透析操作技能考核 優化物理實驗教學——以2014年上海市高二物理實驗學業考為例

王金鐸 郭樂峰

（上海市盧灣高級中學，上海 200023）

上海作為教育改革的前沿，在“二期”課改中，明確了物理教學的“三維”目標，提倡自主、合作、探究的學習方式，而物理實驗是達成上述目標的重要手段.在高二年級物理學業水平考試中，將實驗技能作為單獨考核的內容，凸顯了實驗教學在物理教學中的地位.

1 考核概況

實驗技能考核的全稱是“上海市普通高中學業水平考試技能操作測試”，該測試從1998年至今已進行了16年.它隸屬于高二物理學業水平考試的內容，但為時間獨立、計分獨立的技能操作測試.考核范圍是高中物理必修部分的學生實驗，既有傳統的操作實驗，也有利用現代科技的DIS實驗.考核時間一般安排在當年學業考試的理論部分考試前1～2周內進行.考卷由上海市教育考試院命制，每年的考題分為難度基本相當的A、B、C 3組，每組2題.考生按照事先由電腦隨機分配的方式形成考試小組，每小組按照規定的時間前往考點（非就讀學校），臨場抽簽決定考題.每場實驗操作時間為15min，單人單桌考試.監考老師由教育考試院遴選的非考生所在校任課教師擔任，每位教師監考4名考生.在學生操作過程中，監考老師當場評分，并由專業人員將分數錄入考試中心計分表.再將原始分換算為A、B、C、D、E等考試等級，記入學生檔案，作為學生高中畢業的成績，為高校自主招生提供參考.

2 考題介紹

2014年上海市高二物理實驗技能測試題見表1，其中組別就是試卷的組序；實驗試題就是實驗名稱；實驗內容則為學生具體的操作項目，也是監考教師的評分依據.

表1

3 考題分析

從實驗試題的內容上來看，實驗操作主要考核學生以下幾方面能力.

3.1 基本的實驗操作能力

動手操作是實驗技能考核的重要特征，也是操作技能考核與紙筆考核的關鍵差異所在.無論是利用現代信息技術的DIS實驗還是傳統實驗，實際操作都是實驗的核心.例如，在本次實驗技能測試中，A、B兩組的實驗1中，都有讓小車在細線拉動下做勻加速運動的操作部分，且都要求測出小車的加速度.要使小車做勻加速運動，小車的輪子必須始終處于滑板的軌道槽內，且在運動的過程中牽引小車的細線不能脫離滑輪槽，位移傳感器的發射器必須與接收器的正對，釋放小車與操作DIS界面上數據記錄同步等.在C組實驗1中，操作時學生要用手緩慢推動活塞至要求的刻度處，另一只手要點擊鼠標記錄數據，以得到對應氣體的p、V值，因此眼、手協調是基本操作能力的反映.

3.2 基本儀器的使用能力

中學物理的實驗裝置，大部分是由基本的器材和儀器組合而成.如小車，位移、壓強傳感器，滑動變阻器，彈簧測力計，原、副線圈，檢流計，多用電表等都是物理實驗中的常用儀器.在實驗操作考核中，以這些儀器的使用為主，既突出了實驗考核的基本宗旨，又明確了平時實驗教學的努力方向.這對學生基本實驗技能的形成具有積極作用.

3.3 實驗結果表述能力

圖形、圖像、數據、文字都是實驗結果表述方式，它反映的是學生對實驗的理解和效果.A組實驗1中，利用v-t圖像，選取直線區域的斜率求小車的加速度，再通過取平均值的方法得到加速度的平均值；B組實驗2，就是用文字來闡述感應電流產生的條件；A組實驗2中，利用圖形比較合力的理論值與測量值的差異.

綜上所述實驗技能考核包括：對學生實驗操作能力、儀器的組合和使用能力、實驗結果的處理及實驗結論的表述能力等，其結果較全面地反映學生的實驗素養.

4 操作實錄及分析

在實驗操作考核過程中，絕大部分同學能按照考題要求，通過正確的實驗操作，得出理想的結果.但也有不少的同學，出現了各種各樣的問題，現將其中的部分摘錄于表2.

