让学生在动手中体验
摘要：“建构式学习环境与中学研究”课题是在中央教育科学研究所“九五”重点课题“中学物理教育改革研究”的基础上开展的．该课题于2002年3月被审定为教育部“十五”重点课题。“建构式学习环境与学具研究”是该课题的子课题，我校课题组已于2002年9月开展以实验教材为主的该课题研究．“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，…”是基础教育课程改革的目标之一。本文试从学生动手实验这一课堂教学环节的重要性、具体做法等进行一些探讨。
关键词：新课程 探究 动手 体验
一、学生动手实验的重要性
１、学生动手实验是是物理教学的学科要求
物是一门实验科学。在当前的物理教学中，普遍存在着这样一种教学模式：“教师的理论讲授（也做少量的演示实验）+学生的大量笔头练习”，实验是极其薄弱的环节。这种状况将影响学生的知识能力结构和非智力因素的。在物理教学中，通过学生动手实验，更接近人类认识客观的过程，使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，理解概念和规律，培养学生的观察和实验能力，从而逐步掌握物理学习和研究的基本方法，即“学会学习”。同时，学生动手实验对培养实事求是的科学态度，具有不可代替的重要作用。
２、学生动手实验更好地体现“以学生为中心”的教学法之总特征
正如《学会关心：21世纪的教育》报告中指出：“学习越来越应当成为学习者主动和由学习者推动的过程．”因此，给每个学生提供动手、动脑、表现及成功的机会，充分发挥学生的主体作用，是初中物理教改的关键．学生的学习主要集中在课堂，因此，教学中强调学生的主体参与意识，培养学生主体参与能力，发展师生的双边活动，是新世纪教育的要求． 动手实验是教学中发挥学生主体作用和教师主导作用的最好途径．丰富的动手实验为课堂教学提供了真实物理环境，为学生进行实验探究提供了机会。
３、学生动手实验是获取情感体验的重要过程
探究活动是一个主动学习的过程，而这个过程强调直接体验。动手实验是有利于形成学生对知识主动探求并重视解决实际问题的积极的学习方式。当代瑞士心理学家皮亚杰根据他的研究，提出“知识源于行动”和“认识发生了主、客体之间的相互作用”的观点，他认为学生的学习必须是一个主动的过程，只有学生自我发现的东西，才能积极地被同化。他还强调“活动法教学”，认为让学生在活动中学习是学生教育的最高原则，只有学生自己具体地和自发地参与各种活动才能形成他自己的假设，并给予相对合理的证实或否定，才能获得真实的知识。而学生动手正是一个主动学习的活动过程。
新课程特别强调重视学生情感体验。列宁说：“没有人的情感，就从来没有，也不可能有人对真理的追求”。 在动手实验中，学生的心理变化经历了：思启趣激——感受体验——领悟升华的过程，最关键的是学生必须借助体验来达到领悟升华。经历从认识到自己心理品质的现实，到出现改善、完善它的愿望，再到改善、完善的方法探讨，最后到实践运用后的喜悦的多次的思维、情感的冲突与碰撞，学生的知才真、情才深、意才坚。一切停留在情感体验之外的知识是死知识、假知识。例如，在《电路》教学中，有时我们一直谆谆告诫学生，不能用导线把电源两极直接连接起来以免短路，但是对刚学电学而对这样一个我们很想让学生谨记、明白的问题，学生并没有体验，如果一味用强调和纪律来约束学生想尝试一下的好奇心，结果无非是：要么这种来之不易的好奇心不得不被压抑、消退，长此以往，学生不再对新鲜事物感到惊奇，成为感情淡漠、体验荒芜、缺乏内心敏感性的“单向度”的“现代机器人”；要么越禁忌越好奇，越好奇越想试，就象我几年前看到的一个学生在做照明电路实验时，把导线两端悄悄插入电源插孔的惊吓一幕，而其实，这位学生并不是真的想破坏。因此，我在教学中，索性打破常规，让每位学生用铜丝短路自备的干电池，感受铜丝发热，一方面，学生体验到短路的特征、危害和正确操作的重要，另一方面虽然浪费了一节电池，却让学生也“肉痛”了一下，教师这时爱护公物的教育相信也会更有说服力。
