中学物理实验教学——培养学生反思性学习能力

笔者着重研究学生对中学物理演示实验和学生实验反思性学习能力，故从演示实验和学生实验入手，基于元认知理论、建构主义学习理论、杜威反省思维理论，设计相应的教学策略，从而培养学生对物理实验反思性学习能力。

（一）教学准备策略

1.确定教学目标

随着各项教学政策的改革，多样化的科目组合方式，让学生们拥有更多的自主选择权利。改革要求物理学科应当立足于多样化的教学方式，结合物理学科特点，力求发挥实验在物理教学中的作用，全面关注学生的发展。众所周知，物理学中每一个概念、定律都有着坚实的实验基础。因此，实验便是物理教学的根基。通过前期的调查分析，发现实验教学目标的不明确是造成学生对物理实验反思性学习能力不够的重要原因。

最新版中学物理课程标准中，物理核心素养的每个维度都有着对应的内容要求。那么，在培养学生物理实验反思性学习能力的教学中，教师应当认真解读课程标准的要求，立足于四维教学目标，让学生在获取知识的同时，培养其物理核心素养，最终成为全面发展的人。

2.制订导学案，培养学生主动反思意识

在传统的实验教学课堂，学生主动反思的意识是不够的。根据反思性学习所具有的自主性特征，教师需要充分发挥学生在实验学习时的主动性。缺乏自主性的课堂往往使学生在被动学习中，被动接受知识，由此导致学生在学习过程中学习兴趣不高，热情不够，学习效率也不理想。反思性学习遵循对比性原则，因为没有对比就没有进步，只有让学生明确自己在哪里不足，才会知道自己哪些地方需要改进。通过对学生自身学习的前后对比，能够在一定程度上培养学生的元认知监控能力。反思性学习的实质就是一个不断发现问题、解决问题的过程，在反思中可以培养学生思考、解决问题的能力。因此，预习对培养学生在实验反思性学习上起到了推进作用。在预习中，培养学生的元认知监控能力，学生通过对自我认知的前后对比，从而发现实验学习的问题所在。因此，制订导学案有助于培养学生在物理实验学习中的主动反思意识。

物理实验反思性学习是一个循环的过程，元认知渗透于全过程，这是常规学习所缺乏的。通过以上分析，笔者认为布置导学案，提前热身新知识，有助于学生物理实验反思性学习。让学生在实验学习之前，能对与本实验相关的知识进行了解，这有助于提升学生学习的主动性。例如，《分子阿伏伽德罗常数》这节课涉及喷花露水、墨滴在水中扩散等演示实验，虽然学生在初中就已经接触过分子动理论的知识，但由于时间的久远，学生大多都对此有所遗忘，为此可将分子动理论的重要知识点结合生活实际情境，设计成填空题的形式，让学生在课前做好预习，巩固自己的知识储备，并将自己不懂的问题记录下来，到课堂上学会自己寻找答案。

演示实验有着较为完备的分类，即新课导入型、概念规律建立型、知识巩固型、知识应用型。每一种演示实验都有着自己的侧重点，因此，在导学案的编制中要遵循每种演示类型的侧重点。新课导入型重点在于激发学生的学习兴趣与热情；概念规律建立型重点在于培养学生的思维过程；知识巩固及应用型着重于培养学生理论联系实际的能力。因此，在导学案编排上，要注重每一种类型的特点，起到画龙点睛的作用。例如，在《舞动的铝环》演示实验导学案的编排中，可以先让学生回顾磁铁具有吸引铁、钴、镍的性质，再提出疑问：磁铁能吸引铝环吗？让学生自己在课前先思考。到了课堂上，老师再来一步步地演示，通过实验现象，让其对自我认知产生怀疑，并产生想解决疑问的动机。这个过程是逐步让学生反思自己的认知，并试图根据接下来的学习，来解决自己的疑惑，这实质上就是一种反思性学习的过程。

