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吸引学生的课堂原来是这样？
搜狐教育2016-05-11 06:33
蔡文学
物理教学实验创新能手、上海市延安中学物理高级教师，现任《上海市KPK物理教材实验分册》主编，曾荣获全国自制教具能手、上海十大教育新闻人物等荣誉称号。
当年读书时在实验室做实验的场景，你是否还记忆犹新？那时的我们总是很期待进入实验室，通过自己动手做实验而获得的知识会记得特别牢。当试验成功并得到结论，体会到科学的神奇的同时，还有小小的兴奋和成就感。如今，实验室已经搬到走廊里面了！
喜欢和实验打交道的我
我对实验的爱好，很纯粹。
我对实验有瘾。别人鼓励我，我做；别人不支持，我还做。物理不是数学的拓展，时下不少老师把物理课变成了枯燥乏味的纸上谈兵，不少日常现象简单问题复杂化，把学生吓跑了。
在我二十多年的教学生涯中，我始终坚信“物理是一门实验的科学”，要用丰富的实验把学生领进物理这个神秘世界；在“虚拟实验”盛行的今天，始终坚持“原创实验勿离手”。
几张小纸片，几根细铁丝，几枚回形针，这些不起眼的东西都能变成展示物理现象、揭示物理规律的实验器具，产生出奇制胜的实验效果；连续攻克实验设计难关绝非易事，然而却充满乐趣，我喜欢和实验打交道。
在物理教具制作领域，我一直有个观点，“创造发明的目的是转化成产品，而不是为了得奖。”事实上，我们的许多实验仪器已经是教学仪器生产厂家根据我的设计生产出来的成品，其中有一些已经进入上海市教育技术装备部的教学仪器装备目录单，今后将配备到每所中学。
“四小实验”和“四小实验大赛”
去过我办公室的人都知道我有许多宝贝，你看那三张桌子倚墙而立，上面摆满了各种“匪夷所思”的东西：牙签、纸条、乒乓球拍、药片盒、玻璃片，甚至水桶。有人说这是 “杂物”呀！错了。
用牙签在药片盒上钻一个孔，完美的“泊松亮斑”（一种光学现象）跃然墙上……十指翻飞，一分钟不到，一张纸条做出了“力的合成”的示意模型……
“物理不是数学拓展课，其本质是实验科学。”我有一条人生格言：只想不干，一事无成；只干不想，事倍功半；既想又干，事半功倍。在很多学生眼里，我挺有个人魅力的，想法独特，对创新情有独钟，常常有新点子，鼓励学生大胆尝试，而且允许失败。
于是我自主研发了“四小实验”。它是10个科技小制作、30个物理小实验、10个OM小实验项目、10个实践小探究项目的简称，与之配套的《DIY四小实验拓展课程》别具匠心，备受学生青睐。这门课程由我指导并执教，以手脑并用、探索实践为主要特色。
因为我认为，即使是同样一个实验结果，每个人可以选择不同的实现路径，可以帮助学生有效地学习与消化课堂知识，加深对概念的理解。
而我倡导的校园年度“四小实验竞技大赛”，更是高手如云，堪称物理版“武林大会”，在学生中掀起了一轮又一轮的物理学习热潮。奇怪的是，每项比赛的结果，作为实验包设计者的我都无可争议地“雄踞”最后一名。
学生是按照我提供的图纸来设计的，但他们相互之间会较劲。为了赢过老师，一个寝室的同学会一连几天讨论相关话题，改进实验。
从“不懂就问”变成“不懂就做”
影子是什么颜色？当你脑海中出现这个问题时，第一反应是问老师（查资料）还是亲自动手寻找答案？相信大多数人会选择前者。通常情况下，“不懂就问”被当作是“好学生”的一种表现。这时，老师会告诉你，影子是黑色的。
但我有不同看法。影子是什么颜色取决于被什么光照射，教学中老师往往把结论告诉学生，却忽略了前提条件。如果能让学生从“不懂就问”变成“不懂就做”，能加深同学对知识的理解。给学生一个动手做的平台，最好不占场地和专门时间。于是，我产生了制作“科普智慧墙”的念头。
在“智慧墙”全面进校园前，我曾小范围地做过实验，结果发现学生们“玩乐”兴趣颇高，一天下来等到整理时发现，展板少了2块。可能是同学拿走了吧？学校装有摄像头，将“拿展板”的孩子找出来易如反掌，但是我们并没有那么做。孩子对你这个东西有兴趣，他才会拿，实验小道具丢了就丢了，说不定他们中真能出一个科学家。
后来我告诉同学们，这些展板将会常年放在学校里，不会被拿走，所以想玩的孩子不需要将它“据为己有”，一番教育后学校再也没有发生展板缺失之事。
每套“科普智慧墙”由21块展板组成，每块展板固定一个小型实验仪器，实验涉及物理、数学、地理、天文、心理等学科以及新材料、新元件方面的知识，既来源于课本知识，又有扩展和延伸。
“彩色影子”就是展示内容之一。如用蓝光或红光照射，影子都是黑色的，如果两种光源一起照射，就能同时看到蓝色和红色的影子。可见黑影子的前提条件是，只有一种光源。“如果是白色光源，是不是就没影子了?”一位学生动手后发出疑问。“是的，手术台上的无影灯就是利用这个原理。”
尽管小实验涉及声、光、电，但家长们不用担心安全问题，这些实验用的都是5号电池，最高电压9伏，不会对孩子健康造成伤害。
“走廊实验室”的诞生
