淺談物理實驗在物理教學中的作用

2012-04-29 00:00:00阿斯艷·哈米提沙吾列·蘇里坦

民風(上半月) 2012年8期

摘要：物理教學是一門以觀察、實驗為基礎的學科。如何通過實驗這一“基礎”來提高物理教學水平，這就成為廣大物理教學工作者的一個重要課題。物理實驗是人類認識世界的一種重要活動，是進行科學研究的基礎，是研究物理學的主要手段。物理學的基本規律都是在實驗基礎上歸納總結出來的，物理實驗是由教師在課堂上結合教學內容進行的實驗，是為物理概念、物理規律的教學服務。它是物理教學的一個重要手段，在物理教學中起著十分重要的作用。

關鍵詞：物理實驗；物理教學；作用

Shallow talk physics an experiment and physical teaching of useful

Abstract： Physical education is one to observe， based on the experimental subjects. How to test this \"foundation\" to improve the physical standard of teaching， which a majority of workers in physics teaching an important subject. Physics experiment is a human understanding of the world's major activities is the foundation of scientific research， is the primary means of physics research. The basic laws of physics in the experiment are summarized . Physics experiment by the teachers in the classroom teaching content with the experiment is to physics concepts， the laws of physics teaching services. It is an important teaching physical means， in Physics Teaching plays a very important role.

Key words： Physics Experiment；Physics Teaching；useful

【中圖分類號】 G648 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1671-1297（2012）08-0167-03

一物理概念的概述

1.物理學的概念

物理學是一門基礎科學，它是研究物質最基本最普遍的運動形態和物質的基本結構相互作用及其運動規律的科學。是整個自然科學和現代技術發展的基礎，對促進社會的發展具有不可替代的作用。要學好物理就必須改變過去注重知識傳授的傾向，關注學生的發展，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于思考的學習方式。要積極改革教學方法，注意研究學生的心理特征和認知規律，善于啟發學生的思維，激起學習興趣，使他們積極、主動地獲得知識和提高能力。加強實驗是物理教育本質的自然回歸，符合素質教育的理論和實踐的要求。實驗滲透著方法教育，對養成良好習慣，訓練意志品質有積極作用，是提高素質的重要途徑。

2. 物理實驗教學

物理實驗教學指在一般調查研究的基礎上對教學工作的某一方面或幾方面有目的有計劃有系統的進行探索性的或革新性的試驗研究。

物理實驗不僅是學生獲取物理知識、認識物理規律、形成物理概念、提高各種能力的重要途徑，而且對學生的創新精神和創新能力的培養，也是其他學科所不能代替的。

3. 我國目前實驗教學的現狀

通過對我國現行教材（93年人教版）和發達國家物理教材對比不難看出，我國在重視“實驗教學”，特別是“學生實驗教學”方面遠落后于發達國家。如西德初中物理教材（塞爾肖夫？烏勞貝爾著）中實驗次數（演示實驗+學生實驗）為344個，是我國（138個）的2.5倍；尤其是學生實驗，西德（296個）是我國（19個）的16倍；我國的演示實驗（119個）是西德（49個）的2.5倍。從我國的總體教學現狀看，為了使學生在考試中取得一個高分數，教師更是重理論輕實驗。這樣勢必對培養學生學習物理的科學態度和良好習慣，提高學生理解能力和素質方面都會帶來很大的負面效應。對他們以后的學習和工作中的自我發展更是危害無窮，因此我們在物理教學中應該加大實驗教學。轉變觀念，重視物理實驗的教學。

物理教學質量的提高必須加強實驗教學，這在我國歷來的中學物理教學大綱中都十分這一觀點。隨著教學的改革，實驗教學得到了逐步的加強，但總體來說，在中學物理教學中，實驗仍是較薄弱的環節，它極大地影響市面上物理教學質量的提高，特別是不利于學生創新能力的培養，這雖然有多方面的原因，但教師的教育觀和實驗觀是一個較主要的原因；這與素質教育的要求不相符。實施素質教育對教師的要求是多方面的，但其中很重要的一條是改變教育觀念、改進教學方法，注重對學生創新能力的培養。因此：“努力提高教師實施素質教育的能力，推動教師轉變教育觀念，是實驗教學的重要工作。

