物理課堂中有效開展實驗教學的分析與實例探討

董文杰 韋葉平

（江蘇省前黃高級中學，江蘇 常州 213161）

物理是一門實驗科學，對教師而言，物理課堂教學中開展實驗教學是實現創新教學、高效課堂的重要途徑，實驗也是一節好課的有機組成部分.因此，物理教師一致認為，一堂優質課必須有一個創新分組實驗，至少是演示實驗.但是，在日常教學中，很多教師不能擺脫傳統觀念的約束，利用題海戰術，以抓高考升學率為目標，以致“講實驗”替代了“做實驗”.殊不知，這只會扼殺學生學習物理的興趣，有礙于學生創新思維和創新能力的培養.

1 課堂教學中物理實驗開展需求情況調查

1.1 問卷調查的設計

為了進一步了解學生對于在物理課堂教學中開展物理實驗的需求和想法，筆者設計了一份調查問卷，面向高一年級近600名學生進行調查、統計和分析，其中收回有效問卷531份.筆者在問卷設計時，有意在其中安排了以下6個特別想要了解并呈遞進關系的問題（見表1），并作了認真的統計和分析.

表1

1.2 問卷調查的結果與分析

對有效問卷進行統計，結果如下.

（1）對于課堂教學中的物理實驗，喜歡教師口頭講實驗和視頻播放實驗的比例分別是0.75%（僅有4人）和4.9%.據了解，這部分學生主要是擔心實驗時間較長，影響學習的時間；喜歡教師演示實驗、學生獨立自主完成實驗和學生小組合作完成實驗的比例分別是16.4%、17.5%和60.5%.前兩者較為接近，分別是87人和93人，學生希望通過小組合作完成實驗的意向明顯高，有321人之多.

（2）喜歡驗證性實驗、對比性實驗和探究性實驗的比例較為接近，分別是32.8%、32.2%和35%.驗證性實驗只要按部就班地操作、收集和分析數據、驗證物理規律，容易得出需要的結論；對比性實驗的實驗現象比較明顯，學生印象深刻；選擇探究性實驗的人數相對較多，有186人.此類實驗有挑戰性，學生通過了解實驗原理、自主設計實驗步驟、記錄分析數據、探究實驗規律等，全程都由學生主動參與，收獲更多，教師僅僅作為組織者和引導者.

（3）對于教材中提供的實驗，學生嘗試從原理改進方面提出創新性建議的比例是7.3%；從器材改進角度的比例是39.7%；從實驗方法改進角度的比例是52.9%.一方面，分析結果表明學生堅信教材中實驗原理的正確性，不敢打破設計好的固定思維；另一方面，可以看出教師在課堂教學的導向和高考物理實驗考查方法的變革，注重學生創新能力的考查，導致教師和學生在側重點方面有所偏向.

（4）對于實驗失敗后的表現，主要集中在后兩項，分別是52.2%和29%.沒有學生選擇第一項，聽教師講實驗，聽懂便行的學生比例占18.8%.

（5）學生對于在課堂教學中開展物理實驗的優勢表現出極大的興趣和認可，各項選擇的比例均較高（多數學生為多選），分別是95.1%、58%、92.8%和78.9%.可見，無論是提高學生物理學習的興趣和積極性，還是培養學生的解題能力、實踐能力和創新能力，都應該倡導在物理教學中做好課堂實驗，并且教師可以將一些演示實驗放手變成學生實驗.

1.3 結論

教師要能設計一節高效、有趣的物理課，在教學過程中巧妙設計一個或一系列創新實驗是一條可循的途徑.從學生角度來看，開展實驗教學在培養學生可持續發展上有著其他教學手段不可替代的作用.它有利于使學生養成理論聯系實際的研究方法；加強學生間團隊協作能力、提高學生自主學習、探究學習的方式等.

但是，筆者觀察到除一些評優課中精彩巧妙的實驗經常出現，在常態課中開展實驗教學還不盡如人意，教師和學生在某些方面的認識上都存在著一些偏差.如教師和學生有開展實驗教學的想法但缺少時間保障；學生樂于開展小組協作實驗但成了個別學生的舞臺，部分學生成了旁觀者；學生滿足于動手操作但不善于提出問題，反思更少，失去了通過實驗培養學生創新能力的功能……課堂教學中如何滲透實驗教學并發揮實驗教學的功能，值得我們深思.這就需要教師不僅要注重知識與技能的傳授，更要突出過程與方法的引導，還要使學生樹立正確的情感、態度和價值觀，從而使課堂教學更加有效，體現新課程標準下的三維目標.

2 課堂教學中有效開展物理實驗的教學策略

只要讓學生動手實驗便能培養學生的探究能力；只有精彩實驗足夠多，物理課堂才生動有趣，教學效果才好等，這是教師認識的誤區.物理課堂教學中，要恰到好處地安排實驗，實驗要發揮為課堂教學服務的功能，否則事倍功半.筆者認為，其中也是有章可循的.

