強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng) 回歸物理教學(xué)本源

物理作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，是通過對物理現(xiàn)象的觀察、分析、思考，并通過實(shí)驗(yàn)研究來獲得對自然規(guī)律的認(rèn)識和利用。學(xué)生在經(jīng)歷以物理現(xiàn)象的觀察、思考和實(shí)驗(yàn)為載體的學(xué)習(xí)活動(或問題解決)中形成的能力稱之為實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ▽?shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思想方法和科學(xué)研究能力。筆者現(xiàn)結(jié)合教學(xué)實(shí)際，探討如何在物理教學(xué)中，強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ξ锢韺W(xué)科有重要的意義

由于受應(yīng)試教育及其他一些因素的影響，當(dāng)前物理教學(xué)普遍存在“教師的理論講授(也做少量的演示實(shí)驗(yàn))+學(xué)生的大量筆頭練習(xí)”的現(xiàn)狀；甚至將“理論講授”局限在“應(yīng)試相關(guān)”的范疇，影響了學(xué)生知識能力結(jié)構(gòu)和非智力因素的健康發(fā)展，制約了物理學(xué)科方法的掌握與物理學(xué)科思想的形成。

世界各國都非常重視實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的主體地位，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練；重視科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法等非智力因素的品質(zhì)教育；重視物理學(xué)習(xí)中的理論聯(lián)系實(shí)際能力，重視STS(STS是科學(xué)、技術(shù)、社會三個詞語的英文縮寫，表示三者之間的復(fù)雜關(guān)系，STS教育旨在培養(yǎng)有科學(xué)素質(zhì)的公民)的滲透，致力于培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

自新中國成立以來施行的各部教學(xué)大綱(課程標(biāo)準(zhǔn))，有關(guān)實(shí)驗(yàn)及其相關(guān)能力的要求有兩個顯著特點(diǎn)：一是各類實(shí)驗(yàn)的作用、地位、價值舉足輕重，二是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰跋嚓P(guān)能力的要求(形成)貫穿始終。如現(xiàn)今使用的2000年版大綱，在必修(和限選)課中規(guī)定了79(101)個演示實(shí)驗(yàn)，達(dá)到0.74(0.55)個／課時。這凸顯了實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的建立概念、總結(jié)規(guī)律、形成學(xué)科思想與方法的基礎(chǔ)性與本源性的地位與作用。

現(xiàn)行的課標(biāo)和教材，已經(jīng)為扭轉(zhuǎn)“理”脫離“物”的傾向提供了基礎(chǔ)條件。如在《上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)解讀》中，明確闡述了按照課標(biāo)中的“活動建議及說明”，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體和抓手，落實(shí)三維目標(biāo)滲透STS教育的教學(xué)策略。比如對牛頓定律的學(xué)習(xí)過程，建議首先通過探究實(shí)驗(yàn)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系、加速度與質(zhì)量的關(guān)系”，由學(xué)生歸納出牛頓第二定律來體驗(yàn)“過程與方法”；通過領(lǐng)略牛頓和愛因斯坦的創(chuàng)新精神和科學(xué)態(tài)度來滲透情感態(tài)度與價值觀。并在“牛頓定律與交通”專題研究中，學(xué)習(xí)從身邊的交通現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題；應(yīng)用牛頓定律進(jìn)行分析，形成自我見解或解決方案。改變學(xué)習(xí)方式，加強(qiáng)學(xué)習(xí)與技術(shù)、社會的聯(lián)系，完成教學(xué)中STS的滲透。

二、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟呗?/p>

人教版新教材的編寫，特別注意能力和方法的訓(xùn)練與培養(yǎng)，有意點(diǎn)撥及總結(jié)科學(xué)方法和科學(xué)思想。如動量守恒定律的編寫，傳統(tǒng)教材以知識傳授為主，體現(xiàn)的是數(shù)學(xué)演繹能力。新教材的編寫從教育理念來看突出了探究精神滲透和探究能力培養(yǎng)，從學(xué)科思想與方法來看凸顯了物理學(xué)的守恒思想和觀點(diǎn)。這種變化的意義不僅僅在于研究方法的改變，其價值與作用更重要的是體現(xiàn)在讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)、猜測、探究的過程來獲取知識，有利于對物理思想、物理方法的理解和掌握。同時，通過發(fā)現(xiàn)牛頓定律和動量守恒定律的自洽性，體驗(yàn)物理學(xué)的對稱之美。

“理脫離物”教學(xué)傾向的發(fā)生，一定程度上與實(shí)驗(yàn)手段的不完善及功能欠缺有關(guān)。實(shí)驗(yàn)要借助實(shí)驗(yàn)工具，實(shí)驗(yàn)方案的制訂受制于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的功能，實(shí)驗(yàn)活動的開展還要顧及現(xiàn)象的可視性、操作的便捷性、結(jié)果的穩(wěn)定性和及時性。隨著這些年教改的深入和實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)，促進(jìn)了教育理念及實(shí)驗(yàn)理念的發(fā)展與提升，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。廣大一線教師及教育科研工作者在實(shí)踐中取得了大量的成功經(jīng)驗(yàn)，使得在教學(xué)中更全面地凸顯實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ暮诵牡匚怀蔀榭赡堋?/p>

