| 标题 | 从“实验”到“学生自主创新实验”的演绎 |
| 范文 | 叶耀 汤金波 摘要：从“实验”到“学生自主创新实验”是一个演绎的过程。实验，创新实验，自主创新实验，学生自主创新实验，是实验教育发展过程中的四级台阶，是实验教育发展的一种极大可能，其根本目的在于“学生的成长和发展”。 关键词：实验 创新 自主 学生自主创新实验 随着相关研究文章的发表，“学生自主创新实验”已然成为初中物理教育界的热词，但很多人仍然对“实验”前三个条件定语“学生”“自主”“创新”的理解不是很深刻。我们认为，实验，创新实验，自主创新实验，学生自主创新实验，是实验教育发展过程中的四级台阶，是实验教育发展的一种极大可能，其根本目的在于“学生的成长和发展”。下面，谈谈我们对从“实验”到“学生自主创新实验”演绎过程的解读。 一、实验 物理学是一门实验科学，这是一直以来人们的一种习惯说法。实际上，这句话也对也不对，至少应该说是不完整的说法。物理现象是客观的存在，物理学作为一门专门揭示物理现象背后规律的学科，自然就离不开观察（定性）和测量（定量）。随着技术的发展，人们的视野得以拓展，手段得以进步，所以应该说“物理学是一门测量的科学”。无论演示实验、模拟实验、验证实验、探究实验，都是为测量提供载体。这样的测量，可以由仪器来完成，但最终依然是人的感悟（观察与体悟）——因为，即使是仪器，也不过是人“感悟”的工具延伸。 那么，为什么人们又说物理学是一门实验科学呢？这是针对建立物理概念（规律、方法、思想等）而言的。建立概念是物理教育（包括一切教育）的根本任务，因为概念是思维的基本单位，概念的集群构成了思维的格栅。著名物理教育家阿伦斯在论及物理概念时指出，“必须先弄清概念的操作性定义（operational definition）。这是因为，科学概念不是被‘发现的，而是人们通过大脑思维，对事物抽象的结果。因此，对概念的理解并不取决于名称（或术语）本身，而取决于对概念的操作性定义的正确理解和运用”。他同时指出，“概念应该是使用它的人自己去定义，去用自己的话讲概念、描述概念和解释概念，将概念与日常经验联系起来”。丹麦教育大学教授克努兹·伊列雷斯认为，“学习总是嵌入一个社会性的情境中的，这个情境提供冲动，设定能够以及如何学习什么的框架……这些情境赋予了学习在基础性条件上的本质差异”。这样说来，实验之于物理教育其实是一个“操作性定义”的过程，提供的是一个“充满着情感、意志、精神、兴趣”的情境。这样的情境是学习得以发生的重要保障。 二、创新实验 皮亚杰认为，教育的首要目标在于造就能够创新、创造、发明、发现的人，而不是简单重复前人已经做过的事情。深度学习提倡者认为，深度学习是一个知识迁移的过程，有助于学习者提高解决问题并做出决策的能力。这一切都告诉我们：学习是为了创新。 物理学的发展过程中，经典实验的作用不可估量。其实，经典实验本身就是一个创新的过程。比如，19世纪初期，欧姆研究电流与电阻、电压的关系时，没有电流表和电压表，也没有电阻的概念，就连伏打电堆的电动势也不稳定。欧姆把奥斯特关于电流磁效应的发现和库伦扭秤方法巧妙地结合起来，设计出了電流扭力秤，用它比较准确地测量了电流强度;用铋铜温差电偶为电源，以保证电源电动势的稳定，最终得到了蕴含物理至美的欧姆定律表达式。 教育中的物理实验要求“展示最本质的现象”给学生。以今天的技术去展示昨天的经典，这是创新实验的原始动力之一。比如，20世纪80年代，黄恕伯老师借助收录机完成了“声音的多普勒效应”演示实验，让人们“听”到了多普勒效应。而到了今天，只要你同时拥有两台4G手机，将一台手机作为声源播放高频信号，另一台手机作为示波器接收高频信号，当其中一台手机远离另一台手机时，作为示波器的手机屏上就能够“看到”声音的多普勒效应。 我们可以这样认为，创新实验是技术给物理实验教育提供的“翅膀”，正是不断创新的实验推动着物理学的不断发展。 三、自主创新实验 很多教师不理解“自主创新实验”中的“自主”一词。其实，自主无非就是“自己做主”，即“一切为了学生的成长和发展”而“自己做主”。 脑科学学习理论告诉我们，源自需求的学习是最容易发生的学习。从学习信息论角度来看，学习有信息输入、信息加工、信息储存和信息输出四个部分，研究者将后三个部分称为“深度学习”。而自主的学习有利于信息的加工、储存、输出，也就是说，深度学习的发生依赖于“自主”。 建立概念是物理教育（包括一切教育）的根本任务。而物理概念的建立是因人而异的，需要“基于来自观察和实验的证据”。每个学生的“前概念”不同，因此就有了自主的需求。放到物理教学的现实背景中，“自主”还来源于以下三个方面： 1.有异于教材实验的自主。 教材所安排的实验，是教材编写者的一个选择，往往并不是唯一。受个体视野、时代发展等条件的限制，这样的选择也大有改变的空间。