对于在市区的学校而言，空间总是很宝贵的。而相对于学生在教室内学习文化课，进入实验室做实验的时间和机会少之又少，只有在物理课与化学课上才能体会到做实验的乐趣。而且实验室内的实验种类也很有局限性，而走廊内的小实验会涵盖多学科知识，很大程度上可以拓宽了学生的思路，不再局限于书本上学习的知识。
正是意识到了动手操作对激发学生科学兴趣、理解科学内容具有不可替代的作用，我才产生了构思制造这些“墙上科技装置”的念头，让我萌生了想要把实验室搬进走廊的想法。
自2005年开始，我就已经着手研究、制作这些实验装置了。从内容上来讲，整个实验墙包括数学、物理、地理、心理等几大分支，而在各个学科内，我希望涉及的面比较广，既有教材内的知识，又有教材外的知识，这就要求我对各个学科内的各分支涉猎广泛。而且没人会告诉学生结果如何，一切都要依靠他们自己来尝试和发现。
教室外长长的走廊上，每隔5米距离，就会设置一块粘贴在墙上的活动实验装置。这些装置只有普通“A3”打印纸大小，其内容却涵盖了“哥尼斯堡七桥”“雪花曲线”“混沌理论”“内旋轮线”“破解八卦”等五十多个数学实验以及二百余个物理实验。这就是“走廊实验室”。
不同于其他科普知识的推广，既然是小实验，这就需要同学们自己动手来探索其中的奥秘。
其中一个小实验名叫“小鸟进笼”，在一个纸板上正反两面分别画着鸟笼和小鸟，推动转板，小鸟就会随着速度的变化进出笼子了，并且连平面的笼子和小鸟都变成了立体图像，栩栩如生。
另外一个小实验名叫“莫氏干涉”，在两个透明的圆板上不同方向的条纹相互交错，当你快速转动圆板时，交错的条纹就会重合成为一条线。
许多小实验都和平时印象当中的规律是相互违背的，这样的矛盾性极大地激起了学生的好奇心，其实往往是因为学生们忽略了某些规律的前提条件。
下课时间一到，学生们三三两两在它们面前驻足停留，大家竞相操作、思考，拨弄着墙上的实验器材，充分享受科学实验的乐趣。用纸片拼个图，尝试放几枚棋子，或是在写字板中填写一个三阶反幻方数字方阵，就能立刻得出深奥且奇妙的科学结论。学生们所花费的，却只有短短的课间10分钟。
如今，看谁能娴熟操作“模拟彩虹实验”、“水果电池实验”、“光的干涉与衍射实验”、“能量穿梭机”等一系列自主开发、新奇有趣的挂壁式实验装置，或饶有情趣地为艺术佳作进行科学诠释，已成为当下“延安”学子追求的时尚生活。
“走廊实验室”的优势
“走廊实验室”涉及物理学、数学、地理学、天文学、心理学、化学等多学科的知识，共计100余个精彩科技实验。它与教学内容既有联系又不局限于课本，是课本知识的拓展与延伸。由于这些实验现象具有“新”“奇”“特”的效果、常常与学生的生活经验发生认知冲突，这些冲突强烈吸引学生，使他们常常要“追根问底”，十分有利于达到素质教育的目的。
优势一节省室内空间
“走廊实验室”可以悬挂到走廊的墙壁之上，当然也可悬挂在实验室的墙壁上（也可同其他教具一样放置在桌面上），由于实验设计的厚度很小，不影响师生正常通行，解决了大城市学校房舍紧张的难点。
优势二不增加教师负担
“走廊实验室”所有实验设计都考虑了安全因素，尽量采用低压电源或封闭设计，确保学生安全。并且所有实验面板上都有实验步骤的说明，不需要教师进行指导，不会增加教师的负担。
优势三更适合于中小城市或偏远农村
目前，由于经济发展的原因，广大中小城市和农村没有建造科技馆，而走廊实验室在某种程度相当于一个小型科技馆，因此，它解决了中小城市和农村学生到科技馆参观之困难，体现了教育的公平化、大众化的要求。
科学走进大众
科学不仅仅是学生们的专利，普通群众也需要科学的普及。在上海市科学技术协会的资助和推动下，“走廊实验室”成功地走进了社区，走进了群众中。目前，“走廊实验室”已经入驻部分社区。
不同于学校的实验，社区里的实验更加贴近生活，让已经工作很久的人们再次燃起对科学的兴趣，学习生活中的科学。
其中一个经典的实验名叫“混沌理论”，实验由当中一个长横杆以及左右连接了两小段横杆组成，当以一定频率转动当中的横杆时，左右两边的小横杆会无规律地随之转动，这就是混沌数学所揭示的“确定性的原因未必产生规则的结果”，这个实验充分说明了为什么地震总是预测不准的问题。
“走廊实验室”的另一部分内容是“名画与科技”，其目的是将名画中的科技展现给大家，让更多的人了解为什么这些画被称为名画，将科技与艺术完美地结合在一起。
大家都知道相对论是爱因斯坦提出的，但是又有多少人知道爱因斯坦是受毕加索的名画《画廊》和《阿维尼翁的姑娘们》的启发才提出了著名的相对论呢？又如圣彼得堡遗产博物馆里的镇馆之宝——历史名画《春天里的耶稣》被称为“神秘杀手”，馆内的七名管理员都为此丧生，其原因是因为画上的颜料里含有大量的辐射物质。
有研究证明，古代西方的原稿名画中或多或少都存在辐射物质，只是含量不同而已。
目前，我只担任“物理小制作”拓展课的教学，其他时间全部用来进行小制作、小实验的创造发明。每当有新的创造发明需要申请专利时，学校会承担所有费用。上海比我聪明的人多得多，但是我相信，能有我这么好的条件来进行创造发明的应该不会多。我倒希望能多一点。

