內容。
二“、理論實驗一體化”整合教學內容
微生物學是一門實驗性和應用性很強的學科,微生物學實驗是該門課程的重要組成部分,實驗課的設置目的是使學生對微生物學的認識從理性上升為感性,在充分理解、掌握理論知識的基礎上,提高學生們的操作技能。微生物學教學傳統的教學模式是理論教學與實驗教學分段進行,即理論講授到一定的階段后進入到實驗教學中。這種教學模式優點是能突出理論知識的系統性和完整性,并對后續的實驗教學起到較好的理論指導作用。但這種這種重理論系統完整性,而輕實踐技能的培養模式,已不能更好地滿足當今社會對高職院校人才的具有良好的實踐能力的要求。我們將實驗技術及相關理論知識按相關性原則進行了一體化整合,在滿足實用、可接受深度原則的前提下,對一些對學生將來相關工作技能形成相關性不大的專業理論大膽舍棄,采取邊實驗邊講授對應理論知識的教學策略,具體安排見表1。整合后的教學實踐利于同學們將理論知識與實踐技能有機結合起來,使同學們既可以理解這些知識技能具體的應用,又會對理論知識有具象化的理解。微生物學是以實驗為基礎的科學,它的概念和規律是通過實驗來形成的,微生物學實驗是對課程理論的驗證與升華,將實驗教學與相應的理論內容結合,可以有效地提高微生物學教學效果。
三、以學生為主體,安排獨立設計綜合應用實驗
傳統的微生物教學內容安排彼此孤立,缺乏連貫性,造成學生的基本知識不扎實,基本技能訓練少,基本技能掌握不牢固;再加上設計實驗少,沒有研究實驗,學生的綜合能力得不到有效的鍛煉和培養,學生缺乏學習興趣。因此在教學內容中加入了兩個綜合應用實驗,要求學生分組獨立設計完成,以達到學以致用的效果。每組學生自行查閱文獻、進行獨立設計、自行實驗。在實驗過程中,定期組織全班性的交流匯報,以便教師可以及時監督實驗進度,對學生實驗過程中出現的問題給出解決的建議;學生最后以論文的形式進行總結報告。學生不但通過設計完成工作任務融會貫通了相關的實驗技術和理論知識,而且會提高實際工作能力。例如:學生在遇到問題時,需通過網絡或圖書館查閱相關文獻資料,學生的分析及自學能力得到提高。在實驗計劃實施過程中,不同學生可能面臨并解決不同的問題,學生獨立運用已有知識技能解決實際問題的能力增強、思維能力得以鍛煉。實驗中所需的材料的制作(例如無菌器材的準備、培養基的配置等)及實驗操作均由學生自己完成,學生動手能力得到充分鍛煉。實驗以小組為單位完成,實驗自始至終需要團隊每名成員的參與,成員之間必須通力合作,確保實驗順利完成,培養了學生的團隊工作意識。
需要指出的是,由于調動了學習興趣和積極性,學生并沒有因為需要課下花較多的精力來查找資料、設計實驗、培養微生物,而產生怨言。學生不記名問卷調查結果也對這種改革后的教學方式表示歡迎。若要“以實際應用為導向、理論實驗一體化教學、以學生為主體”的教學模式得以實施,需要系統性制訂實驗管理規范,全方位開放儀器設備與實驗室時間,為實驗教學提供制度保障。要求學生必須嚴格執行進出實驗室登記、儀器設備使用登記、實驗記錄登記等規定,以便及時掌握實驗室開放現狀和儀器設備使用現狀。同時,應該完善成績評定制度。除傳統的理論試卷考試和實驗報告評定實驗成績外,將基礎部分的操作技能考核、綜合部分的實驗設計及結果匯報表現均納入最終的成績評定。改變了以往學生死記硬背應付理論考試、抄襲結果應付實驗考核的現狀,促使學生能夠認真練習,認真思考所學的知識技能。