二、努力多创设学生动手实验和探究的机会
我国中学物理实验教学的现状是学生动手的机会太少。正如扬振宁教授所说：“人没有天生不会动手的问题，事实上给了机会是很会动手的”。因此，针对实际情况，我们采取了以下做法。
１、将一些演示实验改成学生动手实验
演示实验是教师为学生提供感性认识材料的过程，不少演示实验学生没法看得很清楚，尤其是它无法代替学生自己的亲历性的动手活动，教学中我们尝试了将演示实验改为学生的动手实验，收到较好的效果。例如，在初中《光的反射》中我们用激光笔、购买的电筒和采制的镜子、花纹玻璃等研究光的反射。通过把手电筒发光调到比较平行，分别在镜面和花纹玻璃上研究镜面反射和漫反射的特点，用激光笔、镜子和白色硬纸板探究光的反射规律的学生动手实验，替代原先用激光演示仪做的演示实验；在《光的折射》的教学中，我们采用了大烧杯、激光笔和采制的毛玻璃（可以沿玻璃照射，对比在空气和玻璃内的传播情况）等器材的学生动手实验代替原先用水箱做的演示实验。再如在《透镜成像规律》这一节的教学中，教材安排的是由老师通过演示实验透镜成像规律，教学中发现，对透镜成像规律，学生总是不久就忘记或者对规律的探究方法掌握很欠缺，因此我们把它改为让学生随老师一起通过自己动手用实验探究总结“凸透镜成像规律”和“凹透镜成像规律”。学生通过自己动手总结出的“透镜成像规律”，印象深刻，记忆牢固，为后面的光学学习打下了扎实基础。
２、尽量准备一些“份外”的实验，可以收到很好的效果
有演示实验同时，我们可以因陋就简地增加学生动手实验，比如，在《惯性》教学中，有了惯性球的演示实验，还可以让学生动手抽出竖立钢笔帽下的纸条进行体验。还可以让学生课后做一些有趣的实验。
有的课原先既没有安排演示实验又没有分组实验的情况，比如在《杠杆》这节课的教学中，我给学生准备了每人一把羊角锤，通过直接用手拔不出木板上的钉子和用羊角锤拔出钉子的对比引入新课，学生的气氛非常热烈。鉴于羊角锤是画杠杆的五要素的难点，让学生再拔一次钉子，很轻松地解决了难点，我还让学生用铅笔和直尺撬书本代替实验室里很难施展的撬石头，让学生自带剪刀、指甲剪等边动手边解决一个个通过直接讲述、图片或演示都很难起到良好效果的问题。从动手中，学生的好奇心、真实的感受、成功的喜悦等都得到了很好的体验。
３、将一些分组实验改成新课教学中的学生动手实验
学生分组实验大多是题目是由教材定下的，结论多是已知的，方案是教材或教师决定的，甚至步骤也被一些实验册陈述得一清二楚。学生只是“照方抓药”，按步就班地操作、读数和记录。这和真正地解决实际问题的模式有很大差距，不利于培养学生分析和解决实际问题的能力。而且一般都安排在新课或一个单元教学之后进行，与课堂教学内容结合不够紧密。这样的实验，我们把它改成探究性的学生动手实验；再比如《滑轮》的教学，实验最有说服力的应该是用力大小的测量，而演示实验中由于观察不到的原因最欠缺的也是这一点，在新课教学中我让学生两人一组探究定滑轮、动滑轮以及滑轮组的有关问题，一方面使学生体会到如何安装滑轮、如何绕绳，另一方面学生通过动手对自己得出的结论深信不疑而印象深刻。再如学生实验《研究弹簧的伸长与拉力的关系》、《研究杠杆平衡条件》等，我都采取了结合新课教学，让学生边动手实验边进行探索。