放弃实验就是放弃教学
来源：摘自上海教育2009 发布时间：2013年05月29日 点击数： 14

2005年，蔡文学来到嘉定二中，在物理实验设计和教具制作方面的突出能力使他很快就成为了学校创新实践小组的主力。短短几年，蔡文学及其团队积极创新物理实验设计、研发简易实验教具，不仅培养了学生对物理的浓厚兴趣，更在动手做的过程中激发了他们的创新思维。

蔡文学为何会被“放大”

“压力发电”“逆风而上”“奇异轨道”“魔幻彩灯”……在嘉定二中物理展示厅里，有一条“科学长廊”特别受学生的欢迎，每天中午都会有不少学生过来摆弄长廊里的近百个挂壁式走廊科技小实验。作为这条“科学长廊”的主创，蔡文学也因200多个自行开发的物理小制作、47项发明专利、45项实用新型专利以及8项外观设计专利，成为物理教具领域一位“巧做实验”的高手、一位颇有名气的专家。近年来，在他的指导下，学生申报的专利达到了20多项。
“为什么要为一个普通教师举行如此高规格的研讨会？”“实验教学虽是物理教学的一个重要组成部分，但对于整个教学而言只是很小的一部分，为什么这么小的事情会得到如此高度的关注？”多位与会嘉宾发言时都发出了这样的疑问。
“因为实验对缓解当前教学中出现的两个‘缺乏’——实践能力和创新精神的缺乏有着重要的作用。”上海市教委教研室副主任陆伯鸿说。1964年大学毕业后担任物理教师的上海市风华中学原校长冯容士则用自己的经历说明实验的重要性：“实验是物理教学的组成部分，任何物理教师都不会偏废实验教学。我们当教师最初的一段时间，每个晚上都是在实验室度过的。为了上一节课，准备实验的时间远远超过现在上网的时间。”
“无论是物理、化学还是生物，自然科学都有共通的地方，即实验是主导。”作为上海最年轻的生物特级教师，现任上海大学附属中学副校长的张治对于学校为教师创设宽松环境的重要性感同身受。“我以前在吴淞中学工作，带学生做课题研究，从功利的角度看，这项工作对学校来说贡献是极小的，它对提高升学率没多大作用，但校长能够容忍我这么做，我觉得只要环境宽松，研究型教师是能够成长起来的。”他认为，实验教学的最大价值在于教给学生方法体系，方法体系跟知识体系有相通的地方，但方法体系却无法通过试题训练的方法来获得。“学生掌握了方法体系，就会知道要探索未知的东西，不仅可以查书、上网或请教老师，还可以通过实验去验证。有了方法体系，创新、实践也就有了可能。”

