中學(xué)生實驗反思能力培養(yǎng)的策略與實踐*

陳海濤

(蘇州工業(yè)園區(qū)星海實驗中學(xué),江蘇 蘇州 215021)

“反思性教學(xué)”己經(jīng)成為世界教育改革的一個重要方向.但是,我國目前的反思教學(xué)研究大多停留于理論層面,以介紹國外的研究成果居多,與我國具體教學(xué)情境相結(jié)合的研究較少,針對性和可操作性不強,尚缺乏有影響的適合中國本土特色的研究成果.更值得關(guān)注的是,目前研究反思對教師職業(yè)成長作用的居多,而從“學(xué)生角度”以培養(yǎng)學(xué)生反思能力的研究則鳳毛麟角.基于此,筆者于2011年申報了一項江蘇省教研室課題,選擇“實驗反思”為突破口,試圖為解決上述反思教學(xué)存在的問題做一些努力.下面簡要介紹一下我們課題組關(guān)于中學(xué)生實驗反思能力培養(yǎng)的研究與實踐.

1 相關(guān)概念的界定

筆者提到的“反思”,是指學(xué)生通過對學(xué)習(xí)活動過程的反思來進行學(xué)習(xí),是學(xué)習(xí)者對自己的思維過程、思維結(jié)果進行再認識的檢驗過程.這也可以從元認知角度來考慮,人是積極主動的有機體,其主體意識監(jiān)視現(xiàn)在、計劃未來,有效控制自己的思維和學(xué)習(xí)過程.學(xué)習(xí)并不僅僅是對所學(xué)材料的識別、加工和理解的認知過程,它同時也是認知過程的自我觀察、自我評價和自我調(diào)節(jié)的元認知過程.在反思性學(xué)習(xí)過程中,反思活動進行的愈全面、愈深刻,愈有利于學(xué)習(xí)者元認知水平的提高,學(xué)習(xí)者的潛能就易于激發(fā),從而能全面提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動性、整體性,學(xué)習(xí)會取得事半功倍的效果.

對學(xué)生而言,筆者認為“反思”既可以說是一種思維方式,又可以說是一種學(xué)習(xí)方法,或者說是一種研究方法.學(xué)生借助“反思”進行學(xué)習(xí),符合新課程改革的核心:以學(xué)生為本,以學(xué)生的學(xué)為本,以學(xué)生的發(fā)展為本.

文中所提的“中學(xué)生實驗反思”,是指教師在教學(xué)過程中指導(dǎo)學(xué)生借助某些便于反思的策略,對所涉及的物理實驗通過“反思”進行再學(xué)習(xí)、再探究,比如指導(dǎo)中學(xué)生對實驗的原理、過程、方法、結(jié)果等方面采用“反思”的方式進行再學(xué)習(xí).

2 中學(xué)生實驗反思能力培養(yǎng)的策略

如何培養(yǎng)中學(xué)生的實驗反思能力,這在我們的傳統(tǒng)教學(xué)中所見不多.為此,我們課題組在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上,研究了兩套便于教師指導(dǎo)學(xué)生實驗反思的策略.

第1套:常規(guī)性實驗反思策略.①反思實驗的目的、實驗原理、過程、方法、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果、實驗操作的技巧、誤差分析、自己實驗中的感受、存在的問題等,并將這些想法形成反思報告.②反思參與實驗的主動性和與他人的合作情況.

第2套:創(chuàng)造性實驗反思策略.①有無其他用途.即現(xiàn)有實驗還有沒有新的用途？或稍加改進能否擴大它的用途？②能否借用.即能否借用其他實驗的經(jīng)驗？有無與過去實驗相似的東西？能否模仿點什么？③能否改變.即實驗的器材、步驟、測量方法、數(shù)據(jù)處理等能否作其他改變？④能否擴大.即實驗中能否增加什么？實驗的器材、步驟、時間、次數(shù)、溫度、壓強、質(zhì)量、聲音、光照、長度、厚度等能否增加？實驗的附加價值能否擴大？⑤能否縮小.即實驗中能否減少什么？實驗器材能否再小點、濃縮、微型化、再低些、再輕些？實驗步驟能否再省略些？實驗裝置能否采取內(nèi)裝？⑥能否代用.即能否用其他實驗原理、其他動力、其他場所、其他方法等取而代之？⑦能否重新調(diào)整.即可否更換部分實驗器材,用其他的型號、種類,用其他設(shè)計方案,用其他順序？能否調(diào)整速度？能否調(diào)整程序？⑧能否顛倒過來.即可否變換正負,顛倒方位？思考反向有何作用？⑨能否組合.即整套實驗器材、實驗方案是否統(tǒng)一協(xié)調(diào),能否進行適當(dāng)?shù)亟M合？能否和其他實驗進行組合？其他人的實驗主張能否綜合？其他人的新實驗設(shè)想能否綜合？

