淺談“四基”背景下的物理實驗課堂

摘 要：前不久，筆者參加浙江省教育廳組織的物理學科帶頭人培訓，有幸參觀了浙江省鎮海中學，發現這所學校教學成績非常好，有一個重要的原因就是物理實驗比較好，浙江省教育廳教研室梁老師在新的教學環境下提出了物理教學的“四基”理論：基本經歷、基本思想、基本知識、基本技能。實驗課是我們所有物理教師差不多最不重視的一種課型，因此結合“四基”理論談談對物理實驗課堂教學的一些粗淺看法。

關鍵詞：實驗現狀；“四基”理論；物理課堂

一、物理實驗課的重要意義

物理學是以實驗為基礎的，物理學的發展歷史其實就是物理實驗發展的歷史。從功利的角度看，一個學理科的學生，得理綜者得理科，得物理者得理綜，得實驗者得物理，從教學的角度上來看，抽象的知識經過實驗變成具體、形象、直觀的知識，大大降低了學習的難度。

二、物理實驗教學的現狀

客觀上由于實驗員配置的水平、年齡、儀器更新速度、招投標機制等原因，實驗教學止步不前，今天我主要分析一下我們教師教法方面的主觀原因。下面我以《驗證機械能守恒定律》為例，很多教師上這一節實驗課之前，黑板上面已經寫得滿滿的，如，實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據處理、誤差分析等。學生進來落座之后，強調不能亂動實驗儀器，不準交頭接耳，之后按部就班地把實驗目的、實驗原理等講一遍，然后根據實驗步驟，教師演示一遍，就叫學生自己做一遍實驗，最后讓學生做實驗冊，實驗結束。

三、以《驗證機械A能守恒定律》為例，從學生需要出發，談談對物理“四基”教學的認識

如，在教學《驗證機械能守恒定律》這一節課時，我不讓學生記憶，讓學生看題目《驗證機械能守恒定律》，那么實驗的目的就是驗證機械能守恒定律。以下是我上課的片段：

師：可以用哪些物理模型來驗證機械能守恒定律？

生：用自由落體中的小球、平拋中的小球、斜拋中的小球、豎直方向上彈簧和小球……

師：大道至簡，哪一個方法最簡單呢？

生：用自由落體中的小球。

師：自由落體這一個物理模型確定了，實驗的目的是驗證機械能守恒定律，也就是公式1/2mV21+mgh1=1/2mV22+mgh2，實驗中需要測量哪些物理量？

生：熱烈討論，g是不用測量的，質量可以約去，不用測量，那么我們只要測量v1、v2、h1和h2……

師：糾正一下，從物理意義完整的角度來看，質量是要測量的，從計算的簡便程度上來看，質量是不用測量的，所以我們新課程中質量是要測量的。那么測量這些物理量應該用到哪些儀器呢？

生：速度可以用打點計時器、紙帶、直尺配合起來測量，也可以用頻閃照片……高度呢，就用直尺。

師：根據儀器的方便普及程度，我們用打點計時器、紙帶、直尺配合起來測量，打點計時器應該固定在鐵架臺上，所以我們還需要鐵架臺。

師：這么多實驗儀器使用有什么注意要點，我們怎么把它們組合起來？

生：打點計時器需要先打點，后放紙帶，組合順序上，先把鐵架臺放在桌面上，然后再固定打點計時器，接著把紙帶和重錘連起來。

學生開始操作實驗，在學生差不多完成實驗操作后。

師：怎么樣證明紙帶和重錘下落是機械能守恒的呢？

生：可以用紙帶上的任意兩點，分別算出這兩點的動能和勢能，可以用平均速度來代替中點時刻速度，也可以拿一條紙帶進行分析，已知位移、時間、加速度，利用公式知三求二等等，高度可以用直尺測量出來。

師：求速度方法很多，用平均速度來代替中點時刻速度這種方法應該最理想。

經過一段時間的數據處理之后，每一個點都有速度、動能、高度、重力勢能、機械能，每一個人都面對一大堆數據在犯愁，此時我順勢提出能不能想個辦法讓數據清晰一點，看上去清爽一點？

