開放型實驗室活動在中學物理教學中的作用
開放型實驗室活動在中學物理教學中的作用
徐政龍
AbstractsIn this paper, the necessity of the opening laboratory activity in high school students is discussed. The teaching conditions of the opening laboratory activity are put forward. The development of the activity and the role of opening laboratory activity are elaborated.
KeywordsOpening laboratory, laboratory activity, experiment and observation.
一. 問題的提出
物理學的發展過程實際上是科學思維和科學民主化的過程。實驗是物理學的核心方法。從實驗中進行推理的思維方法，引導着假設的形成，其理論上的預言也可用實驗來證實。伽利略和牛頓是“實驗哲學”的開創者，他們開創了實驗這樣一個科學體系中的核心方法。
中學物理中觀察和實驗為學生的物理概念和思維的形成及系統發展提供了出發點，也為學生的推理和預見提供了檢驗的場所。
在廣泛開展素質教育的今天，開放實驗室為學生的觀察和實驗活動提供了途徑。但這種活動的必要性、條件、如何開展活動及作用等問題常常是中心議題。
二．開放實驗室的必要性
而今的教師對演示實驗一般不會忽視。在考試的指揮棒指點下，學生的分組實驗也不會少做。然而，諸多的因素往往把實驗和觀察擠在一邊，或使實驗的效果起不到應有的作用。如下原因便是常見的因素：
1. 由于學校規模大,班級多,或者實驗室另有用途,開設的實驗往往沒有及時做,在課堂學習幾天後再做分組實驗,使學生降低了對實驗的新鮮感和興趣,從而降低了實驗的效果。
2. 由于有時儀器不足，開設的實驗組數不足，班級學生人數太多，常有五十多人，同組内常有2～3人,而實驗常由一人做,其餘者輪不到動手的機會。
3. 在分組實驗中，學生沒有做好預習，學生對實驗的目的、器材、原理、步驟不夠清楚；操作中損壞了儀器；教師講得太多，學生動手的時間不夠，以緻實驗來不及做就下課了，實驗隻好草草收場。
4. 對教師演示實驗，由于現象不明顯，或者儀器太小，學生的視線受到阻擋，或者學生偶然開小差，或者現象發生的時間太短，造成部分學生對現象觀察不仔細，印象不深刻。
5. 太多的考試、測驗、檢查，把學生的思想集中在書面教材的學習上，相對地削弱了動手操作實驗。而複習往往隻複習理論，不複做實驗。
6. 實驗常是被動的，學生從來沒有主動地提出自己動手做實驗的要求，不管是演示實驗還是分組實驗，都是課本和教師安排的，學生沒有自主權也沒有時間決定做實驗，這就剝奪了學生自主探索的機會和權力。
7. 沒有一個良好的體制對實驗考核評價。如教師的教學任務是把課本内容授完，而對實驗是否做了沒有要求。這就造成了使教師完成授課任務中偷工減料的可能性。
三．開放型實驗室活動的構想
除了為教師提供必要的演示實驗和按大綱要求開設的學生實驗外，還定期為學生開放，進行觀察和實驗活動。
1．讓學生按自己的要求參觀實驗室，參觀實驗儀器和裝備。
2．讓學生在教師的指導下，做教師做過的演示實驗，或重做學生分組實驗。
3．讓學生在教師的監督下，自主地做課本内外的各種實驗。可以自己列出實驗器材，自己設計和裝置實驗，其實驗操作過程不受教師限制。教師鼓勵學生自主提出問題，自主設計實驗，自主探索問題，最後自主解決問題。教師充當學生的導師。