4. 物理實驗在中學物理教學中的重要作用

（1）引起注意，培養興趣。

對于中學生，特別是初中生，無意注意特征明顯，對新異刺激的出現非常敏感。教學中可以通過物理實驗來引起學生的注意。物理實驗的新穎有趣是吸引學生注意的重要手段之一。如初中物理現象篇中的實驗，可謂有聲有色，對學生都有很大的吸引力，這也正是教材把各種物理現象放到前面去的目的之一。同時，中學生天生好動，凡事希望探索，對實驗有操作的欲望。教學中的實驗，特別是學生實驗可以滿足學生這一方面的需要。在學生實驗的過程中，學生是實驗的操作者，實驗的成功可以讓學生充分體會到成功帶來的喜悅，從而激發學習物理、探索科技的積極性、主動性和創造性。

因此，教學中不僅要加強演示實驗，更重要的是讓學生多做實驗；教師在設計實驗時要充分考慮實驗的新穎性，盡可能通過實驗激起學生的興趣和求知欲。

（2）提供感性材料，利于形成概念，掌握規律。

在物理教學中，形成概念，掌握規律既是教學的重點，又是難點。實驗是突破這一難點的重要手段之一。例如：力、機械波、電場、磁場等概念，牛頓運動定律、機械能守恒定律、歐姆定律、棱次定律、光的反射、折射定律等規律的建立過程，都是依賴于實驗的。人的理性認識是建立在感性認識之上的，因而形成概念，掌握規律需要借助大量的感性材料，必要的感性材料和數據是形成概念、掌握規律的基礎。物理實驗和生活實驗都可以提供這些感性材料，但相比較而言，實驗更有優勢。因為物理實驗具有：

典型性：實驗創造了一個確切的、盡可能排除干擾的、簡化了的環境，突出了現象的本質和規律，排除了干擾因素。而生活經驗是紛亂的、未加工的?？煽匦裕何锢韺嶒灴梢匀藶榈貙Ξa生現象的條件進行嚴格、精確控制，對實驗的過也可以加以控制。而生活實例是個自然過程，有很強的隨意性。

可重復性：在條件相同時，實驗可重復進行，利于學生反復觀察、測量。

趣味性：生活現象是司空見慣的，平淡無味，以至于熟視無睹。而實驗卻是有趣的，易引起注意，激發興趣。

全面性：實驗既可以用來觀察現象，又能做定性分析，還可以通過數據的測量進行定量分析。這是生活事實所無法比擬的。

鑒于實驗有以上優點，因此在教學中要充分利用實驗為學生提供感性材料，使學生的理性認識建立于感性認識之上。

（3）能力的培養。

物理學是以實驗為基礎的。物理教學要注意培養學生的各個方面的能力。物理實驗對學生能力培養有著重要作用。

a.培養學生的觀察能力。

觀察是智力活動的門戶和源泉，善于觀察是科學研究和學習物理的必備條件，在實驗時要指導學生學會觀察的方法，有目的地去觀察，注意觀察現象的產生，變化情況和變化條件，能找出現象的重要特征，并加以鑒別和解釋。例如，在托里拆利實驗中，要求學生作以下觀察：①實驗器材；②實驗步驟；③實驗條件-管中裝滿水銀；④觀察對象-水銀柱的高度；⑤實驗對象-水銀柱高度是一個確定值；⑥變化條件-管子由豎直位置到傾斜位置；⑦實驗結論——水銀柱高度根管子傾斜程度無關。學生在多次的觀察練習中，會諑漸掌握觀察的方法，同時也培養了觀察能力。

