物理学实验是人类认识世界的一种重要活动,它具有形象、直观的特点,是进行科学研究的基础,也是培养学生各种能力的基础。在物理实验教学上,教师们十分重视培养学生的观察能力、想象力、探究能力、动手能力、知识梳理和运用能力。我们在教学实践中发现,还特别应重视通过物理实验培养学生的反思性学习能力。反思性学习是学生自主学习中不可缺少的一个环节,是新课程倡导的一种重要的学习方式。反思性学习,是以元认知理论为指导,倡导学生对知识内容及产生过程、思维的方法及推理的过程、语言的表述进行反思,突出学生的主体地位,以学会学习为宗旨的一种学习方法。简言之,反思性学习,就是通过对学习活动过程的反思来进行学习。实践表明,反思有助于培养学生自主学习的能力、良好的学习习惯和思维习惯,培养学生的创新精神,为学生的终身学习奠定基础。所以反思性学习能力在学生的物理学习中起到很重要的作用,当然在物理实验的学习中也有很重要的作用。

一、反思性学习能力培养的主要影响因素

长期以来,学生的反思能力没有得到应有的发展。我们认为,主要原因有如下两方面:第一,应试教育在人们的思想中仍然根深蒂固,物理实验课的评价方式不利于物理反思性学习能力的形成。物理实验课在教师的教学和学生学习物理的过程中占有很重要的地位,由于实验的探究性,会使学生在探究的过程中不断地进行反思,所以对学生反思能力的形成有很重要的作用,但是在现在的物理教学中,实验课常常被上成说实验,或者是演示实验,造成这一现象的主要原因是初三的理化生实验操作,占30分,由自己的教师为其打分,一般升学有望的学生成绩高些,而不管实际做的怎样。这样为提高升学率,而进行的功利性评价不利于学生反思能力的形成。第二,教师的无奈。首先,物理课的课时数比较少,初二物理一周是两节课,而初三物理最多也不超过四节,做实验不如教师讲学生听进度要快一些,这样是不利于学生的物理反思能力的形成的;其次,没有专任的物理实验教师,都是谁教谁领着学生去做,包括仪器的准备、仪器的修理都需要教师的准备,尽管知道实验对学生各种能力包括反思性学习能力的提高很有好处,但有时有点力不从心的感觉。

二、反思性学习能力培养的主要措施

科学探究包含提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素。在实验探究的各个阶段,如果不加以反思,就不会学习得很深入,更不会真正地“学会学习”,所以要在实验探究的各个阶段训练学生的反思能力。由于长期以来没有对学生进行反思的训练,所以在科学探究中,到底应该反思什么,怎样反思,学生都没有明确的目标。所以在教学和学生的学习中,训练学生每一步做完以后,应进行有计划的反思引导。

1.提出问题和猜想与假设中的反思。在平时的学习中,首先让学生认识发现问题和提出问题对科学探究的意义,可做以下反思:能否从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题?自己头脑中总是想着所见到的现象与物理学有关吗?能从中提出什么问题吗?能用书面或口头准确地表述这些问题吗?提出问题也就是培养学生凡事问个“为什么”,那么要想提出比较有价值的问题,就需要学生养成勤于思考的好习惯。

2.制定计划与设计实验中的反思。实验设计是做实验的依据,没有好的实验设计也就不能顺利地做好实验,做实验时也就没有了方向。但在多年的教学过程中,常出现这样的情况,就是学生在设计实验的时候没有思路,这主要是因为学生在实验设计的前后没有反思的习惯,不注意总结规律而造成的。学生在实验设计的过程中可从以下几方面进行反思:对实验设计的思路进行反思,对设计中所采用的方法进行反思,对实验步骤进行反思,对实验的记录和观察数据进行反思,并注意总结设计规律。①对实验设计思路的反思。就是说要让学生意识到他们是怎样想到这一思路的。首先要根据实验目的确定实验原理,然后根据所确定的实验原理确定需要测量的量,接着进行实验步骤的设计,再根据所设计的步骤去选择所使用的实验器材。比如:测一个小石块的密度,确定了原理ρ=m/v后,明确需要测得的量为小石块的质量m和体积v,可以用天平测出小石块的质量,用量筒测出小石块的体积;也可以用弹簧测力计在空气中测出小石块的重力,求出它的质量,再用弹簧测力计吊着小石块将小石块完全浸没在水中后测出其示数,然后用浮力原理计算出小石块的体积,最后用密度公式求解。这时,可以引导学生反思是否还有其它的测质量和体积的方法。②对实验设计中采用的研究方法的反思。在物理实验的设计中要想确定思路,有时还要用到一些科学研究方法,比如:控制变量法、转换法等,要想使学生会熟练地选用合适的方法,教师授课的过程中要注意将这些方法不断地加以提示,还要靠学生在物理实验的设计过程中不断地自己去领悟、吸收和运用,因此,当实验设计完成后应引导学生做如下的反思:在实验设计中运用了哪些物理研究方法?它们是如何运用的?这样的研究方法以前在哪些地方用过?③对如何得出实验结论的反思。在物理实验的设计中,还有一点也是很重要的,那就是反思在实验中你是根据什么得出结论的,也就是反思实验设计和记录的数据,比如,在焦耳定律的探究中,怎样知道电流通过导体所放出的热量是多少呢?这就牵涉到了实验现象的问题。在课本中很巧妙地通过煤油吸收热量,再通过温度计的示数来知道电流通过导体所放出的热量的多少。再比如,在研究电磁铁时,我们通过电磁铁所能吸引大头针的数量来判断其磁性的强弱,而不是凭空地无原则地去判断。也可进一步地让学生反思一下这里用到了什么研究方法。④对实验步骤设计的的反思。把前面的三步考虑好以后就要设计具体的实验步骤了,当实验步骤设计好以后,要引导学生反思:设计的步骤合理吗?实验操作可行吗?在做实验时需要先做哪一步?比如:前面的测小石块密度的实验,在测量的过程中,到底是先测质量呢?还是先测体积?为什么?也就是说,当步骤设计好后,要反思一下步骤的合理性,包括测量的先后顺序,实验的可行性等问题。

