【发表论文】做中学：加强和改进物理实验教学的行动研究（2020.09）

做中学：加强和改进物理实验教学的行动研究

山东省烟台市教育科学研究院 孙忠武

山东省莱州市玉皇中学 潘书朋

摘要：加强和改进物理实验教学，既是社会变革的需要，也是教学改革自身发展的必然选择。实验教学工作往深里走、往实里走，必须要把学生实践能力的提高和创新精神的培养作为出发点和落脚点，以实践活动为中心，变革学习方式为着力点，创构“做中学”框架体系，统整“做中学”内容，建构“做中学”策略。

关键词：实验教学；做中学；学着做 ；自主做；合作做

当今世界科技进步日新月异，相伴而行的是各国科学与技术实力的竞争，然而我国基础教育最大的短板是学生的实践能力和创新精神不强，与我国所提出的创新驱动发展战略的匹配度还有较高的差异性，着力培养实践型、创新型人才成为实验教学改革的必然选择。教育部日前印发《关于加强和改进中小学实验教学的意见》^[1]（以下简称《实验教学意见》）是今后一个时期指导实验教学的纲领性文件，《实验教学意见》的出台积极回应了科学教育多年的热切期盼，顺应了深化科学教学改革、全面提高质量的时代要求，对推进育人方式改革和创新人才培养具有重要的推动作用。

为了将学生们的科研精神、动手能力和创新思想得到切实的提升，早在2001年，教育部和中国科协共同推动了科学教育改革项目（Hands-on Inquiry Based Learning）——“做中学”^[2]，时任教育部副部长、中国工程院院士韦钰教授任“做中学”项目组长。“做中学”这一教学改革项目的目标和期望是将青少年培养成具有良好科学素养的合格新时代青年，它力图把脑、心智和教育连起来，全国几十万青少年参入了实验研究，项目对青少年的科学启蒙教育卓有成效。山东科学技术出版社编写的义务教育教科书（五四学制）《物理》设置“做中学”栏目^[3]，其宗旨就是为了加强和改进实验教学，切实的使学生们的实践能力和动手技巧得到长足提升。多年来教材的使用者们，践行课堂教学从“知识中心”转为“活动中心”，把实验探究内容按照主题单元整合为“学着做”“自主做”“合作做”三个层面的“做中学”^[4]，促成学生构建科学观念，经历科学探究活动，从对科学进行探求的过程中寻找到，领悟科学探究的思想，掌握科学探究的方法，提升实践能力和创性精神。 

一、学着做——智慧复演，经历科学探究活动

物理的定义是能够反应对象的本质属性的，它是一种既定的思维形式，是客观实在的事物的概括，在使之于人脑中留下相关形象的传授方式。但现今生活中的物理概念教学中，对概念的建立都是照本宣科的搬用定义，而隐晦概念形成的思维过程，物理规律教学往往忽略知识形成的过程，导致表达式的推理过程会存在一些逻辑上的错误，或者说是误解。也就是说，我们对学科的内在机理大多都还处在特定情况下的使用层面，却对学科所蕴含的思维方式和探求过程的学习这两个方面没有加以关注，也更不用说对学科内在机理的理解了。科学过程和思维方法属于程序性知识，一般的语言形式是无法表达出清晰的概念的，科学方法的学习不是从“定义”“表达式”起步的，而应该从客观实在的事物上寻求学习的突破口，让学生在解决模拟实际情况中出现的问题这一过程中循序渐进的形成系统的概念。美国著名教育心理学家加涅把这个定义为“智慧技能”，他认为：“智慧技能”是我们思考一个问题如何解决的技能。由此可见，“做中学”就是学习这类程序性知识的最好办法^[5]。

 《实验教学意见》明确要求中小学要组织开展好基础性实验，其核心要义是让学生像科学家一样进行深度思考，经历科学探究活动——“学着做”。让学生经历人类知识的生产过程，让学生在经历人类知识的生产过程中感悟、体验人类知识建构的智慧，让学生在感悟体验人类知识生产智慧的过程中重新建构自身的认知结构。“学着做”的素材源我们从教材中选择，涵盖基本操作类、探究类和测定类。我们采用“目的与要求，仪器与器材，操作与实践，交流与评估”四个模块来设计组织基本操作类学习活动^[6]，侧重引领学生观察常规仪器的构造，了解使用规则，将基本操作的注意点设置具体操作内容，针对学生在实验操作过程中存在的困难和出现的问题引发思考反馈。探究类采用“提出问题，猜想与假设，设计实验与制定计划，进行实验与收集证据，分析论证，交流评估”六个模块设计组织学习活动^[7]。创设基于现实生活中真实的情境引导学生提出有思维度的优质问题，并进行猜想与假设，通过有步骤的分析和探求过程，能够使所有与行动相关的探寻能力得到切实提高，这不仅能够在规定的时间内完成规定的科学探寻任务，而且探求的过程也会更深入更细致，能够有效的提高学生的科学动手能力^[8]。测定类采用“目的与要求，原理与方法，仪器与器材，操作与实践，分析与论证，交流与评估”六个模块设计组织学习活动^[9]。测定类实验属于知识的应用，对于实验原理进行科学规范的描述，对于实验方法进行严谨具体的展示说明，给出测量实验的具体操作过程和步骤，引导学生对于实验的数据做出科学的分析与归纳，针对在测量过程中存在的主要困难和操作出现的具体问题进行反思梳理。