三、有关学生动手实验的几个问题
１、要注意保护学生动手实验的积极性
笔者在教学中发现，每次当动手实验前，学生总是非常兴奋、急不可待，这其实表明学生对动手实验的兴趣非常浓厚。教师如果因此而大加叱喝学生，或者因此而取消动手实验，实为不妥。不能因为学生贪玩而不让他们“玩”，而是应该通过耐心的教育和习惯的养成，逐渐地在师生间形成一种配合。
在实验中，由于学生个体的差异，有的学生动手实验一时并不能取得预期的效果。如果我们把处在学习过程的学生就象一杯没有倒满的水，我们不要总看到“一半是空的”，而应多鼓励学生另“一半是满的”，更何况动手实验本身注重以学生为主体，不同学生情况并不相同，因材施教、引导学生认识没倒满的那一半，并帮助他们在合适的时候将它倒满，才能体现动手实验的目的。
在动手实验中学生有时有些新的发现和想法（有时教师也没有预料到），教师应加以充分地肯定和鼓励，哪怕有时这些发现和想法有些偏颇。因为这正是探究教学所追求的目标之一。
１、要注意保护学生动手实验的积极性
笔者在教学中发现，每次当动手实验前，学生总是非常兴奋、急不可待，这其实表明学生对动手实验的兴趣非常浓厚。如果因此而大加叱喝，或者因此而取消实验，实为不妥。不能因为学生贪玩而不让他们“玩”，而是应该通过耐心的和习惯的养成，逐渐地在师生间形成一种配合。
在实验中，由于学生个体的差异，有的学生并不能取得预期的效果。处在学习过程的学生就象一杯没有倒满的水，我们不要总看到“一半是空的”，而应多鼓励学生另“一半是满的”，引导学生看清没倒满的那一半，并帮助他们在合适的时候将它倒满。
在动手实验中学生有时有些新的发现和想法（有时教师也没有预料到），应肯定和鼓励学生新的发现，哪怕有时这些发现和想法有些偏颇，因为这正是探究所追求的目标之一。
２、注重培养学生独立思考的能力、习惯和与人合作的精神
在学生动手实验中，应让学生明确实验目标，设置合适难度的问题，做出猜想，预示现象的发生和过程，再进行实验和观察，使他们手脑并用。例如在《欧姆定律》的教学中，我采用了学生动手探究的教学思路。首先让学生明确研究电流与电压、电阻的关系这一目标，引导学生思考对多变量问题的解决思路（控制变量法）。由于一开始学生学生对问题的探究缺乏一定的方法和经验，因此我把探究过程分成两大步，第一步，在老师的问题引导下完成电流与其中一个变量的研究，即猜想——怎么设计电路图——学生两人小组动手实验——实验怎么记录——写出结论——小组报告，有了第一步的“套路”，研究电流与另一变量的关系我就放手让学生自己探究。学生在亲自动手实验探究得出规律的过程中，体会了方法，获得了较好的情感体验。
在动手实验中，我注重加强学生在操作过程和问题讨论等方面的合作，培养他们的合作精神。除了尽可能安排两人一组做实验、以小组为单位报告实验结果，在时间许可，并且操作要求较高的实验，经常让学生转换角色做第二遍，还注意多让学生展示、多用学生对学生进行评价。
３、提倡利用随手取材进行实验
动手实验的设计应当符合学生的心理特点，注意从学生熟悉的事物出发，设计动手实验。由于原有的实验配置有限或者说很多我们想让学生动手的实验是购买不到的，这种随手取材的实验对学生来说，比较亲切，参与的吸引力强，简单明了，易于突出事物的本质，富有创造教育的因素，且成本低廉、易于推广，也给学生课后实验和制作带来便利和启发。动手实验的一些器材可以由教师和实验室提供，有些可由学生自己采制、筹备。