b.培養學生的分析、概括能力。

觀察、測量僅僅得到現象和數據，它必須經過分析、綜合，即把一個整體分解成各個組成部分，并指出各部分的有關層次和相互關系；或把一些有關的部分、要素按一定的要求組合成一個新的整體。在分析、綜合基礎上，對現象歸納出特征，再抽象、概括出適用范圍更廣的結論，是物理實驗的重要環節，我們正是通過這一環節培養學生的分析、概括能力的。如歐姆定律的建立過程，是先根據數據分析得出：①電阻不變時，電流與電壓成正比；②電壓不變時，電流與電阻成反比；然后再概括出歐姆定律。

c.培養學生應用物理知識解決實際問題的能力。

學習的目的是為了應用，而能否將所學的知識應用于實際問題，是反映學生素質好壞的重要標準。因此，物理實驗教學中不能滿足于通過實驗得到的結論，更應該在實驗基礎上運用結論和學過的物理知識去分析、解決一些實際問題，如對實驗過程中的故障分析、設計實驗，變換器材等。在解決問題時，要能找出涉及問題的主要知識，能提出解決問題的合理途徑，并能說明因果、邏輯關系。

d.培養學生的實驗能力。

實驗教學使學生獲得物理知識，同時使學生獲得接受物理知識的能力——實驗方法和技能，即實驗能力。初三物理教材中有一節是要求學生用一個電流表或一個電壓表和一已知電阻測未知電阻，這一節能很好地培養學生的實驗能力。為了提高學生的實驗能力，應盡量把演示實驗改為探究實驗；鼓勵學生自己動手，就地取材，自制簡單的儀器、裝置，這樣可以加深學生對實驗的理解。

（4）科學研究方法的培養。

“學以致用”，物理實驗不僅能活化學生學到的物理知識，而且能引導學生象科學家那樣去觀察周圍的事物，發現事物的變化、聯系和規律，讓學生從中學到科學的研究方法。中學物理教學中的實驗可分為如下三類：

a. 實驗歸納法。

這是從個別到一般的研究方法，其特點是：實驗在前，結論在后，實驗是為了探索規律而做的?，F行教材中的大量演示實驗都屬于此范圍。如：歐姆定律、焦耳定律、牛頓第二定律、楞次定律等都是采用了實驗歸納法得出的。

b. 實驗驗證法。

驗證性實驗是先有推理假說，后有實驗驗證。當一個假設提出或推導出一個新的結論，就需要通過實驗驗證其真理性，從而判斷結論正確與否。如教材中馬德堡半球實驗，驗證機械能守恒，驗證理想氣體狀態方程等實驗均屬于此類。

c. 理想實驗法。

理想實驗是人們在頭腦中塑造的一種理想過程，是邏輯推理的一種方法和形成。理想實驗的條件是無法達到的，但是它可以在有限的真實實驗的基礎上，經過推論、判斷，得出理想條件下的物理規律。例如伽利略的理想斜面實驗，得出了慣性定律；在測定有限次平均速度的基礎上，推論得到位移趨于零時平均速度的極限，從而建立瞬時速度的概念。運用理想實驗可以發展學生的想象力和邏輯推理能力。

（5）科學品質的培養。

素質是由知識因素、能力因素和非智力因素三個方面構成。實驗對非智力因素的培養有顯著的作用。

①實驗可以使學生養成遵守紀律、愛護公物、勤儉節約的良好習慣；

②可以培養嚴謹細致的工作作風；

③可以培養學生尊重事實的科學態度。

總之，物理實驗在中學物理教學中的作用是不可缺少的。我們在教學中應精心設計實驗，讓學生多做實驗，切實指導學生實驗，通過實驗讓學生“動眼、動手、動腦”，調動學生的學習積極性，提高學生的物理素質。要充分發揮實驗的作用，讓實驗服務于物理教學，讓學生在實驗中掌握知識，發展能力，形成良好的品質。