实验教学出了什么问题

调查显示，按照我国的课程标准要求，学生从初中到高中所学的实验最多200个，而德国是我们的5倍，达到了1000个。“更可悲的是，我们的实验大多还是黑板实验、纸上实验。”陆伯鸿说。
作为上海物理教学界的元老，冯容士则发出了这样的感叹：“现在研究实验教学的年轻教师太少了，物理教师好找，但要找个实验员却很困难。这种现象是不正常的，甚至是可悲的。”
另一位物理教学界的权威、上海市南洋中学特级教师奚天敬则直接点出了当前教师不重视实验教学背后的根源：“如果我们这支队伍都是临时工，都为拿奖而来，那么实验教学是难以深入的，这也是为什么现在的原创性实验越来越少的原因。”
“反观我们的教学，物理、化学的教法很像数学，整天就是做题目，生物课上得很像历史课，要背书。如果自然科学的教学是如此这般，那么我们的创新教育还有希望吗？”张治的观点也得到了生物特级教师、上海市徐汇中学校长庄小凤的呼应：“一直在讲学生的创新精神，但是学生进入实验室的次数却很少，而且所有实验的操作都是按部就班，那么就算把教材上所有实验都做完，学生的创新精神还是无法培养。”
物理特级教师、虹口区教育局副局长常生龙则把当前理、化、生三门学科实验教学存在的问题归结为：一是实验员或实验教师队伍青黄不接，这导致许多学校的实验管理基本流于形式，勉强能够维持基本的实验课的开设，探索、创新根本无从谈起；二是受上课时间限制，导致学生实验课流于肤浅，学生动手操作的时间太少；三是实验过于关注知识和技能，但对解决问题的能力和方法的培养非常不足；四是教师多用多媒体课件、虚拟实验室替代动手实验，青年教师缺乏实验功底；五是包括考试在内的评价体系未起到重视动手实验的导向。

实验教学路在何方

面对挑战，我们可以做些什么？
“在我看来，实验教学的关键在教师。”陆伯鸿认为，教师要不满足于现状，不断地追求完美，这是创新的原动力所在。
“以前我们都在讲如何发挥学生的创新精神和动手能力，唯独没有提到怎样发挥教师的创新精神，其实学生的创新精神需要教师的引领，我们不能想象一群没有创新精神的教师能够带动学生创新能力的提高，所以教师的创新精神非常重要。”庄小凤认为，现在创新型教师太少，会动手做实验的教师太少。作为校长，她只能在有限的权力范围内，向实验室建设倾斜。已先后在位育中学、市二中学、徐汇中学创建了生命科学实验室、机器人实验室和生命科学实验中心的庄小凤，还想再建一个工程类实验室：“在这个实验室里会摆很多高级的‘玩具’，让师生在玩中真正体验实验的乐趣，以及实验对学生和老师的创造力带来的无限刺激。”
化学特级教师、市教委教研室教研员徐睿也提出，要激发教师对实验的积极性，关键在于创建一种能够让教师创新和研究的环境，包括交流的机会、激励性的评价。另外，实验室的配备也要从重数量转移到重质量上来，“现在的教学设备比较落后，和我们的教学实际还有一定差距。”
张治认为，实验的核心在于动手，在于创建和实践。“实验的特性决定了很多实验不可能在40分钟内完成，这就需要我们打破传统的课时、学时限制，形成“联姻课程”，把时间拉长，实现课内课外的结合，给学生充分的时间和空间做实验。”对此，常生龙也提出建议，打破原来规定的课程设置，每周安排一个连续两到三节的实验课，为三门课共有，理、化、生轮流上实验课，让实验教学更好地发挥作用。
在评价方面，常生龙提出可借鉴香港的做法，比如高中物理规定要做18个实验，每个实验要求做3个小时，做完后学生要完成一份实验报告，由学校教师签名后交给某一独立机构统一批改。此外，还应建立针对学校和教师的评价机制，比如学校的实验设备是否达标，教师是否有能力完成相关实验。对条件具备的，可以颁发证书，表明其有条件、有能力自行组织实验教学和测验，使评价与平时的教学真正结合起来。
上海市教委副主任尹后庆提出，课改应当在宏观掌控的前提下，下移管理重心，激活微观主体，提高教学质量。“教学需要创造，我们必须激发出教师的创新精神。高品质的教学一定是由于教师在贯彻课程标准时融入了他们个人的创造，教师根据每一位学生的情况进行教学决策的能力是非常重要的，这种决策就需要教师的创造，激活微观主体，就是激活教师的创造性。”他认为，对于高中来说，课程改革将是推进学校特色发展的好平台、好机会。嘉定二中自主选择改革的切入口，并且带动全校的教学团队行动起来，拉动全校的教育改革，让学生们通过学校的实验室，发现问题、研究问题并努力解决问题，这就是一个改革的成功案例。“一所学校要再发展，一定要选择基于学校特色的项目作为切入口，通过项目的推进，拉动整个学校的发展。在目前大力推进课改的背景下，我们应积极研究有效推动高中实现多样性发展的方式方法，从而推动上海基础教育各项改革目标的落实。”尹后庆说。