新課程下中學物理實驗教學的實踐與反思

隨著《高中物理新課程標準》的頒布，新一輪的課改革正逐步深入，并成為當前教學改革和學校發展的主題。教學內容、教學方法和教學要求也將相應地隨著課程改革的要求做出調整。物理學研究的基本方法和手段之一是物理實驗。在中學物理教學中，通過物理實驗不僅可以使學生獲得物理知識、培養實驗技能和素質，而且可以培養良好的科學態度、作風和習慣等。但是，長期以來由于基礎實驗設施的薄弱，片面追求升學率，對實驗不重視等主客觀因素，造成了在物理教學中把實驗教學置于理論教學的從屬地位，甚至以實驗理論和口頭講述來代替實際的觀察和動手操作，致使物理教學中出現了理論脫離實際和學生高分低能等不良傾向。為此，中學物理實驗教學改革勢在必行。

一、注重教學物理演示實驗，增強課堂教學效果

從廣義上說，演示實驗除了通常用物理儀器和實物進行的實驗演示之外，還包括教師在課堂上出示模型、實物；用投影教具、模擬教具進行的操作演示；利用現代教育技術放映物理視頻、光盤等；利用多媒體技術進行模擬實驗或動畫顯示實驗等。演示實驗可以在物理教學過程的任何環節中應用，可以直接提供豐富的感性材料，幫助學生建立正確的思維模型，增強課堂教學的直觀性和趣味性。

筆者認為，在演示實驗教學中應注意以下幾點：

(1)演示實驗一定要緊密配合教學內容，提供直觀的素材或數據，為理解概念和規律服務，不能為擺樣子或湊熱鬧而演示。演示實驗的個數和演示的項目不一定要多，應精選一些現象明顯，能直接為概念、規律教學服務的實驗進行演示，另一些不容易觀察或誤差較大的實驗可以考慮作為課外實驗或研究性課程實驗出現。例如，在講授《牛頓第一定律》這一節時，教科書為了讓學生理解在沒有阻力作用時，物體做勻速直線運動，往往用氣墊導軌上滑塊的運動來說明這一點。但有的教師用光電門，分別用計時器測出擋光條通過每個光電門的時間來算出速度：或者用打點計時器來處理紙帶，這樣處理是精確了一些，但是對學生來說這個實驗器材較多，有點眼花繚亂，是否可以考慮與后面的《牛頓第二定律》合起來，作為分組實驗來進行會更好些。

(2)演示實驗常常比它所需說明的現象、規律更復雜，教師應盡量事先消除或減少次要的、附帶出現的現象，或使它們避開學生的視線，或在實驗前向學生交待清楚，使之對主要的現象和結論加以重視。例如在《功和能》這一節，往往會用滾擺來說明重力勢能和動能的相互轉化，這里往往先要說明由于阻力的作用，滾擺不可能上升到原來的高度。另外，這里涉及轉動物體的動能，要想定量計算比較復雜，中學階段不宜涉及。

(3)應盡可能地把演示實驗變成學生實驗，這樣在完成同樣的觀測實驗任務時，學生動手實踐的機會多了，對學生思維活動的能力水平要求也提高了，這些都有利于學生對實驗方法、技能的掌握，能夠培養學生對物理學科以及對實驗活動的興趣愛好。

(4)此外，還有一個很重要的問題，多媒體課件能全面替代演示實驗嗎?近年來，多媒體課件在中學里得到了廣泛的應用，它以其強大的表現力已經成為或正在成為一種高效的教學輔助手段，對于優化教學過程和強化教學效果有著積極的影響。但是，物理學科是以實驗為基礎的學科，學生對物理概念和規律的認知、理解和掌握，首先依賴于物理現象的真實感知。多媒體課件往往只能模擬物理實驗過程，不能讓學生有感性真切的認知；而在實驗中，往往能通過物理問題的探索和師生的共同討論，培養學生的思維方法和能力。這不是多媒體課件所能簡單代替的。我們應該注重物理實驗本身這個“過程”，而不是通過多媒體課件來“模擬”得到某些結論。

所以，在物理演示實驗中，多媒體課件不可亂用。只有那些抽象的理想實驗，難以觀察或無法完成的物理實驗才可以借助課件來模擬展示，如萬有引力常量的測定、多普勒效應、粒子散射實驗等。

二、加強實驗方法論的學習，培養學生的思維能力和創新精神

在物理實驗中，有很多重要的思維方法值得學生學習，這些方法對于提高學生分析問題和解決問題的能力起著積極的作用。

1. “轉換”法

許多特征過程或物理量要想直接進行觀測有困難，可以采取把所要觀測的變量轉換成其他變量進行間接觀察和測量，這就是轉換法。例如，力學量的光測法、電測法是一種轉換法。又如，要證實平拋物體豎直方向的分運動與自由落體運動有相同的規律，在教學過程中要直接測量它們運動時的速度、加速度等來比較是不合適的，然而讓兩個小球分別做平拋運動和自由落體運動從同一高度同時落下，比較它們是否同時落地，就可以證明它們的規律是否相同了。這且是把定量測量轉換為定性觀察，是研究方法的轉換。再如，用插在瓶塞上的毛細管里液柱的高低來顯示物體(瓶)的微小形變，用毛細管中液滴的位置來顯示燒瓶內氣體的熱脹冷縮，變化很顯著。雙金屬片熱脹冷縮時的彎曲，不用投影儀是不容易看清楚的，但利用它的彎曲來接通電路，用燈的明暗來反映它的彎曲，則效果很好。這些都是用的轉換法。