目前，在物理教学中，学生实验大致可分为探究性实验、验证性实验、测量性实验。无论哪种类型的学生实验，实质上都是从实验的学习中使学生建构正确的物理观念，意识到科学思维在科学探究中的重要作用。按照目前的教学实际，学生在实验之前就已经具备一定的知识基础，那么在学生导学案的编制上，要重点突出学生实验的目的及用到的科学思维方法。例如，在《单分子油膜估测分子的大小》导学案编制上，可以通过让学生回顾以前所用到的类似的实验方法。例如测量单摆的周期所用的方法是累积法，这与测一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积方法一致，因此，可先让学生回顾测量单摆周期的方法，再给出疑问“我们如何去测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积”。再让学生基于以上的回答，根据导学案中所提供的实验仪器，让学生先根据自己的理解设计出测量油酸分子直径的实验方案。导学案制订的原因在于让学生在物理实验学习时，可以将课堂学习到的知识与原来自己的认知进行对比，进而反思哪种方案好，好的地方在哪里。在这个过程中，学生对即将学习的实验做了一定的基础铺垫，并能从中产生自己对该实验的认知，在课堂学习时，将自己的新认知与旧认知进行对比，让学生发现其中的不同之处，从而思考产生不同的原因，这实质上就达到了主动反思的效果，并且有助于学生反思意识的养成。

（二）课堂教学策略

由于学生知识的局限性以及主观意识的干扰，很多时候会促使学生在独自反思时走向错误的方向。这不仅浪费了学生宝贵的时间，还会挫败他们的自信心。因此，教师在课堂教学时要多加引导学生在物理实验中的反思性学习。

1.确定“物理实验反思性学习”课堂的教学步骤

在反省思维方面，实用主义教育家杜威提出了“思想五步法”，在此基础上，杜威结合教学，进一步提出了“教学五步法”。“教学五步法”是“思想五步法”在教学上的运用。“教学五步法”的每一步都与“思想五步法”对应，每个环节之间环环相扣，一步步地引导着学生去反思。

根据杜威反省思维理论，为完善目前物理实验反思性学习教和学的现状，笔者将“教学五步法”与物理实验教学紧密结合，确定了“物理实验反思性学习”课堂的教学步骤。

（1）创设实验反思情境，激发学生反省思维

通过阅读资料及查阅相关文献研究，笔者发现在学习中经历反思性学习的过程，学生开始学着监督自己的学习，学着质疑并思考发现的问题，逐渐学会学习。营造反思型的实验课堂，让整个课堂变成思维活动的课堂，通过对每一环节的反思性学习，在旧知识的反思中发现问题，探究问题，解决问题。在物理实验反思性学习中，从发现问题的那一刻起，学生就在逐步建构自己的物理观念，提升自己的科学思维和科学探究的能力，从而培养科学态度与责任。因此，营造一个实验反思型的课堂可以很好改善现存物理实验教学的弊端。在学习物理实验的过程中，学生主要经历了四个阶段的反思性学习环节。第一阶段是反省，在反省中去审视自身的学习情况；第二阶段是评判，在评判中发现问题；第三阶段是问题解决，在问题解决中结合以前的学习，反思并思考解决策略；第四阶段是总结提高，在总结提高中学会为后续的学习积攒经验。

反省是进行物理实验反思性学习的开端。因此，反省对整个反思性学习活动进行起到了重要的开头作用。反省发生的前提条件是学生具有主动反思的动机，反思的动机可分为内部动机和外部动机，其中内部动机主要源于学生主动的反思意识，而外部动机则与学习者所处的环境相关，对学生学习实验来说，典型的外部动机就是课堂环境。因此，在实验教学中，教师可以结合实验内容，设计具有启发性的问题和实例，创设实验反思情境，激发学生的反省思维。创设实验反思情境，可以帮助学生更加细致地观察实验现象，并不断反思之前的观察结果，最终得出较为全面的观察结论。