李政道博士在对科技大学少年班的一次演讲中说，美国的孩子从小就有动手做各种用具、家具的习惯，动手已成为不可缺少的内容。十八世纪前，许多发明创造都是中国人搞的，因此不会动手，绝不是中国人的传统。现在的学生不重视动手，不重视实验，显然是错误的。物理实验教学是培养与训练学生动手操作能力与创新素质的重要途径，加强学生动手实验，将为学生动手能力的提高，创新素质的培养提供更多的机会。在新课程强调“主动参与、乐于探究、勤于动手”、强调为学生的终身发展提供“基本技能和良好的情感态度与价值观，以创新精神和实践能力为核心”的课堂教学中，加强学生动手实验，让学生在动手中学习在动手中体验是物理教学改革的方向。
附：动手体验——《杠杆》教学实例：
思启趣激——感受体验——领悟升华
---在新课程标准指导下的《杠杆》教学
《》课程的总目标是提高每一个初中学生的科学素养。 具有科学素养的人能够提出、发现和解答与日常体验有关的问题①。 对于初中学生来说，虽然抽象逻辑思维在个体的智力发展中开始占优势，但在很大程度上，这时的逻辑思维还需要经验支持，因此最好从学生身边的现象引入概念，逐步让学生理解和应用科学概念②。新课程特别强调重视学生的情感体验。 科学只有与情感相交融，吸引人心，激发想象，才不会象一堆死的无机物质③。
对于《杠杆》的教学，可以设定为三个方面的目标：知识目标：理解杠杆的定义；理解杠杆的五个要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂），并会标会画。能力目标：培养观察和动手能力、归纳和抽象能力。情感目标：让学生体验杠杆在生活、生产中的作用，感悟科学技术与社会的密切联系。这三个目标的后两者尤其是第三者在以往的教学中是不够重视的。
围绕教学目标，应该设计注重认知过程和方法能力的教学思路，实施学生主动参与、勤于动手、乐于探究的教学过程。让学生在过程中体验，在体验中认知。
(一)实际问题—动手体验—感性认识—引出课题
（准备好钉有几枚钉子的木板、羊角锤、老虎钳、扳手、螺丝刀等工具）
教师提议：请学生直接用手把钉子从木板中拔出来（小心弄破手），（学生拔不出钉子）
教师提示：用提供的工具来试着拔钉子，试试并注意仔细观察。
（学生的兴趣一下子调动起来，迫不及待地进行操作）
教师问：用哪种工具拔出钉子时最省力？
学生答：羊角锤
教师问：用羊角锤拔钉子这么省力！你们知不知道，这里隐含着什么物理知识？
学生答：杠杆原理
教师引题：好，这节课我们就来学习杠杆
（二）体验—归纳—抽象—建模
在实际的生产劳动中，撬石头是杠杆应用的一个典型例子，在课堂中我用这样的方法让学生进行模拟体验：假如你桌上的字典是一块很沉重的石头，你想什么办法移动它呢？试试看，并注意观察，（学生用笔、直尺等撬字典）请学生动手后谈做法；还有一些过往体验如跷跷板等；再让学生观察演示铡纸刀铡纸；让学生观看实地拍录的抽水机的工作过程。
然后教师问：刚才大家看到的拔钉子的羊角锤、撬石头的棍棒、跷跷板、抽水机的手柄这些物体有什么共同之处，学生回答得到硬棒。教师再问：在力的作用下，这些硬棒做什么运动？学生回答：转动。教师追问：它们的转动有什么共同之处？学生回答：都绕着一个固定点转动。至此，杠杆的模型已是呼之欲出，随即得到杠杆的定义。
在这一过程中，通过多个实例，借助现象观察和体验，在归纳的基础上进行抽象得到理想化模型，学生体会了研究方法，得到了相关能力的培养。