1 結(jié)合多媒體手段完善常規(guī)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知功能

多媒體技術(shù)的廣泛運(yùn)用，能夠有效地改善物理常規(guī)實(shí)驗(yàn)。以“力的等效替代”教學(xué)為例，教師常演示將系在礦泉水瓶口上的兩根細(xì)線間夾角改變的同時保持水瓶平衡狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得“合力不變”和“分力變化”兩個體驗(yàn)點(diǎn)，再經(jīng)思維分析將兩者聯(lián)系起來，完成“力的等效替代”思想建立的教學(xué)過程。這一教學(xué)設(shè)計(jì)，因缺少一個將視覺信息(合力不變)與感覺信息(分力變大)聯(lián)系起來的形象模型支持學(xué)生的思維活動，影響了學(xué)生后期的學(xué)習(xí)效果。引入多媒體技術(shù)制作“兩個等大分力變化，而合力保持不變”的動畫，能提供這樣一個形象模型。使用時，將其與實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)場錄像疊加后同步播放，可有效地支撐學(xué)生完成由實(shí)驗(yàn)表象感受升華到內(nèi)在聯(lián)系的等效替代思想的學(xué)習(xí)過程，從而有效避免學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)的出現(xiàn)，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

2 利用傳感器等新手段改進(jìn)原有實(shí)驗(yàn)

運(yùn)用新型工具，可以更好地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)效益。以探究氣體的壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系為例，因測量工具及數(shù)據(jù)處理手段所限，從數(shù)據(jù)采集到實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出需要花費(fèi)較長時間，誤差難以控制，無法讓學(xué)生在課內(nèi)短時間完成探究過程。改用壓強(qiáng)傳感器、溫度傳感器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)P-T數(shù)據(jù)的實(shí)時、快速、精確的連續(xù)采集，再使用計(jì)算機(jī)繪制相應(yīng)的圖線；為在課內(nèi)實(shí)施探究活動提供了硬件支持。教學(xué)設(shè)計(jì)中可針對相關(guān)的系列問題，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)技能，化解由圖線到得出結(jié)論之間的思維障礙，順利地歸納出結(jié)論。

3 借助DIS理念設(shè)計(jì)新的探究實(shí)驗(yàn)

新手段的引入帶來新的設(shè)計(jì)理念，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的禁區(qū)，為在更廣闊的范圍嘗試實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和改進(jìn)提供了可能性。以法拉第電磁感應(yīng)定律的教學(xué)為例，原有的教學(xué)設(shè)計(jì)只能通過實(shí)驗(yàn)探究得出定性的結(jié)論，定量關(guān)系只能直接告知，這會影響學(xué)生良好科學(xué)品質(zhì)的形成。采用DIS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度和相應(yīng)的感生電動勢同步動態(tài)測量。學(xué)生在這種定量實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)到了多于定性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷和訓(xùn)練，如定量測量的方案設(shè)計(jì)、測量參數(shù)的設(shè)置與采集控制技術(shù)與技巧以及數(shù)據(jù)處理、結(jié)論歸納等。

4 基于科學(xué)品質(zhì)培養(yǎng)個人實(shí)驗(yàn)探究能力

重演當(dāng)年科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷程的實(shí)驗(yàn)探究的同課異構(gòu)，有利于學(xué)生良好的科學(xué)品質(zhì)的形成。以閉合電路歐姆定律的探究為例，除了教材采用的ε=U_內(nèi)+U_外外實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)外，還可參考?xì)W姆當(dāng)年發(fā)現(xiàn)該定律的思路，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)一些探究實(shí)驗(yàn)。如可設(shè)計(jì)“研究回路R、I關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)，利用水果電池和數(shù)字電流表、電阻箱組成回路；通過改變電阻箱的阻值記錄相應(yīng)的電流值，運(yùn)用Excel軟件繪制擬合出相應(yīng)的函數(shù)R=k(1/I)-6的圖線，并進(jìn)一步討論歸納出R=ε/I--r，導(dǎo)出I=ε/R+r。還可設(shè)計(jì)“研究回路U、I關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)，使用DIS采集數(shù)據(jù)繪制U-I曲線并得出曲線函數(shù)U=b-kI；比對不同條件下的實(shí)驗(yàn)圖線，得出b、k為與電源本身有關(guān)的物理量，即電動勢ε和內(nèi)阻r。上述幾種教學(xué)設(shè)計(jì)，無論是找尋R-I規(guī)律、還是研究U-I關(guān)系，都能給學(xué)生提供更好的實(shí)踐平臺和思維空間。在此情境中，通過介紹歐姆當(dāng)年發(fā)現(xiàn)定律的創(chuàng)新思維過程，即“利用相似原理進(jìn)行聯(lián)想，并藉此提出推論，再通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證”，不失為，一條以實(shí)驗(yàn)為載體的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑。

教師將實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ鳛橹袑W(xué)物理學(xué)科的核心能力，有助于扭轉(zhuǎn)當(dāng)前物理教學(xué)中“理”脫離“物”的傾向，促進(jìn)學(xué)生問題意識、創(chuàng)新思維和探究能力的養(yǎng)成；避免了在物理教學(xué)中，過多側(cè)重于脫離實(shí)際、主觀臆斷的純解題技能訓(xùn)練，有助于物理教學(xué)回歸其本源；有助于學(xué)生良好學(xué)科素養(yǎng)與完善品格的形成，激發(fā)學(xué)生的求知欲；有助于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的優(yōu)良作風(fēng)，從動手操作訓(xùn)練個人的物理技能，發(fā)展個人全面的物理綜合素養(yǎng)。因此，教師不僅應(yīng)該在理論上承認(rèn)物理實(shí)驗(yàn)的重要意義，而且應(yīng)該在實(shí)踐中真正貫徹和開展以實(shí)驗(yàn)為核心的教學(xué)活動。

作者單位上海市信息管理學(xué)校

(責(zé)任編輯 黃蜀紅)