（2）巧妙设疑，培养学生反思意识，引导学生提出问题

当学生面对一个物理问题时，需要与原来的认知相联系。在教学过程中，要注重对学生元认知能力培养，加强其在原有认知上反思。同时，建构主义认为学生的学习过程总是在现有基础上进行的，因此，在教学中教师要注意问题引导，巧妙设计提问，引导学生在原有学习基础上提出新的问题。例如，在复原瘪的乒乓球实验中，教师设疑：“如何修复瘪掉的乒乓球？”大多数学生都会根据自己以往的经验，回答一些解决措施，如将瘪掉的乒乓球放入热水中，又或者是用电吹风吹。教师在此时可先对学生的回答做出肯定，接下来，再通过演示“热的空玻璃杯倒置插入冷水”实验，在实验的过程中，可以观察到空玻璃杯中的液面很快上升，似乎水杯能“吸水”，这时，教师提出疑问：“为什么杯中液面会上升呢？”这时，很多学生不解其原理。接下来，教师再设疑：“引起乒乓球复原和液面上升的直接原因是什么？”很多同学都能回答出是温度，进一步引导学生观察并分析乒乓球内和杯中的气体，发现气密性良好，因此，这些气体属于一定质量的密封气体。这时，学生在脑海中思考并发现自身认知不足，从而产生疑问：“为什么温度的变化会引起一定质量的密封气体的体积发生变化呢？其中的温度和体积又有怎样的关系呢？”由此，通过巧妙设疑，以及问题之间的环环相扣，让学生在原有认知中反思，从而提出新的问题。

（3）反思问题，提出假设(www.xing528.com)

在实验的反思性学习中，应当遵循探究性的原则。针对学生提出的问题，首先，让学生反思提出问题的合理性，如果不合理，则回到上一步进行分析研究，直至提出合理的问题。接下来，教师应当引导学生对所提出的问题做出猜想。在这个过程中，应当体现建构主义中“以学生为主体，教师为主导”的教学原则，让学生通过自主分析，联系新旧知识，提出自己的猜想。当然，在实际的教学过程中，面对着学生各种各样的，甚至天马行空的猜想，我们应该做出一些取舍，选取科学地、有价值地、合理地猜想，舍去条件不足地、无科学性地猜想。若此时通过教师自己地分析来做出取舍，显然是不能促进学生反思性学习的。因此，在此过程中，教师应当引导学生对自己所提出地猜想与假设进行反思。例如，你认为这些假设在此次的科学探究中是否具有价值？你提出的假设是否具有合理性与科学性？你依据什么提出的假设？在这些问题中，学生一遍遍地反思自己做出假设的过程，有助于厘清学生思考问题的思路，从而培养学生在反思性学习中的实验反思技能。

（4）注重逻辑推理，探寻解决问题的方案

通过前期调查发现，很多学生在反思性学习过程中遇到问题时，不能很好地解决便选择放弃。根据这一现状，结合物理学科特点，笔者认为应当在解决问题中学会培养学生的逻辑思维，加强学生的逻辑推理能力，让学生学会探寻解决物理问题的方案。在实验教学中，教师可以通过学生做出的假设来鼓励学生分组进行实验方案设计。大多情况下，课堂实验的条件具有一定的局限性，例如实验器材并不能做到充分准备，因此，教师可让学生根据所提供的实验器材进行实验设计。例如，在演示“玻意尔定律演示仪”前，学生可根据提供的带有刻度的压强计和针筒两个实验仪器设计出实验方案，学生在实验方案设计中，或许有些不太完善，教师可通过设疑，让学生反思自己的设计过程，从而找到更为完善的实验方案。

（5）付诸实践，加强培养反思技能

设计好解决方案后，就要按照方案设计一步步实施。在实验过程中，有时并不会如同方案设计的那样顺利进行，期间或许会有一些小插曲，但是每一个小插曲，都能让学生获得进步。根据调查结果发现，很多学生在遇到困难时，因为时间原因，很多时候并不能及时反思问题，导致问题滞留，久而久之，滞留问题越积越多，学生也逐渐失去了反思它们的耐心。在实验教学中，教师应当立足于发挥学生自主探究的原则，让学生自己去发现问题，自己去分析问题，在一步步反思性实践中去解决问题。在此过程中，不仅促进了学生对实验的学习，也培养了学生的实验反思技能。