2. 利用平衡、等效、補償等原理

物理學中常利用一個量的作用與另一個(或幾個)量的作用相同、相當或相反來制作儀器，進行測量，這就是所謂利用平衡(等效、補償)原理。如彈簧稈的工作原理是力的平衡，天平的原理是力矩的平衡，溫度計的原理是熱的平衡，電橋是利用電路平衡，電位差計是用補償法測電壓等等。

3. 累計求平均的方法

對某些物理量的測量，用累計后求平均的方法能減小相對誤差。如薄紙的厚度可測n層后平均而得，打點計時器測加速度時計數點的選取，動量守恒定律實驗中對落點的選定問題，單擺的周期計幾十次擺動的時間平均而得，等等。

4. 利用比較、對比、類比等方法

比較就是在一定的實驗條件下找出研究對象之間的同一性和差異性。在物理學中由于研究對象的廣泛性和多樣性。比較的形式也是靈活多樣的，可以是比較某物理現象在實驗時間前后的變化情況，可以是同時對幾類物理對象的現象、變化過程的比較，也可以是比較同一對象在不同條件下的變化情況等。

例如，在研究浮力時，可以比較規則、不規則形狀的物體在同種液體中所受的浮力，給定物體在不同液體中所受浮力、密度大于和小于液體的固體在液體中所受浮力及它們與物體浮沉之間的關系等。

比較方法的關鍵在于從表面上毫不相關的事物間找出它們的同一性，而從表面上類同的事物間找出它們本質上的差異性。例如，比較機械振動、簡諧運動和受迫振動的區別；比較極小面積上的漫反射與鏡面反射的情況，可以看出它們在本質上是一致的。

類比的方法是將一種特殊對象的知識遷移到另一類對象去的思維方法，在實驗中也有應用。例如，電力線用磁力線來類比，盧瑟福原子模型以太陽系模型來類比，聲的折射、反射、衍射以光的折射、反射、衍射來類比等。

三、改進物理實驗教學組織工作，努力提高實驗教學水平

物理實驗按照實驗活動的形式和時間的不同，可以將實驗分為演示實驗、分組實驗、隨堂實驗、課外實驗等；按照實驗的目的以及實驗中對思維和技能的要求的不同，可將實驗分為測量性實驗、驗證性實驗、探索性實驗及應用性實驗等。組織學生實驗除了要求物理教師本身有較強的物理實驗知識和技能，能事先準備和配齊實驗器材，熟悉儀器、材料的規格、型號、性能、測量它們的一些常數、數據，鉆研教學實驗的內容和要求，掌握實驗教學的目標分類，能對實驗學生提出恰當的教學要求和進行適時的、必要的指導等常規的實驗教學組織能力之外，還要求物理教師具有一定的組織學生實驗的技術和技巧，以使實驗教學的任務能高質量、高效率地完成。

1. 實驗分組時，男、女生及實驗技能強弱不同的學生要合理搭配。

男、女學生對事物觀察的角度、方式不同，實驗的能力和體力也有差別，分組時將理論知識掌握得好的和差的，實驗技能強的和弱的，對實驗有興趣的和不太感興趣的，以及男、女學生交叉搭配，有利于他們在實驗中互相協作，共同提高，保證每個學生都能全面地提高實驗技術。

2. 某些分組實驗或隨堂實驗鄰近兩組的實驗內容或實驗方式可以不盡相同。

可以是按不同要求、不同方式做同一實驗，也可以是做不同內容的實驗，通過組際對實驗現象和結果的相互交流，能使學生在指定時間內觀察到較多的實驗事實，掌握較多的實驗方法和技能，也有利于將不同條件、不同方式下的實驗現象或結果相互比較，尤其是能夠保證課堂教學任務的按時完成。

3. 把驗證性實驗變成探索性實驗，鼓勵學生自己設計實驗。

盡可能地把演示實驗變成學生實驗，把驗證性實驗變成探索性實驗，可以提高學生的實驗興趣和技能，也有利于學生掌握物理學科的研究方法，培養學生的創新精神和創新能力。在學生課外小制作、小實驗完成時，要及時擇優表揚，鼓勵越來越多的學生投入到科技實踐中去。

4. “小組化”實驗教學，合理安排實驗課程。

以往的大班級(多達五六十人)的分組實驗教學效果不好，教師難以組織，學生各自動手，實驗室里喧鬧不堪。各個學校可以結合本校實際，將物理實驗與研究性課程結合起來，編制校本課程，既培養了學生的動手能力，又培養了學生的探索性精神。具體地說，可以安排一些演示實驗、驗證性實驗和探索性實驗相結合，將實驗教學經常化、制度化。比如，可以安排每周一次的實驗課，幾個教師同時分組進行教學，每組實驗的學生人數控制在10—20人(一個教師帶二組)，然后輪流做實驗。這樣安排，有利于師生間的平等探討，對于發展師生間的情誼，培養科學實驗中的探索精神以及活躍課堂里學術討論氣氛大有裨益。

結束語

在新的高中物理教學大綱中已明確指出：“觀察現象、進行演示和學生實驗，能夠使學生對物理事實獲得具體的、明確的認識，這是理解概念和規律的必要的基礎。觀察和實驗對培養學生的觀察和實驗能力，培養實事求是的科學態度，引起學生興趣，具有不可代替的重要作用。”所以，作為教師首先要轉變觀念，提高學生的物理實驗意識及實踐動手能力。學校和教師重視物理實驗教學改革，將來的高中物理實驗教學工作就會越來越好。