生：把數據按一定的順序排列起來，用表格把這么多個點的數據列出來。

學生的回答非常好，表格中數據處理在誤差范圍內，機械能守恒定律驗證好之后，我們來反思數據。

師：看到這些數據，你有什么發現？原因是什么？

生：往往越后面的點機械能越小，是因為紙帶和打點計時器之間有摩擦，有空氣阻力，放手的時候不干脆，放紙帶的時候人的手放得太低，紙帶懸掛得比較靠下面……

師：說得非常好，那么怎么樣來克服這些誤差呢？

生：為了減少空氣阻力，可以放到真空的環境中去做實驗。為了減少空氣阻力，做實驗的技巧非常重要，打點計時器平面與紙帶限位孔應豎直，紙帶要拉得豎直一點，在限位孔的中間，手應該放在紙帶的末端，防止懸掛下來的紙帶產生二次摩擦。為了減少空氣阻力，可以用相對的方法，利用增加重力、相對減少空氣阻力的方法，所以我們要增加重力，挑選質量大、體積小、同空氣接觸范圍小、阻力會比較小的鐵錘。

師：看來實驗數據好不好，實驗技巧非常重要，我們物理學除了要學習理論知識之外，還要加強動手能力的培養。另外，用物理學的思想可以巧妙抓住問題的本質，使復雜問題簡單化。最后，還有沒有其它想法？

生：我從同桌的紙帶上看，他沒有幾個點打在紙帶上，實驗數據不好處理，在做實驗時應該讓重錘接近打點計時器一點，讓手和紙帶的另一端遠離一點。

生：我覺得改變一下實驗方式，實驗處理起來會更簡單，比如，利用減少的重力勢能同增加的動能相比較，這樣的話就用不著規定重力勢能的零點了。

物理“四基”理論指的是基本知識、基本經歷、基本技能和基本思想。基本知識是對實驗原理、實驗器材的介紹。基本經歷主要是實驗現象、操作步驟、誤差分析、方案設計和評價。基本技能主要是操作技能、數據處理。基本思想方法主要是實驗的思想方法，實驗方法有轉換法、累積法、控制變量法、列表法、概念法、比較法、理想化的方法等。

比較一二兩種方案，其中基本知識中的實驗原理、實驗器材的介紹；基本經歷中的實驗現象、操作步驟、誤差分析；基本技能上的實驗現象、操作步驟、誤差分析，這些項目上一二兩種實驗設計方案都有涉及，但第一種方案直截了當地告訴學生結論，第二種方案（以實驗原理為例）是教師讓學生自己看著課題之后思考需要用哪些器材，在接到這種問題之后學生會積極地用腦思考、用嘴和同伴熱烈地交流、用筆在草稿紙上畫來畫去，第一個方面：從人身體器官的運用上，多個器官運用了，注意力會更加集中、學習會更加投入。第二個方面：第二種方案，教師給學生的知識是通過探討、研究、思考、爭論后得出來的，學生真正親身經歷了整個過程，而不是只給你一個結果。如果你直接告訴學生答案，讓學生想都不用想，我想再勤奮的學生也會變得不思考、變得不勤奮。這一種教學方式堅持“啟發式”和“討論式”，從問題出發，從學生的最近發展區提出適合學生的問題，克服了教師的滿堂灌，讓學生“悟出”道理、規律 和思考方法等，學生自己經歷了操作、觀察、猜想、證明的過程。這一種教學方式真正落實了學生主體性，學生始終處于解決問題狀態，使學生在輕松愉快的環境中獲取基本知識，掌握基本技能，獲得基本經歷，擁有基本思想。

同樣比較一、二兩種方案，基本經歷方案設計和評價，基本思想方案一基本上沒有。

哪一個方案好一點，好在哪里，弊端又在哪里，其中方案二學生經過充分討論后，得出用打點計時器、紙帶、重錘這一種方案比用小球、頻閃照片的方案好。方案二中模型的選擇上是選擇用自由落體中的小球、平拋中的小球、斜拋中的小球還是豎直方向上彈簧和小球時，學生、老師經過了認真的討論、比較、權衡，最終從可操作性、儀器方便、普遍程度上，選擇了自由落體中的小球和紙帶。從生活走向物理、從物理走向社會的物理新課程理念角度上來看，我們應該培養學生獨立精神和批判精神，自主判斷一個事情的結論，而不是人云亦云。在物理實驗課經常對實驗設計方案進行設計和比較判斷，事物都是相通的，我想學生走出校門，走上社會后也會把物理實驗課上的這種方法用到其他地方。同樣方案二中教師對“四基”目標中的基本思想也有所涉及，比如，教師讓學生充分討論用哪一種類型的重錘比較好，應用了基本思想上的比較法。用打點計時器、紙帶、小球來做實驗還是用頻閃照片、小球來做實驗比較好，也應用了比較法。

參考文獻：

梁旭.拓展物理教學目標的內容.物理教學，2012（9）.

編輯 郭曉云