二、自主做——反思迁移，培养学生实践能力

在实验教学的形式和内容上要突破传统实验教学的框架，将学生实践操作、情境体验和亲身感悟等实践性活动都纳入实验教学体系，扎实推进“自主做”，促进学生的实践能力、科学态度和观念在自主的实践性活动中形成。“自主做”是从思维的起点（发现并提出问题）入手，在动手实践中出现的实验现象会让学生产生认知冲突，因为学生总是带着一定的“前概念”进行新的学习，这对学生学习科学概念会产生严重的影响^[10]。如果学生能够通过自己的思考去完成创新实验，那就意味着学生有能力独自进行分析，知道具体实验中要选什么样的实验设备，要如何设计操作步骤，教师在实验中只能充当指引着、提醒者和保护者的作用^[11]。通过学生自选器材，动手操作，实践感知，深度思维，反思迁移，从而更好地揭示物理现象的本质和物理规律特征，促成科学概念的转化，促进对物理知识的理解和灵活应用。

学生对自主实验的认知需求、对探究材料的获取难度、对物理知识的理解深度、对物理探究的把握程度、对创新实验的动手能力等是制约开展“自主做”的主要因素。因此“自主做”的实验素材要依据探究目标、探究问题、教材内容、实验条件等因素进行选择和利用，以“小实验、小制作、小创造”等为主要方式组织内容是比较有效的。这种方式贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣。“三小”实验内容要清晰明地指明目的与要求，力求简易、安全、可操作，方便学生充分利用身边的物品进行制作，努力践行“身边的物品做实验”的理念。每一个“自主做”采用“你准备好了吗，仪器与器材，操作与实践，交流与评估”四个模块进行素材的选择与学习活动的程序性设计。创设一定的生活情境，让学生自主设计进行操作的具体步骤，以及注意的环节和具体问题，另外给出学生一定思维度的问题，便于学生在深度思考中进行实践操作，并针对问题及时改进优化实验方案。通过“自主做”，学生能够有效的学习和探索掌握物理学的基础知识与基本技能，并能将其运用于实践，培养学生的社会实践能力，强化生活与物理知识的联系，这不仅为学生以后的学习、生活和工作打下基础，同时也能让学生树立将科学知识应用于社会、服务于人类的远大理想。

三、合作做——思维对话，提升学生创新能力

长期以来，物理教学执迷于“讲”，殊不知这种越俎代庖的做法无法使学生体验完整的问题解决过程，严重制约学生核心素养的可持续发展，对于提升学生创新能力更是无从谈起。设计一定数量的合作创新类专题项目，让学生围绕这些专题，查阅资料、研讨交流、调查探究、实验实证、案例分析、主题研讨，学生能够切实体验感受合作、创造学习的过程与实效，感受到创造的力量。“合作做”具体实施策略涵盖如下几个方面：一是策划活动、确定主题。“合作做”主题的确立是项目化合作式学习的灵魂，“正确选题”是“合作做”成功的一半。在主题确定阶段，教师引导学生根据已有的生活经验主动发现自己感兴趣的问题，通过讨论、交流确定活动主题。二是选题策划、制定方案^[12]。根据主题思路，引导学生从不同视角生成适合他们进行探究活动方案。三是自主探究、创新实验。学生以个体或小组为单位组织开展综合实践活动，主要形式有实地考察、搜索资料、分析材料、实践操作等，其中一个主要的活动场所就是家庭，学生在家里可以利用身边的简易器材自主设计实验，动手操作。四是展示交流、科学评价。学生以各种方式展示、交流活动成果，教师对于学生的展示交流给予客观公正地评价，同时一定要强调实验操作的安全性。五是反思改进、拓展延伸：学生对自己在实践活动中的表现进行总结、反思，撰写活动总结。教师组织进行多元评价，通过创设活动情景、布置课外作业等形式将学生的认知活动引向深入。

每一个学生都是一个积极主动的、独立的生命体，我们不仅要关注学生的高认知，还要关注学生的高投入情感，关注学生对于知识习得的过程,要把研究的兴奋点从“教师如何教”调整到“学生如何学”上，让师生共同经历一场“立德树人”的智慧之旅，旅程的终点是让学生能够积极、充分、灵活地运用所学知识去理解世界、解决问题、学以致用，并且获得人格的健全和精神的成长。我们的物理学科教学应在新时代背景下重新思考其教学本质，引导学生构建科学观念体系、促进科学思维发展、掌握科学探究方法、提升科学态度与责任，着力发展学生核心素养。要以物理知识原有的形成过程作为设计学习活动的依据，架起核心素养与教学实践连接的桥梁。通过“做中学”带领学生一起回溯概念定义的过程，亲历规律探究的过程，体验问题解决的过程，实现物理知识传授与核心素养发展的深度融合。

（此文为烟台市教育科学“十三五”规划2019年度专项课题“基于学科核心素养优化初中物理课程结构的策略研究”研究成果。课题批准号：YJKCZX135063）

参考文献：

[1]教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见 - 中华人民共和国教育部政府门户网站  http://www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html

[2]韦钰.十年“做中学”为了说明什么[M].北京：中国科学技术出版社，2012.

[3][4][5]义务教育教科书物理（五·四学制）[M].济南：山东科学技术出版社，2012.

[6]物理实验探究报告册[M].济南：山东科技出版社，2012.

[7]中华人民共和国教育部，义务教育物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2012.

[8]物理实验探究报告册[M].济南：山东科技出版社，2013.

[9]丁玉祥.学生自主创新实验的意义、价值与实践路径[J].实验教学与仪器，2019（5）3-6.

[10]郑青岳.郑青岳科学教育讲演录[M].浙江：浙江教育出版社，2015.

[11]潘书朋.学生自主创新实验：初中物理课堂上的“真学习”[J].新课程评论，2020（5）88-95.

（说明：2020.09所撰写的《做中学：加强和改进物理实验教学的行动研究 》发表于“物理教学探讨”。）