二如何發揮物理實驗在教學中的作用

實驗在教育中有著獨特的作用和不可替代的手段。首先，實驗的過程和方法有利于學生形成要領和認識規律。實驗具有直觀具體、形象生動的特點。在實驗的操作過程中，學生經歷了從感性到理性，從具體到抽象的過程，這適合學生的身心特點，符合學生的認知規律。另外，在學生今后的生活工作環境中會遇到各種各樣的實際問題，而解決這些問題的模式和方法與實驗的過程和方法有許多共同之處。我們應以加強實驗教學作為實施素質教育的一個重要突破口，如何發揮物理實驗在教學的作用呢？

1. 實驗的選擇要具有科學性

一個概念的建立或定律的形成，則必須要有科學的理論依據而不是盲目地憑空想象，即使是異想天開也要有一定的科學成分。最近在一報刊上刊登了一個十一歲的小孩發明了一種名叫“懶漢洗腳盆”的家庭用具，還申請了專利。報道說，小孩平時較懶惰，從不肯洗腳，大人對他也沒辦法，忽然一天他有了一種“異想天開”之想法，能否制造一種人坐在凳子上不移動身體就能完成洗腳的器具。如果有了那可就省掉了清水倒入、洗腳、擦腳和倒臟水的工序。他的想法得到家長同意，于是家長幫他尋找了許多資料，提供了一定的科學依據，最終他取得了成功。當然在這其中也離不開科學的原理，例如：清水倒入、臟水倒掉，采用紅外線接收裝置起到自動作用，洗腳利用按摩裝置，擦腳利用電吹風等，以上事例告訴我們，教師在設計實驗時應該要給學生一定的研究方向，以減少學生的盲目思維，在這里值得一提的是盲目思維和發散性思維是兩個完全不同的概念，我們要注意培養學生發散性思維──異想天開，但不能助長學生的盲目思維、無科學理論依據的思維。

2. 實驗的選擇要具有針對性

不同年齡段的學生掌握知識層面有限，接受的能力有限。因此在設計實驗時要有一定的針對性，也就是我們平時教學中的深度和廣度。另外，還要根據具體的實驗內容，盡力使實驗為教學服務，盡力使抽象的說教變成有興的感性認識。在小學自然常識中有一實驗：“找重心”，一根粗細均勻的鐵絲放在一直尺上去找鐵絲的重心位置，然后一端彎折后再找到新的重心位置和原來的是否在同一處。其實到了初中物理中這個問題利用杠桿平衡原理就能解答，但對于小學生來說不能用理性知識來分析，只有通過實驗，即感性認識了解重心位置變了，因為他們還沒有達到初中學生的知識層面，另外要根據學生特點，盡力增加實驗的趣味性，以培養學生的興趣和愛好。

3. 實驗要具有完整性

實驗的目的在于揭示物質內部構造和物體變化規律，任何一個規律和定律的形成均有完整的實驗步驟和推理。例伽利略在研究力和力的關系中，就應用了這一原理：實驗──推理──結論。所以在指導學生實驗時，也應注意它的完整性：①研究什么，②觀察什么現象，③記錄什么數值（現象），④分析產生原因⑸得到什么結論等，而不是只看現象而忽略了其它更沒有去研究，那么實驗就體現不出它的完整性，也就是說實驗是失敗的。以“研究導體的電阻與什么因素有關”的實驗為例，首先給學生以一個導向，即應從導體本身的性質展開，由于導體之間可能存在材料差異、長度差異、橫截面差異等，然后要求學生利用科學方法（控制變量法）進行實驗，不難得到結論。接著，再設計它們可能與其他什么因素有關，可以說發展思維吧。但教師在指導時一定要強調實驗的完整性，即明白了實驗目的和操作過程、結論的總結等。