比如，苏科版初中物理教材中的“比热容”内容，用的是沙与水同步升温的比较实验，它不如“用底面积、质量相同的铜、铁、铝，在初始温度相同时，放到冰块上降温”的实验现象清晰。 2.决定于教学需要的自主。 比如，对光的反射实验，有经验的教师都知道，初中阶段，再难的反射光路图的考试题目，无非就是将光路图加以“旋转”“翻转”等操作而已。显然，这只是因为题目中的实验在二维平面上，而人为地设置了一个要求学生“从二维到三维”的思维障碍。学生不会旋转、翻转，是题目中实验的“二维”展现带来的，也就是说，是因为没有展现最本质的现象给学生而造成的。而现如今，有了高亮度激光笔，我们完全可以这种“三维”呈现出来，达成立体的“真实”。 3.基于学习主动性的自主。 建构主义理论认为，真正的学习是儿童主动的、自发的学习。学生是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的认识，从而使自身认知结构得到发展的。或者说，学生获得知识并不是由教师直接传授的，而是在一定的社会文化背景下自我建构的。在自主创新实验过程中，材料需要在现实生活中寻找，方法需要根据材料改进，还可能会出现各种问题需要加以解决。而这一切，只有在自主的前提下，才能发生。 至此，我们似乎发现了“自主创新实验”中“自主”的含义：自主创新实验不是教材要求的实验，而是依据学生的需要及现有设备条件设计并进行的实验。 四、学生自主创新实验 “实验”“创新实验”“自主创新实验”这三个名称，常常被教师所把持，涌现了一大批“实验高手教师”。我们认为，这不是教育的“好事”。只有在这三个名称的前面冠以“学生”，才是完美的“实验教育”。 教育应该是成就人、培养人、让人感受、体悟生命意义和价值的教学活动。教学为了学生的发展，要让学生具备自主发展的意识与能力，要发展学生的核心素养。韦钰院士指出，教育的根本任务就是学生大脑结构的重塑，教师的任务早已经不是教给了学生什么，而是学生学到了什么，更在于学生的大脑经历了一个怎样的“重塑”过程。因此，在“自主创新实验”前面加上“学生”，不是一种“噱头”，而是教育发展的一种极大可能。 五、学生自主创新实验的未来展望 我们一直认为，学生自主创新实验并非初中物理教学所特有的，而应该是所有科学学科教学的发展趋势，因为学生自主创新实验是科学教育的一种极佳选择。这里的“科学教育”有两层含义：一是指“科学学科的教育”，包括物理、化学、生物、地理等自然科学学科;二是指“科学地进行教育”，即“教育要以脑科学的研究成果为依据”，即“学习最终的目的在于‘重塑人的大脑神经结构”。而学生自主创新实验正是达成这样一种教育目的优秀载体。 当深度学习逐渐走进课堂的时候，当学生自主创新实验逐渐走进课堂的时候，人们终于发现：运用“学生自主创新实验”进行深度学习时，学生不仅获得了知识，而且清楚地知道了在真实世界和实际情况中如何运用这些知识。这样，知识会在学生头脑中保持得更为持久——深度學习之“深度”的一个重要表征就是“能够使知识保持长久，并能运用”。 我们还认为，学生自主创新实验与目前所倡导的STEM（steam）教育理念是一致的。落实学生自主创新实验，是在学科教育，特别是物理教育中践行STEM教育理念的最佳落地点。融合了科学、技术、工程、数学思维的学生自主创新实验，能使学生经历设计与制作，体验知识获得的过程，发现知识的本质，学会模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新等科学方法，学会与人交流、沟通、合作的意义，在深刻理解物理概念（规律、方法、思想等）的同时，养成严谨、认真的科学态度和实验志趣。 当然，我们也清楚地知道，学生自主创新实验并不是物理教育的唯一，我们要做的是将学生自主创新实验与整个物理教育有机地结合起来，形成基于学生自主创新实验的物理课堂教育模式。 本文系江苏省教育科学“十三五”规划规划立项课题“唐文治教育思想引领下学校‘双融文化建设的实践研究”（编号：Ec/2018/18）、全国教育科学“十三五”规划2018年度教育部重点课题“基于STEAM教育理念的初中物理深度学习的实践研究”（编号：DHA180410）的阶段性研究成果。 参考文献： [1] 陈敏华.阿伦斯物理教学方法简介——纪念阿伦斯逝世10周年[J].物理教师，2011（7）. [2] 温·哈伦.科学教育的原则和大概念[M].韦钰，译.北京：科学普及出版社，2011. [3] 吴永军.关于深度学习的再认识[J].课程·教材·教法，2019（2）. [4] 叶耀，柏毅.STEM项目课程化的探索与思考[J].基础教育参考，2018（19）. |
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