2.注重学生自我评价

与传统教学评价方式相比，形成性评价是一种过程性评价，更能够追踪学生在学习过程中的表现，并能将其及时反馈出来，及时解决。将形成性评价运用到实验教学中，对学生的全面发展起到了促进作用。在物理实验反思性学习过程中，形成性评价的主体具有多元性，从教师的角度来讲，可以通过形成性评价反馈出自己在教学中的不足之处，并在以后的教学工作中加以改正。从学生的角度来讲，他们可以帮助学生更好地调控自己的学习，从而促进学生在物理实验中的反思性学习能力。反思性学习的主体是学生，那么教师在课堂教学中，评价应当以学生为主体，让学生自己来评价自身在实验学习过程中地表现，培养学生的元认知能力，从而提升其在物理实验中反思性学习能力。

目前，实验课堂评价方式的单一化现象较为普遍，这对学生全面发展是起不了正向作用的。因此，为避免这一现象发生，教师可采取多样化的评价方式，例如，小组互评、教师评学生、学生自评。评价方式的多样化，可以让学生在评价中更加全面地分析自己在物理实验学习中的不足。

（三）课后实施策略

物理实验的反思性学习是一个循环的过程，在实验完成后，对整个实验的过程再来进行反思性学习，那么将更加全面地对所学内容达到巩固和提升的作用。因此物理实验反思性学习不仅仅局限于物理课堂中，还应当聚焦于课后的反思。

1.制订实验反思学案，加强课后反思

根据调查可以发现，很多学生在学习完物理实验后，不会再回忆实验的相关内容，反而更加喜欢去记忆当时老师强调的考点。机械化的记忆虽然使得学生在一些实验题目中能够得到好的分数，但是，久而久之，一旦遇到灵活性的问题，这部分学生的得分就不太理想了。因此，笔者认为，教师可以在课后制订与课内实验相关的实验反思学案，采用“回顾—反思—提高”的设计模式，让学生在反思学案中重新回顾实验学习的过程，反思实验学习的经历，提高自己的反思技能。老师也要做到及时回收学案，进行批改，及时反馈给学生，让他们知道自己的误区在哪里，从而使学生有针对性地改正自己的不足，达到能力提升的效果。笔者将物理实验反思学案，分为三大部分，第一部分是学生对自己学习的自评；第二部分是学生对课堂上教师演示实验学习的反思；第三部分是对学生实验学习的反思。在演示实验部分，着重对实验现象、实验原理的回忆和反思；在学生实验部分，则要让学生对实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、实验操作、数据处理、误差分析进行反思。

2.以日记形式记录实验

现代建构主义学说提出，在行动中构建，是非常好的一种方式。在课后，为培养学生对物理实验反思性学习，可建议学生通过用日记的形式去记录实验学习的事件，日记的形式可以多种多样，可以通过文字描述，也可以通过画图，让学生用自己的方式表述当天物理实验学习的过程。学生的反思日记可以记录成册，一段时间下来，学生可通过翻阅反思日记，回顾当初的学习过程，达到加强记忆和巩固知识的作用。

不仅如此，教师还可在学生的反思日记后给予评语，激发学生的反思性学习动力，并鼓励他们养成书写反思日记的习惯，从而通过物理实验日记逐渐明确自己所学的内容，达到提高巩固的作用。

【注释】

[1]孙鸿坤.中学物理实验教学中培养学生创新思维能力的研究[J].物理实验，2012，32（11）：33－35.

[2]周筑文.中学物理实验创新与分析[M].北京：北京邮电大学出版社，2019.

[3]赵大鹏.探究性实验中高中生反思性学习能力培养的实践研究[D].延吉：延边大学，2014.