3.在进行实验与收集证据中的反思。实验过程既是观察实验现象,提高观察能力的过程,也是检验设计的实验步骤是否合理的过程,又是验证猜想是否合理的过程。在这一过程中培养学生的反思能力是非常重要的。①在实验操作开始前,可反思以下内容:实验设计合理吗?还有没有需要修改的地方?在实验中需要观察哪些现象?还应该做哪些准备工作?是否已经阅读了仪器说明书?②在实验操作过程中,可反思:所选择的器材合理吗?实验操作合理吗?实验中观察到了哪些现象?观察到的现象和实验设计时所预想的现象一样吗?还有哪些现象是没想到的?在实验过程中随时可能出现问题,有了问题,小组的同学之间是否相互解答,相互提示?比如:测量额定电压为2.5V的小灯泡两端的电压时,有的学生选用了15V的量程,显然是不合理的,让学生对这一问题进行反思,学生就会对这一问题引起注意。比如光学方面的平面镜成像实验,有的学生就提出平面镜如果放倾斜了,这个实验为什么不会成功。③在实验操作完成后,应反思:这次实验成功吗?所记录的数据正确吗?实验中的现象合理吗?实验设计还有哪些需要改进的地方?整个实验过程安全吗?在实验中有哪些地方是在设计实验时没有想到的?出现了哪些没有预想到的现象?

4.在分析、论证和评估中的反思。在实验数据的分析过程中主要反思以下内容:是通过什么方法得到实验结论的?进行了怎样的推理过程?还有哪些没有解决的问题?发现了哪些新问题?实验设计方案可以做哪些改进?能从实验中得到哪些教训?

5.在交流与合作中的反思。这一环节是培养学生反思的重要一环,学生在交流与合作中要能清楚地、用准确的语言表达出自己的观点,这一过程实际上就是学生在用有声的语言不断地反思自己的思维过程,而学生在倾听别的同学的叙述的过程中,也在不断地反思自己的结论和做法,并将自己的信息和别人的信息进行比较从而找出自己的优点和不足。在这一过程中学会尊重别人,学会如何与别人合作。通过以上分析可以看出,学生的反思是需要在整个的实验过程中不断地进行训练而逐渐形成习惯的,当学生形成习惯以后,也就学会了如何学习,如何形成好的学习方法。学生通过实验过程和结果的不断反思,在实验的设计过程中,一定要注意的几条原则:第一,理论上的可行性。做任何实验,都要有一定的根据,也就是我们通常所说的实验原理,而不是无原则地去设计一通,这样设计出的实验才有可信度。第二,实验的可操作性。有些实验,虽然理论上可行,但在实际的操作中却很难做到,或者做起来有一定的难度,这样的实验设计是不合格的,也是不可行的。第三,实验误差最小的原则。在实验的设计中,会有很多种设计方案,在这么多的方案中,虽然理论上可行,也有可操作性,但是有的方案的设计却会造成误差比较大。学生通过自己的思考和反思总结出的规律大概比教师单纯地讲解印象要深得多。这样学生通过自己的实践和反思得出的结论,有利于学生得出迁移规律,知道在以后的实验设计中应该注意些什么。

通过上面的分析可以看出,学生通过在教师指导下的不断反思,分析能力提高了,并且能帮助学生形成正确的物理概念,巩固物理基本知识,加深了对一些物理规律的理解。另外,在实验课中,鼓励学生自己制造器材,每个人都动手操作,如在做凸透镜成像规律和伏安法测电阻电功率的实验中,尽可能留出足够的时间使每个学生都能自己做一次,更要留出学生自我评价和交流的时间。总之一句话,物理实验是培养学生反思性学习能力的良好平台。