4. 注意實驗的分組歸類

教材中有關實驗內容，是根據課文知識的章節安排的，各章節的實驗內容，基本上無必然的聯系。學生所掌握的有關實驗方面的知識，往往既多又亂。因此，在總復習中，可以將原教材中實驗內容的章節次序汀亂，重新歸類為如下幾部分：觀察物理現象、基本儀器的使用、基本物理量的測量、驗證物理規律等。實驗分組歸類，是在學生掌握系統的知識基礎上，進一步用實驗的方法，由淺入深，由現象到本質配合學生的學習的。打破教材中實驗內容的章節，重新分組，目的是避免學生套用一種方法和方式學習物理知識，使學生靈活地運用各種儀器、各種方法，從不同的角度解決實際問題，從而使學生獲得新知識、新技能。

5.加強學生實驗

（1）學生實驗是物理教學中體現理論聯系實際、具體與抽象相結合的教學原則的重要實施方法。

例如講光的鏡面反射和漫反射時，就近帶學生到湖邊看倒影，會取得較好的教育效果。他們看到在平靜的湖水邊，只有一個方向能看到岸邊景物的倒彤，即光線平行射入湖面，反射光線也會平行射出，形成鏡面反射，這時讓一個學生自己將一小石子投入湖中，激起一陣微波，湖面的平靜被破壞了，倒影就亂了。但這時卻發現在其它方向也看到了紊亂的倒影。因為條件發生了變化，平靜的湖面變成了凹凸不平的湖面，鏡面反射變成了漫反射。通過這個生動而且直觀的學生現場實驗，學生對光的反射現象產生了濃厚的興趣，對鏡面反射和漫反射有一個從感性到理性的認識飛躍。

（2）學生實驗是學生親自動手操作，邊觀察邊測定，邊思考分析歸納，手腦并用，能培養學生觀察能力和分析問題的能力。

例如在講到長度測量的一些特殊方法時，利用現在大多數學生上學都騎自行車這一條件，讓學生推著自己的自行車來到操場，先測出自己車輪的周長，做上標記，然后以輪代尺測量操場環形跑道的長度。像這樣耗時少、器材筒單、直觀性、科學性、實踐性兼備的實驗，無論是基礎好的還是基礎差的學生都能自己動手、自己測量、自己分析歸納，既培養了觀察分析問題和解決問題的能力，又提高了學習物理興趣，因此有助于達到較好的教學效果。

（3）學生實驗能培養學生認真、仔細及一絲不茍的嚴謹學風。

例如學生上使用溫度計測量溫度這一實驗課時，我在給學生熱水之前，先給每人發醫用溫度計和常用溫度計各一支，讓他們仔細地對比兩種溫度計的異同。有不少學生通過實驗對比總結得非常完善——相同之處有三點：a 它們的刻度范圍不同，精確程度也不同。B 都是采用帶刻度細長玻璃管制成的。C 下端都有裝液體的薄壁玻璃泡。不同之處也有三點：A 它們刻度范圍不同，精確程度也不同。B 因醫用溫度計是用來測量人體溫的，非離開人體讀數不可，所以在玻璃泡和玻璃之間和銜接處有一細且長的彎徑，常溫度計則沒有。C 相比這下，醫用溫度計的玻璃泡與玻璃管的容積之比大得多，這個實驗，只有在仔細觀察，認真對比，深入思考，嚴密歸納之后才能總結出來，所以學生親自參與動手實驗，自己總結歸納要比教師講，學生聽，教師做，學生看的效果好得多，更重要的是培養了學生認真仔細，一絲不茍的嚴謹學風。