4．提倡學生把校内和校外的器材如玩具、體育用具、電工工具、家用工具等帶進學校組裝自己想要的儀器，進行實驗觀察。
5．讓學生帶着學校的儀器到工廠、農村和自然界裡去進行實驗觀察。各種有機器設備的工廠車間、農村水電設施等，尤其是發電廠、變電站、電信部門等是進行物理實驗和觀察的好場所，是真正的開放型實驗室。
四．開放型實驗室的教學條件
理論研究指出，在實驗室活動中，如果學生能如願找到一個興趣相合的同伴按自己的要求探究他們感興趣的問題并找到答案，他們不僅能獲得知識和技能的滿足，而且還能樹立起追求科學真理的信心，對物理學進行有意義地學習。
下列教學條件為學生的開放型實驗室活動成為可能。
1．軟件設施
(1)學校應為學生進入開放型實驗室活動創設機會。例如，應有時間和課程安排上的保障，應使學生感到這種活動沒有課業負擔。
（2）應讓學生自己組建實驗小組，并确保組内人員的平等參與權。
（3）學校應為教師滿足購物的資金。
（4）學校應安排多名教師跟實驗教師一起準備器材，并指導、監督和管理學生的活動。學校也應對教師的工作給予大力支持，對取得的成績給予鼓勵。
（5）教師應進行這方面的職業培訓和學術交流。
（6）允許學生自帶玩具、體育用具、勞動工具、家庭用具進實驗室，也允許學生出借實驗室的一些器材。
（7）對學生的實驗室活動作出适當評價，把活動情況作為行為表現和學習成績的一部分。
2．硬件設施
（1）為學生獲得學習物理學的手腦并用的技能，使學生全心進行實驗室活動，這就需要足夠多的儀器設備，一切可用的儀器裝備都應成為實驗室活動的對象。
（2）應有足夠空曠的實驗空間，可讓學生在組與組之間自由走動。這一方面要有足夠大的實驗室面積，另一方面，同時開設的實驗組數應适當的少。
（3）雖然簡單的儀器也可獲得優良的實驗效果，但改進這些儀器并盡量采用最新穎最現代化的高級儀器設備，更可吸引學生的注意力，并且更能培養學生的技能。電腦模拟不應代替實驗，但盡可能多地應用電腦可以補充和擴展實驗。
（4）學校如果擁有裝有天文望遠鏡的天文台，有地震儀的地震觀察站，以及氣象台站等将是最好的設施。學校應盡可能朝這方面努力。
（5）應确保實驗室中人員和儀器設備的安全。即使沒有教師監督的條件下，學生的人生安全有保障，儀器設備不會受到破壞。
五．我校開放實驗室活動的嘗試及其作用①
1． 開放實驗室活動的意義
在全國公衆對減負的大讨論後，人們認識到，學生需要減輕過重的作業量，減少過多的考試、測驗、檢查，減輕由此帶來的心理和生理壓力。與此同時，可在日常生活中，增加靈活機動的學習。學校采取措施，制定制度，增加開放圖書館、閱覽室的時間，開放實驗室，增加音、體、勞技等活動時間。實驗室開放是最重要最有意義的一個組成部分。
開放實驗室，讓學生按自己的興趣、愛好和願望來做實驗，有利于學生進行靈活滲透性學習，有利于學生參與物理實驗的積極性和主動性，有利于提高學生對物理的興趣，鼓勵了他們的業餘愛好。
2． 開放實驗室活動的内容和做法
（1）定時活動
學校決定，每周六上午為活動時間，學生可随意進出圖書館、閱覽室、實驗室等進行自由活動。要進實驗室的學生，通過 任課老師向實驗室提出自己的要求，任課教師也可以添加一些要求，然後由任課教師和實驗教師共同準備實驗儀器。
（2）實驗室展出實驗儀器和設備，供學生參觀。
教師介紹儀器的名稱、原理、功能、用途等。由于我校曆史悠久，儲存的儀器很多，有各個時期生産，同種儀器有不同的型号，許多儀器學生沒有見過，所以對學生來說，感到很新鮮，有吸引力。教師介紹過後，有些儀器教師用來向學生演示或表演，有些用來鼓勵學生直接由自己動手操作擺弄，或當玩具玩一玩，或做專門的實驗，讓他們進行近距離地仔細觀察，使學生産生極大的好奇心，人人争搶着動一動，做一做。
