立足三個轉變，優化實驗教學

摘 要： 物理實驗在物理教學中處于基礎性的地位，因此我們必須加強和優化物理實驗教學。本文作者結合教學實踐，闡述了立足三個“轉變”，優化實驗教學，切實提高高中物理教學實效的問題。

關鍵詞： 高中物理 實驗教學 轉變

物理實驗作為物理教學的支撐點，是落實新課程標準的三維目標的重要手段。物理實驗能夠為學生學習物理提供符合認知規律的環境；為課堂導入、課堂遞進、課堂強化提供必要的方法和情境依托。物理實驗在物理教學中處于基礎性的地位。遺憾的是，長期以來物理課堂教學由于缺乏實驗設計而導致教學不活躍，給了學生太多的“必須”的限制，留給學生太少的“可能”的余地。當前物理實驗教學主要存在以下幾種現象：

現象之一：學校條件落后。實驗室儀器缺乏；教師講實驗，學生背實驗；枯燥無味的物理教學使得學生喪失了學習的興趣和信心。

現象之二：學校實驗室儀器“堆積如山”，儀器陳舊。由于觀念落后的原因，使得現有的實驗室的儀器使用率極低。

現象之三：實驗教學正常進行，僅仿照課本“演示”給學生看，無現象觀察指導，無過程方法設計，無討論交流，僅僅驗證結論，教師從不進行實驗設計。

那么在新課程改革中怎樣提高普通高中的物理實驗教學的有效性呢？我認為必須立足三個“轉變”，以優化實驗教學。

一、轉變實驗教學方法

教師首要的是轉變教育觀念，從傳授性教學方式轉移到學生的自主學習、合作學習、探究學習相結合的學習方式上來。實驗是學生進行科學探究，實現自主學習的重要基礎。在物理實驗教學中，我們應當把握科學探究的主要環節，運用實驗啟示學生自主地提出問題，作出猜想與假設，設計探究方案，進行實驗操作，收集相關信息得出結論，對實驗進行評價，交流實驗探究的成果。而在科學探究的各個環節都要體現合作精神。我們可從以下幾點進行改進：

（一）將部分演示實驗改為師生協同實驗或學生表演實驗。

教師邊講授知識，邊演示實驗，邊指導學生進行實驗。在實驗中學生得出的結論有可能與應得的結論不相吻合，經過教師的指導，學生可反復實驗直到實驗成功。教師還要培養學生主動否定自我和超越自我的能力。例如把“電磁感應現象”和“楞次定律——感應電流的方向”的教學改為邊教邊實驗，這樣一來，學生既增加了動手能力，又能更好地掌握物理規律。

（二）將部分測量、驗證性實驗改為設計性實驗。

學生用教師（或實驗室）提供的實驗器材進行科學探究，我們就其方案不必強求一致，更不要用多媒體畫面來指揮學生統一行動，要放開學生的思維，從而實現真正意義上的科學探究。在這里教師不要再為學生框定實驗所用的器材，而要為學生準備許多實驗器材，由學生自己進行挑選來完成實驗，讓學生按照自己的想法來設計實驗方案，選用實驗器材，從而真正體現學生的主體思想。如：“測電池的電動勢和內電阻”的實驗。教師可以陳列一些實驗器材：干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等。讓學生自由挑選器材、自行設計實驗線路圖來完成實驗。實驗完畢后，得出數據，分析誤差，并在不同的小組之間進行交流，比較不同實驗方案的優劣。又如電表改裝的實驗，可讓學生挑選不同型號的電位器，選用不同的電源電壓檔進行實驗，實驗結束后根據實驗誤差分析產生誤差的原因，怎樣減小誤差，以及實驗中應注意的問題。