2.1 做好實驗，更要充分利用好實驗結果

圖1

常態課教學中設計的實驗，教師要引導學生理解實驗方案、設計思路和研究方法，讓學生多觀察、多思考、多討論.學生在探究中得出結論才能真正提高實驗探究能力，達到實驗的目的.如探究作曲線運動的條件時，筆者做了如圖1所示的實驗.沒有強磁鐵的情況下，小球沿軌道滑下在水平面上作直線運動；放了如圖所示的強磁鐵后，鐵球運動方向發生偏轉并記下其軌跡，最后分析得出結論.但筆者并沒有到此為止，而是引導學生進一步思考：是否可以建立恰當的坐標系，研究曲線運動過程中的一些物理量，順其自然地過渡到研究曲線運動的方法中去，學生更容易接受和理解知識，這才是這個實驗的閃光之處.

2.2 透視物理實驗考查方向，談課堂教學中物理實驗的教學策略

隨著新課程改革的不斷深入，高考物理實驗的考查特別注重立足教材，依據考試說明的要求在實驗方案的設計、數據處理、誤差分析、實驗結論的分析和評價等方面進行創新.近年，筆者一直關注高考物理創新實驗試題所反饋的信息.近年物理高考創新實驗具有兩大特點.

（1）實驗素材取于實驗室的基本儀器.實驗原理源于教材及考試說明規定的實驗，實驗條件和方法適當變化，要求學生善于發現問題、找出異同、解決問題，培養其探究精神和創新能力.

（2）以生活現象、社會實際、新科技應用為背景，考查學生用已學過的實驗原理、研究方法解決教材未涉及的創新型實驗，讓學生了解科技前沿，考查學生從理論到實際的應用創新能力.

由此可看出課堂教學中可采取如下教學策略.

（1）以教材基礎實驗為原型進行拓展創新是創新實驗教學的前提.必須理解和掌握教材和考試說明上要求的基本實驗，為學生實驗創新思維的發展夯實基礎，從而適當拓展創新.如熟練基本儀器的操作和使用基礎上進行拓展；掌握基本實驗的原理、方法、步驟、數據處理、評價等基礎上改造創新；掌握與中學物理實驗相關的基本物理規律前提下對物理實驗進行創新探究.

（2）以學生動手實驗為基礎，突出在實驗探究教學中培養學生的發散思維.擺脫紙上實驗的現狀，讓學生親自動手實驗并真正理解和掌握.這樣對于考試中新情境、開放性的實驗問題，也能嘗試改進和完善實驗方案，逐步養成發現問題、提出問題并解決問題的探究能力.因為其實質往往都是對基本實驗原理、方法的遷移和靈活運用.教師在教學中，要培養學生多角度、多方位思考問題的思維方式，逐步形成獨特新穎、靈活多樣的思維品質.

2.3 利用信息技術輔助實驗教學，拓展數字化實驗系統的探究功能，優化課堂教學效率

將信息技術與物理實驗有效結合，是物理實驗現代化的發展方向之一.信息技術在計算機實時測量、獲取實驗數據、處理實驗數據、分析實驗結果等方面具有獨特的優勢.在常規實驗的基礎上出現的“數字化實驗系統”的構成如圖2.

圖2

筆者在“探究加速度與力、質量的關系”一課教學時，對人教版《物理》必修1第73頁提供的兩個參考案例作定性分析的基礎上設計了圖3所示的演示實驗.在正確安裝實驗裝置（如平衡摩擦力；使桶和砝碼的總質量遠小于小車的質量等）的前提下，利用光電門傳感器測出遮光片經過光電門的時間，并記錄數據.

圖3

評析：教材提供的參考案例1，實驗時較難控制，誤差較大；參考案例2利用打點計時器測量計算小車運動的加速度，數據記錄和計算過程較繁瑣，且很難清晰、完整地展現3個物理量之間的關系.筆者設計的這個實驗有以下優點.

（1）改變教材中參考案例1“用比較法定性探究加速度與力的關系”為定量探究，具體直觀，更具有說服力.

（2）數字化實驗系統結合Excel的數據處理與制圖等功能，實現了數據采集、記錄和分析同步進行，師生可以從數據讀取、記錄、公式運算和圖線描繪等繁瑣的簡單勞動中解放出來.

表2

圖4

（3）設計Excel表格（表2），編輯公式從而在記錄實驗數據的同時，得出加速度的大小.再利用Excel表格的制圖功能，作a－F的圖像，如圖4.容易看出加速度與力成正比，且誤差較小，效果明顯.同理，改變小車的質量，容易發現加速度與質量成反比，即，簡捷方便.（4）讓學生體會現代教育技術對科學研究的巨大作用，培養學生探究、創新能力和熱愛科學的精神.

3 結束語

物理課堂教學中的經典實驗，只要巧妙設計與課堂教學內容和教學目標的達成有機結合，便能發揮實驗的功能優勢.筆者倡導利用身邊的物品或實驗室簡單易取的器材開發物理實驗，也能夠具有現象新奇、有趣、有效的特點，對學生掌握概念、拓展知識、培養動手能力、拉近師生間的距離有重要功效.教師在設計實驗的過程中，也拓展了實驗探究的視野，豐富了教學資源，真正體現從生活到物理、從物理到社會的理念，打破了物理的神秘感.因此，教師要合理地設計和利用好實驗，使課堂教學生動活潑且豐滿有效.

1 韋葉平.高中物理教學中創新實驗的設計與實踐的研究，物理實驗，2012（3）.