對于第1套策略,是從常規(guī)方面入手,指導(dǎo)學(xué)生從不同的角度對做過的實驗進行常規(guī)性反思.教師指導(dǎo)學(xué)生進行實驗反思時,開始時要注意不能急于求全、求深,因為學(xué)生從接觸實驗反思到熟悉實驗反思,終須要有一個過程;而且學(xué)生真正進行實驗反思,就要認真地對自己的實驗過程進行批判和再發(fā)現(xiàn),難度勢必高于普通的實驗過程,學(xué)生無法一蹴而就.低年級的學(xué)生進行實驗反思,其難度更大些,需要教師更耐心地引導(dǎo)和鼓勵.

對于第2套策略,是把創(chuàng)造學(xué)方面的知識引入到實驗反思中,旨在培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力,對于有志趣的教師不妨一試.在指導(dǎo)低年級學(xué)生使用第2套策略時,要把策略中學(xué)生還沒學(xué)過的物理量名稱刪掉,減少學(xué)生的理解障礙.

3 中學(xué)生實驗反思能力培養(yǎng)的實踐

3.1 常規(guī)性實驗反思策略的實踐

我們以實驗反思能力相對較弱的初二學(xué)生為對象,研究他們在使用常規(guī)性實驗反思策略時的表現(xiàn).以“蘇科版”8年級上冊第5章“測量紙錐下落平均速度”的學(xué)生實驗為例,紙錐(用紙折成的無底圓錐)自制,計時工具和測量工具自選,要求學(xué)生測量紙錐下落時的平均速度.

一般教學(xué)過程以學(xué)生測出速度為目標,而我們在學(xué)生完成該實驗后,引導(dǎo)、激勵學(xué)生使用“常規(guī)性實驗反思策略”進行反思,結(jié)果學(xué)生提出了不少問題.(1)刻度尺的量程要選大些,可以考慮使用皮卷尺,進行一次性測量長度,減小誤差;(2)用分度值較小的刻度尺和秒表進行測量,提高測量精度,減小誤差;(3)在沒有風(fēng)的環(huán)境做,保證紙錐沿直線下落,所以做實驗時要把教室門窗關(guān)好;(4)增加釋放的高度,使紙錐下落時間延長,便于測量,從而減小誤差;(5)在紙錐下落同時要開始按秒表計時;(6)測量紙錐下落高度要準確,可以測量紙錐尖部的下落高度,測量時刻度尺要與紙錐尖部對齊;(7)增大紙錐的表面積或頂角,使其下落慢些,方便計時;(8)多次測量求平均值,但是要保證紙錐下落高度不變,否則測量有誤;(9)用先進的電子設(shè)備測量時間和高度,提高測量的精度,減小測量誤差.在使用先進的電子設(shè)備測量時間同時,把紙錐換成小鋼球,防止下落過程中紙錐不沿直線下落……

從該案例可以看出,只要教師引導(dǎo)適當(dāng),初二的學(xué)生表現(xiàn)也會“不一般”,通過實驗反思,他們可以對實驗的過程認識得更深刻,學(xué)生的“自主性”、“探究性”都能通過反思得到發(fā)展.我們發(fā)現(xiàn)“常規(guī)性實驗反思策略”同樣能提升高中生實驗反思的質(zhì)量.在日常教學(xué)中,教師引導(dǎo)學(xué)生進行實驗反思的機會太少,所以教師很少能看到學(xué)生的“不一般”;另外,我們對學(xué)生的評價中,涉及到評估實驗反思能力方面的評價也太少,對學(xué)生的激勵不夠、引導(dǎo)不明.所以大家普遍覺得中學(xué)生的實驗反思意識還很淡薄、實驗反思能力也很欠缺.難能可貴的是,現(xiàn)在有部分中考或高考試題,對學(xué)生的實驗反思能力在進行引領(lǐng)性的嘗試,比如讓學(xué)生評估實驗中的不足、提出改進措施等;還有的教材也在嘗試引導(dǎo)學(xué)生進行反思學(xué)習(xí),比如新版的“蘇科版”物理教材在部分章末“知識梳理”中,嘗試著提出一些問題啟發(fā)學(xué)生進行反思.怎樣增加“實驗反思”在教學(xué)中的比重,仍是一個既有“魅力”卻又“任重道遠”的話題.