（三）營造和諧氛圍，挖掘創造潛能。

在實驗教學中，教師要為學生營造心理安全、心理自由的氛圍，使學生能結合實驗進行想象。這樣有利于挖掘學生的創造潛能。因此教師要在實驗前適當介紹器材，示范儀器的使用方法，講清儀器的工作原理等，以消除學生進實驗室時的無從下手、不敢動作的畏難情緒，增加其動手的自信心。因而實驗時學生也就顯得自然、積極主動而有目的了。

（四）加強思維訓練，倡導發散思維。

在實驗教學中教師要注重為學生打好思維基礎，構建思維結構，掌握思維方法，體現思維層次，倡導發散思維。例如關于平拋運動軌跡的描繪，有些廠商推出了一些現成的儀器，使拋出的物體可以在運動過程中噴射墨水，從而自動描出運動的軌跡，甚至利用脈沖高壓放電，使拋出的物體在絕緣紙上留下靜電影。這些儀器的設計，雖然相當巧妙，但失去了教材中設計這個實驗的本意，實際上教材中這個看似簡單的實驗，卻包含了豐富的科學方法教育的內容。

1.實驗中要求先調節軌道出口的水平，并保證每次都從軌道上的同一位置釋放小球，這就體現了對實驗條件進行控制的思想。

2.實驗中還要求用小球通過有孔卡片的方法來確定小球球心通過的點，這就體現了在實驗中要正確采集數據的思想。

3.實驗中要求通過所集的數據點的平均位置（而不是通過每一個數據點）描出光滑的曲線作為小球的軌跡，這就體現了誤差的初步概念和正確處理實驗數據的思想。

又如：在完成“測定單擺重力加速度的分組實驗”之后，教師可提供一些思考題：

1.若實驗時擺球用很長的細線懸掛在天花板上。由于懸掛點過高，測量擺長時無法觸及，則如何測出重力加速度g的值？

2.若實驗器材中給出的不是均勻小球，而是一塊形狀不規則的小石塊，能測出重力加速度g的值嗎？

3.若實驗器材中給出的不是單擺而是雙線擺。如何測出重力加速度g的值？

4.除了“用單擺測定重力加速度”外，測定重力加速度還有其他方法嗎？

通過這樣的提問，學生能很好地掌握單擺是一種簡諧振動，并能根據回復力的公式推導出單擺的周期公式，學會用圖像法處理數據。引導學生進行上述一系列發散性思考，對于培養學生的創新精神和提高學生的實踐能力都是有益的。

二、轉變實驗設備使用的觀念

這要求所有的設計都來源于教學的需要，而所用的實驗器材都盡可能取自身邊的物體。著名物理學家麥克斯韋對此早有精辟的論述：“一項實驗使用的材料越簡單，學生就越熟悉，就越徹底地獲得所驗證的結果，這種實驗的教育價值往往與儀器復雜程度成反比。”例如探究“變壓器原理”中關于u1/u2=n1/n2的內容，可以這樣設計：把示教變壓器的副線圈取下，用一根一米多長的多芯絕緣導線與小燈泡組成閉合回路，把它套在閉合鐵芯上，發現小燈泡不亮；不斷增加繞在鐵芯上線圈的匝數，小燈泡逐漸亮起來。學生親眼看到了變壓器的繞制，既增加了對匝數比的感性認識，又對“匝數比的變化會引起電壓比的變化”這一因果關系有了本質的認識。又如光的雙縫干涉的實驗中，用原有的儀器做雙縫干涉實驗，現象不明顯。教師可以利用激光的單色性和相干性，用玩具激光槍做光源，墻做屏幕，直接照射雙縫，可以得到雙縫干涉條紋。在課后，學生也可利用玩具激光槍做光的直線傳播、光在水中的折射、光在玻璃磚中的側移、光的全反射等。利用醫用廢舊的鹽水瓶做勻速水流原理的演示器，可以演示平拋運動、斜拋運動，分析醫用吊針的勻速滴注原因。在洗干凈的塑料油壺底上放置幾粒小泡沫塑料，放于收音機的喇叭口上，當喇叭發聲時，小泡沫塑料隨之上下跳動，說明空氣能傳播聲音，聲波是一種縱波。利用空的洗手液瓶和小型氣源，可演示噴霧器原理等，實現了“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的境界，這樣利用身邊熟悉的物體演示物理教學抽象的內容，使學生容易理解，還有利于學生的創造性思維的活躍。