6.讓學生理會課堂中的演示實驗

物理實驗妙趣橫生，學生一定非常喜歡看，但是愛看實驗不等于會看實驗，這里大有學問。老師進行演示實驗的目的是多種多樣的，不同演示實驗，“門道”也是不一樣的。有時老師是想通過演示實驗，來激發同學們的求知欲望，提高學習物理的興趣。例如：用三棱鏡來分解白光成單色光的實驗，就屬于這一類。有時老師是想通過演示實驗，幫助學生對某個物理概念獲得生動的感性認識。例如：驗證大氣壓存在的“覆杯”實驗。對于這類實驗，就指導同學們認真觀察實驗中的各種現象，特別要注意有哪些現象和原來想象中的不一樣，和日常生活中的認識不一致。對于一些“奇異”的現象，多問幾個為什么，為什么會這樣？為什么和自己原來認識不一致？有哪些地方地方不一致？可能一時想不通，這也不要緊，隨著知識的不斷增加，會逐漸解決的。在許多情況下，老師進行演示實驗，是為了啟發同學們通過觀察和思考，總結某個物理理論或規律。例如：阿基米德原理實驗和電磁感應現象實驗，此類實驗叫探索性實驗。這一類實驗很重要，因為前人往往就是通過類似的途徑發現規律的。老師進行這樣的演示實驗，是為了再現前人發現規律的過程。觀察這樣的演示實驗，不僅能幫助學生認識新的物理規律，還能啟迪學生的思維，開拓思路，培養創造才能。因此老師做這些實驗時，要特別注意讓學生觀察實驗裝置、實驗條件及實驗現象。實驗后還要細心分析觀察的現象，根據對現象的分析，經過必要的推理，得出相應結論。

有時老師在講完一個物理理論后，再做幾個演示實驗，進一步驗證理論的正確性，幫助同學們加深理解和記憶，這一類叫驗證性實驗。在看老師做驗證性實驗時，要弄清楚通過實驗驗證了什么規律，實驗現象和物理規律之間有什么內在聯系，現象是如何說明規律的。例如：講慣性概念之后，老師做小車遇障礙物突然停止，車上木塊向前倒的實驗。

7. 鼓勵學生做好課外小實驗、小制作、在課堂中講評

各種物理實驗，從某種意義上說，都是一種特殊的、直觀的實踐，學生在動手完成各種小實驗、小制作過程中，思維異?；钴S，學習欲望高漲，參與意識增強，都迫切地希望進一步探索問題。通過實驗，學生學習到的物理知識就比較深刻、牢固。如課本中“紙盒燒開水”、“日光燈啟輝器中雙金屬片的自動控制作用”、“小風輪”、“電鈴”、“樓梯開關”等小實驗、小制作，有很強的趣味性和知識性，十分貼近學生的生活，符合初中學生好奇、好問、好動、好學的心理特征。教師要鼓勵學生做好這些課外小實驗、小制作，并有意識地在教學中加以講評。

課堂講評小實驗、小制作，可以創設活躍的課堂學習氣氛，給學生提供參與學習的機會，并使班級中不同認知水平的學生的求知欲都能得到滿足。同時，教師可以根據教材的要求，引導學生把對教學內容的學習和對小實驗、小制作的學習結合起來，從而使教學內容的學習和小實驗、小制作的學習達到某種程度的互補。這佯，既促進了學生對教師所講授內容的學習，加深了對所學內容的理解和記憶，又促進了一系列附帶內容的學習。

綜上所述，物理實驗在中學物理教學中的作用是不可缺少的，實驗服務于物理教學，讓學生在實驗中掌握知識，發展能力，形成良好的品質。加強物理實驗教學，是提高物理教學質量的十分有效的途徑，對提高學生抽象邏輯思維能力很有幫助，能為以后學習物理知識打下堅實的基礎。

參考文獻

[1] 許國梁.中學物理教學法[M].高等教育出版社，1983

[2] 姬秉正.大學物理實驗（上冊）[M].新疆科技衛生出版社，2004

[3] 李壽松.物理實驗教程[M].高等教育出版社，2000

[4] 閻金鋒.物理教學論[M].廣西教育出版社，1996

[5] 兵藤申.試驗物理工作者指南[M].中國科學技術大學出版社，1987

[6] 張德啟，李新鄉，陶洪，瑞光.物理試驗教學研究[M].科學出版社，2005

[7] 康穎.大學物理[M].科學出版社，2005

[8] 封小超，王力邦.物理課程與教學論[M].科學出版社，2005

[9] 張大均.教育心理學[M].重慶西南師范大學出版社，1997

[10] 中學物理教學參考[M].教育出版社，2006