（三）动手体验—突破难点—建立概念
本课教学中，力臂的概念既是重点又是难点。以往的教学中通常是直接告诉学生力臂的概念，因为是教给他们知识缺乏获取知识的过程，学生以后在画力臂时通常出错。通过学生打开课桌盖板的动手体验突破理解的难点。
教师提问：请大家猜测一下如要打开你的课桌盖板，怎样用力比较容易打开呢？
让学生猜测后动手：用不同大小方向的力作用在不同的位置打开课桌盖板。再请学生谈体会。
学生再动手：用沿着板的方向用力，看看能否打开盖板？（不能）为什么不能？引导学生一起分析：沿着板的方向用力，力的作用线通过支点，即支点到力的作用线的距离为零，所以打不开。学生已然明白，力作用在杠杆上，支点到力的作用线的距离即力臂不能为零，定义力臂的概念顺理成章。
（四）动手体验—理解概念—灵活运用
建立了杠杆的五个基本概念即支点、动力、力臂、阻力、阻力臂（五要素），还要使学生在理解概念的前提下在实际的问题中灵活运用概念。按照认知规律，设置由单个到两个再到多个，由直到曲，由简单到复杂的杠杆实例，请学生分析它们的五个要素：撬石头的棍子（建立概念时已解决）、跷跷板、抽水机（曲）、使用筷子、开瓶器（难）、羊角锤（曲、难）、山核桃夹或剪刀（两个杠杆，但支点位置不同）、指甲刀（三个杠杆）。
对于羊角锤，支点在哪儿、阻力是哪个力，较难想象；对于使用筷子，支点在哪儿，学生天天在用但从未研究；对于山核桃夹或剪刀，确定研究对象（研究哪个杠杆）和找出阻力是个难点，要分析清楚指甲刀的五个要素则更不容易；通过一个一个实际物体让学生亲自动手研究，反复体验，在讨论和老师的引导下，进一步理解概念，解决概念在实际问题中的运用，学生对这些概念有了更深的领悟，在解决问题的过程体验中升华。
有了上述获取知识的过程，有了过程中亲历性的体验，再让学生体会阿基米德的豪言壮语以及欣赏古埃及人利用杠杆修建金字塔（挂图），联系到生活、生产以及科技中杠杆的诸多应用，便觉豁然开朗，驾轻就熟。
从新课引入到概念建立再到概念运用，利用就地取材（比如羊角锤、课桌盖板、字典、直尺、筷子、剪刀、指甲剪等）学生丰富的动手体验贯穿整个过程的始终。避免了以往演示实验为主的缺乏直接体验和观察不够清楚等问题，也解决了运用概念时物理过程难以再现的问题，学生的参与度和激情很高，并使他们体会到物理就在身边，从而使他们关心物理与生活、生产以及科技的联系。学生经历了从认识到自己心理品质的现实，到出现改善、完善它的愿望，再到改善、完善的方法探讨，最后到实践运用后的喜悦的多次的思维、情感的冲突与碰撞，更重要的是学生从思启趣激并借助体验来达到领悟升华，他们的知也真、情也深、意也坚。
同时，综合应用多种教学手段，优化教学环节，调动学生兴趣。为了加强有些例子的真实性，课前到实地用数码摄像机进行了拍摄了比如跷跷板、抽水机的工作过程等动画。并且充分利用多媒体，制作了形象生动的动画，利用投影仪让学生充分展示自己的“作品”（如画杠杆的五要素），并让学生相互评析，一方面让更多的学生在参与评析中对所学加深理解，另一方面充分展示学生的思维过程，锻炼他们的表达能力。
①《科学（7～9年级）课程标准（实验稿）解读》，湖北教育出版社，2002.6，第一版
②《物理课程标准（实验稿）解读》，湖北教育出版社，2002.6，第一版
③Cosnpbell,P.(1998).Using Stories to Enrich The Physics Curriculum.Physics Education.33(6),356~359.