3.2 創(chuàng)造性實驗反思策略的實踐

我們也以初二學(xué)生在剛剛學(xué)習(xí)物理不久后使用創(chuàng)造性實驗反思策略為例.在初二學(xué)生剛學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生后(“蘇科版”初二物理教材第1章是關(guān)于“聲現(xiàn)象”的.之所以選擇此時、此簡單內(nèi)容,就是為了表明“創(chuàng)造性實驗反思策略”的可行性、易行性),筆者就成立了幾個學(xué)生小組進行了實驗,筆者先為學(xué)生講解了“創(chuàng)造性實驗反思策略”(學(xué)生還沒學(xué)過的一些物理名詞要回避),然后立足課本中顯示聲音存在的小實驗,向?qū)W生們提出了要求:你們還可以怎樣顯示聲音的存在？

經(jīng)過一段時間的探究后,學(xué)生們興致勃勃地提交了探究成果.(1)用一個封閉的器皿,裝有泡沫(紙屑),放在音響上.改變聲音的響度,可觀察到響度越大,泡沫飛起的高度越高.(2)用手緊貼著音響,感受它的振動.(3)將一個兩端開口的圓柱形物體放在燃燒的蠟燭旁,把圓柱體的一頭用塑料薄膜封起,另一頭對準蠟燭.拍打薄膜,會發(fā)出聲音,并可以觀察到燭焰會隨之晃動.(4)把喇叭對著塑料膜吹,觀察塑料膜的振動情況.(5)在水中加1～2滴墨汁,不要攪拌,便于觀察.然后在水中敲擊音叉,觀察水面的波紋情況.(6)將牛奶倒入碟子中,把鐵絲的一頭插在牛奶里,鐵絲地另一端用手捏住,再用手指彈動鐵絲,可以聽到鐵絲發(fā)出的微弱聲響,看到牛奶表面有波紋.隨著聲音響度的減弱,波紋也隨之減小.(7)在音叉邊掛一個小球,使小球緊貼音叉壁,觀察音叉發(fā)聲時小球彈開的遠度.(8)用細絲吊著激光筆,用喇叭對著它吹,觀察地面上光斑晃動情況(該學(xué)生不僅做了該實驗,還從記錄的光斑圖形上發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律).(9)把石頭投入水中,隨著“撲通”一聲會看到水面的波紋.(10)在聲源處涂抹上肥皂,隨聲音變化吹出不同泡泡.(11)將發(fā)聲口對準一盆水,聲音的響度會使水紋成為一幅圖畫.(12)放幾個小喇叭在幾根蠟燭周圍,讓這幾個蠟燭燃燒,讓音響在不同時間下分別開關(guān),蠟燭也會跟著起舞.(13)在音響上裝上一個管道,管道內(nèi)存有可燃性氣體甲烷.音箱內(nèi)音樂的高低會促使管道內(nèi)氣流的變化,火焰也就隨著高低發(fā)生變化.(14)用電子話筒將聲音轉(zhuǎn)換為電信號,然后用電子軟件(Goldwave等)編輯成軟件系統(tǒng)使其成為一幅電子圖像.(15)可用千千靜聽等播放器,可以用不同的形式顯示出頻譜,可以看出聲波的存在(需要手機或計算機及下載相應(yīng)軟件).(16)使用電腦軟件捕獲正在發(fā)聲的聲源并把它顯示出來.(17)用高速攝相機拍下并觀察發(fā)聲物體振動的瞬間.(18)用醫(yī)生測心電圖的儀器顯示聲音的存在.(19)開發(fā)一套聲波軟件,根據(jù)不同人的聲音不同識別對應(yīng)的人,用在保密場所.(20)能否收集和利用噪聲對水加熱或者用來發(fā)電？

學(xué)生的探究成果很令人詫異,他們在“創(chuàng)造性實驗反思策略”的啟發(fā)下,把他們想到的、聽到的、看到的、搜到的、咨詢到的,全部用了起來,遠超出了大家對“初二”學(xué)生的預(yù)期.沒想到一次“實驗反思”任務(wù),引發(fā)了學(xué)生井噴式的回應(yīng).從學(xué)生的反思成果中可以看出,其成果極具個性化,在不同環(huán)境中成長的孩子,由于視野不同、興趣愛好不同,他們的反思取向也不同,反思質(zhì)量也有所不同.例如想到用電子軟件(Goldwave等)顯示聲波存在的孩子們,平時早就有iphone手機,有意無意中就了解到相關(guān)軟件的功能,等到用時則水到渠成,致使他們提出的方案也與眾不同,往往質(zhì)量也會高些.所以,教師在教學(xué)中如果能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技、跟上時代步伐,必將很有意義,這和初中物理新課標中提出的“關(guān)心科技發(fā)展”也是相一致的.總之,借助“創(chuàng)造性實驗反思策略”,讓學(xué)生經(jīng)歷了一次很好的創(chuàng)新之旅.誰說中國的孩子創(chuàng)新能力不足？看來只是我們沒提供肥沃的土壤罷了.