參觀儀器設備的展示，有時還會學生萌發出創造發明的念頭，無疑與參觀專利展出有同樣的作用，從而培養學生的創造心理。
（3）讓學生模仿或重做教師的演示實驗，或用不同的儀器和不同的方法做同一實驗。
對于教師的演示實驗，學生在課堂上往往帶着看魔術的眼光觀察，對實驗的物理機制不甚理解。現在，學生親自做演示實驗，增加了對實驗儀器的親切感，消除了神秘感，也帶着物理的眼光來觀察現象。這樣，對實驗的物理機制理解得更深刻更全面。而且，學生很少思維定勢，做同一實驗往往富有創意，得到與教師不同的效果。這不但培養了學生的動手操作能力，也培養了學生的創造思維。
（4）展出學生的小制作、小實驗、小發明，展出教師的自制教具儀器
例如，在課本内常有小制作、小實驗、小發明，有些學生會自己動手制作，把作品帶到學校，交給老師。教師因無暇顧及，忽視了他的作品，把它随意一放，過幾天就扔了。這無意扼殺了學生發明創造的積極性，扼殺了成長中的“愛迪生”。展示學生的小制作、小實驗、小發明，鼓勵了學生的創造發明，培養了學生動手動腦的技能。
（5）讓學生按自己的設計做分組實驗
事先由學生寫好聯系單，把想要的器材告訴任課教師，任課教師再把聯系單交給實驗教師，然後由實驗教師和任課教師共同準備器材。學生到時來實驗室做自己設計的實驗，教師在旁輔導和幫助。
學生通過做自己設計的分組實驗，彌補了因課堂上實驗失敗造成的損失，進一步提高了操作技能，更加鞏固地掌握了相關知識，更加重要的是重新樹立了做物理實驗和學習物理的信心。
（6）為研究性學習和探索性實驗創造條件
物理課堂教學的一個改革趨勢是“自主探索”型課堂，這跟研究性學習中課題研究的教學方向和目标是一緻的。“自主探索”型課堂教學，就是要引導學生自己發現問題、提出問題、解決問題為線索的一種教學模式，最重要的是讓學生自己發現問題、提出問題。因為發現問題、提出問題标志着學生獨立思考，有所發現，有所創新，是向未知世界的挑戰。教師應為學生的這種課堂教學創造條件。
① 通過實驗創設問題情景
每堂物理課，都可以從實驗開始，由教師演示或叫學生演示一個或幾個實驗，讓學生觀察現象，使演示産生的新現象與學生已有的舊知識發生矛盾沖突，問題由此産生。然後啟發學生思考，去發現問題，再把發現的問題提出來。
② 用實驗探索問題
在課堂教學中，師生可以用實驗來探讨問題，一步實驗演示，一步理論推導。實驗演示與理論推導相結合，不斷深入，逐步逼近最終的結論，解決問題。
③ 驗證結論
把實驗和理論推導獲得的結論或公式再用實檢驗，這種檢驗可以在課堂上完成，但更适合在實驗室裡由學生自己去完成。
④ 開展研究性學習和探索性實驗
研究性學習是新教材的重大創新，在這個課程中，實驗是必不可少的一部分。
我校曾多次開展研究性學習，學生圍繞研究課題展開活動，這些課題大多是來之“自主探索”型課堂上提出的問題。
例如，在“超重失重對生育性别影響”、“磁場對植物生長的影響”、“太陽能的利用”等課題研究中，學生自動要進行實驗，實驗室給予有力配合，為他們提供有關儀器和場地，并進行實驗指導。盡管學生的研究很粗淺，效果不一定很理想，但學生通過自己提出和設計的實驗進行研究，正是素質教育應該大力提倡的，值得我們去研究。
六．結論
實驗室的活動在中學物理教學中是一個中心，這是由于學生必須構建他們的物理概念和思維。這種知識和技能不可能簡單地由教師傳授，而必須通過學生跟自然界和教師的長期相互作用中得到培養。開放型實驗室活動就是為學生的這些能力的培養創造重要的條件。那種人為地把課堂教學和實驗室中的實驗觀察活動相分離的做法，是物理教學中不應有的。
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