三、轉變實驗教學手段

這要求實驗與現代教育手段有機地整合，實現優勢互補，相得益彰。它主要體現在以下幾方面：

（一）增加信息容量，加快信息傳遞速度。

在實驗的復習階段。針對各個實驗的目的、原理、器材特點、器材組合、實驗操作、現象觀察、數據讀取、分析處理、得出結論等各個階段，我們可利用計算機使知識再現，并在重點、難點的地方加以突破，使學生能更好地理解。

（二）用投影或攝像的方法，強化觀察主體。

如游標卡尺、螺旋測微器的讀數、各種電表的表盤刻度等學生很難觀察清楚，我們可利用投影等方式，使觀察主體在銀幕上形成放大的像，使學生能方便地觀察到各儀器的實驗細節，從而增強了實驗效果。

（三）用制作課件的方法，再現或模擬實驗現象。

將一些在課堂上實驗現象不明顯、學生很難觀察或受氣候的原因不便做的實驗，制成實驗課件，使學生能很好地理解物理教學中的重點和難點。如：對于波的質點的運動規律、波的雙縫干涉的特征；在靜電實驗中的靜電屏蔽、法拉第圓實驗、影響平行板電容器的電容的因素有哪些的實驗、原子物理中的散射實驗，等等，都可以做成多媒體課件，突出重點和難點，使學生能更好地理解物理思想。

（四）提供與實驗相關的生活與社會背景材料。

在實際的教學中，教師可以結合教學內容播放錄像。如：講波的形成時播放“老鷹抓小雞”的游戲錄像；講磁極間的相互作用可播放磁浮列車的錄像；核能的利用可播放核電站的有關錄像，等等。現代媒體的運用，對物理實驗教學能起到很好的輔助作用。

總之，教學是教師與學生共同活動的過程；學生獲得知識離不開教師的正確引導；教師在學生的學習過程中起著引導性作用，他只是學生學習的外部條件，而沒有學生的積極主動參與是遠遠不夠的，我們應重視學生這一學習“主體”。學生主體的能動作用是取得學習成功的內部因素，起著決定性作用，所以教師在發揮引導作用的同時，應充分調動學生的主動性和積極性，可以將演示實驗改為學生實驗，讓學生來唱“主角”；可以讓學生上臺做演示實驗或協助教師做實驗，為學生“動手”創造條件。在實驗教學過程中，教師要及時指導學生去觀察現象，分析現象，得出結論。

教師要始終堅持“實驗優先”的原則，創造一切條件為學生開設可以進行的實驗。應注意：現在中學里多媒體教學非常盛行。虛擬實驗，網絡實驗，用課件來代替實驗，甚至就用虛擬的實驗室代替了學生分組實驗。當然，虛擬實驗突出重點，突出原理，突出細節，避免了無關細節因素的干擾，對學生的學習有利。但它畢竟是虛擬的，理想化程度過高，給學生以不真實的感覺。何況真實的世界，本來就有上百種千種因素在共同起作用，除非是無法真實再現的實驗，比如α粒子散射實驗，原子核裂變、聚變反應等。否則，教師還應用一些真實的實驗器材來完成這些實驗，給學生以實事求實的實驗過程、實驗結論。

高中物理教學的最終目標是培養學生具有終身學習的愿望和能力，掌握適應時代發展所需要的基礎知識和基本技能，學會收集、判斷和處理信息，具有初步的科學與人文素養、環境意識、創新精神與實踐能力。因此，我們只有立足三個“轉變”，優化實驗教學，才能切實提高物理教學的實效。

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