對于高中生,筆者也做過研究.讓某個班級的高中生學(xué)習(xí)“創(chuàng)造性實驗反思策略”,然后讓他們對實驗進行反思,結(jié)果許多學(xué)生就好像打開了潘多拉魔盒,一下子提出了許多新的問題.比如指導(dǎo)高中學(xué)生“用插針法測定玻璃磚折射率”時,學(xué)生受“創(chuàng)造性反思學(xué)習(xí)策略”啟發(fā),提出了諸多問題:實驗中大頭釘插得不豎直會帶來誤差,怎么改進？實驗中使用木板大頭釘不易插,怎么改進？實驗時怎樣防止玻璃磚移動帶來誤差？玻璃磚質(zhì)地不均勻會帶來什么后果？能否利用“插針法”測量其他形狀玻璃磚的折射率？能否利用“插針法”測量液體的折射率？能否用細激光束代替大頭釘？能否用3根大頭釘測玻璃磚折射率？能否用兩根大頭釘測量呢？在測量時能否不用量角器呢？為什么在長方體玻璃磚的直角一側(cè)看另一側(cè)的東西,怎么也看不見？能否用玻璃磚來分離白光呢？……在學(xué)生提出的諸多問題中,有的是教師事先可以預(yù)見到的,但很多是富有個性或獨特的問題,早已超出教師的想象.由此可見,學(xué)習(xí)和應(yīng)用“創(chuàng)造性反思學(xué)習(xí)策略”,確實能打開學(xué)生的思路,使整個實驗過程充滿開放和想象.還值得一提的是,教師在此基礎(chǔ)上往往可以讓學(xué)生展開二次探究,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力.就拿“測折射率”實驗來說,有的小組在此基礎(chǔ)上想出了如何改進實驗裝置,例如有的學(xué)生提出將實驗中所用木板改為一塊有磁性的平板,這樣可改進在木板上做實驗時插不直的缺點……;有的小組在此基礎(chǔ)上對測量方法進行了創(chuàng)新或遷移,例如“三針法”測量玻璃磚折射率或“兩針法”測量玻璃磚折射率,利用插針法測量液體折射率……;有的小組甚至發(fā)現(xiàn)了一些很特殊的問題展開了討論,其討論的結(jié)果常常讓教師非常驚喜.實踐證明,當(dāng)學(xué)生學(xué)會和應(yīng)用“創(chuàng)造性反思學(xué)習(xí)策略”后,對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力起到了推波助瀾的作用,就好像“催化劑”一樣,使學(xué)生在探究過程中提問的能力明顯提高,反思意識明顯增強,創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn).學(xué)生的不少想法,明顯受到“反思策略”的影響,在猜想、設(shè)計實驗和收集證據(jù)這些重要環(huán)節(jié)上,較他們以往的表現(xiàn)都有所突破,其中不乏創(chuàng)新之舉.有的想法雖然不盡完美,但卻富有個性、很有創(chuàng)意.

在測量人的反應(yīng)時間等實驗中,筆者同樣證實了“創(chuàng)造性實驗反思策略”對培養(yǎng)高中生創(chuàng)新能力的有效性.

4 結(jié)束語

經(jīng)過一段時間的研究,我們通過“實驗反思”的案例可以發(fā)現(xiàn),教師通過引導(dǎo)學(xué)生使用“實驗反思策略”,讓學(xué)生對他們所經(jīng)歷的實驗過程中遇到的各種過程或問題進行評價、批判和再次深入探究,可以使學(xué)生對實驗的整個過程認識得更深刻,可以促進學(xué)生實驗綜合能力的提升.久而久之,還可以讓學(xué)生形成反思的習(xí)慣,可以使學(xué)生的批判思維能力、發(fā)散思維能力和創(chuàng)新思維能力得以發(fā)展.同時還有利于中學(xué)生產(chǎn)生濃厚的實驗探究興趣,形成勇于求真的科學(xué)態(tài)度,更深刻地掌握物理思想,更多地、更靈活地掌握物理方法和技巧.“實驗反思”可以更好地促進學(xué)生成長.

1 熊川武.反思性教學(xué)［M］.上海:華東師范大學(xué)出版社,1999:92－108.

2 靳玉樂.反思教學(xué)(1版)［M］.成都:四川教育出版社,2006:155－219.

3 陳海濤.關(guān)于實驗反思的實踐與研究.物理實驗.2006(7):23－26.