表2

從摘錄可以看出，學生在考核中的失誤可以歸納為以下幾方面.

4.1 對考題理解不夠透徹

物理實驗不是無目標的活動，而是為完成特定任務而展開的手腦并用的智力活動.因此，認真審題、準確理解題意，明確實驗目標是實驗操作考核成敗的關鍵.A組實驗2中，按指定方向測出合力、分力大小后，再利用力的圖示法作平行四邊形，從而研究力合成的方法.力的等效替代和準確的平行四邊形是操作成敗的關鍵；B組實驗2中，利用實驗的方法，采取多種方式使閉合線圈中磁通量發生變化，從而得出感應電流的形成條件；C組實驗2中，對于未知電阻的阻值，不少學生想當然地認為是通過多用電表測量法直接得到，而考題是要求學生用多用電表測出各電阻的電壓后，利用串聯電路的性質通過理論計算得出.所以，對題意的準確理解進而轉化為實際操作，是確保實驗操作考核成功的關鍵.

4.2 實驗裝置組裝不夠科學

符合要求的實驗裝置是實驗考核順利完成的保證，在考核中大部分學生考核結果不夠理想的原因是不能組成正確實驗裝置.在DIS實驗中，不能進入正確的實驗界面、實驗儀器與傳感器、數據采集器及計算機間的連接不正確；傳統實驗中電路的連接、多用電表擋位的選擇、與被測電路的連接，彈簧測力計的使用等都是學生在考核中暴露出的問題，仍需要在平時的教學過程中得以重視.

4.3 實驗原理與操作脫節

4.4 考核結果表述欠準確

考核結果的表達，既是學生操作能力的反映，也是學生對物理實驗理解能力的表現.考核過程中出現的平行四邊形定則作圖問題，在作加速度與質量關系的a-m圖像時的坐標分度、描點問題，不能用準確的語言描述感應電流產生的條件，不能用串聯電路的規律計算未知電阻的阻值等問題，都會使本已完成的實驗操作因為結果表達的不規范而影響了考核成績.也反映了學生對實驗目的、實驗原理認識上的不足.

4.5 缺乏儀器整理的習慣

良好的實驗習慣，不僅表現在實驗裝置的正確連接、實驗儀器的正確使用、及實驗操作的正確規范，還表現在實驗結束后對實驗器材的整理.在DIS實驗中不能清除界面數據，不能及時退出實驗界面，在傳統的實驗中實驗裝置不能及時拆除，多用電表使用完畢沒有將表筆拔出，并將選擇開關置于應該的位置等.這些看似簡單的操作，折射出的都是學生實驗的規范性及實驗的基本素養.

5 教學建議

從學生在實驗操作中出現的問題來看，既有對實驗的重視不夠，導致動手機會少而操作生疏，也有對實驗原理的理解不當，導致操作時不知所措，當然還有因平時不良的實驗習慣引起操作不規范等.這些問題都應該在平時的課堂教學加以克服，為此提出以下建議.

5.1 重視實驗教學

在整個高中物理教學過程中，物理實驗技能考核，僅在高二學業結束時進行一次，師生難免有臨時抱佛腳的突擊心理，難以對實驗教學形成比較全面而系統的安排.但物理實驗具有揭示、探究與驗證物理規律的作用，是教師用語言教學無法替代的，更重要的是通過物理實驗能夠激發學生學習物理的濃厚興趣.由此引發學生熱愛物理，研究物理，投身于物理的激情，是物理實驗的潛在力量.那種認為物理實驗課，課堂秩序難以控制，實驗課會占用理論教學的時間從而影響理論教學的觀點，使原本有趣的實驗操作課變為學生觀看視頻的“看實驗”，或給學生實驗報告清單，讓學生背實驗操作步驟的“背實驗”的形式，這種做法都成為實驗教學的桎梏，必然會使生動有趣的物理學變為死記硬背的枯燥解題物理，導致學生失去學習物理的積極性，當然更談不上物理學習的高效.因此，在課堂教學過程中，不僅要保質、保量地完成教材中規定的學生實驗、演示實驗，還應在力所能及的情況下盡可能多地開發研究性與探究性實驗，增加學生的動手與體驗實驗的機會.

5.2 優化實驗教學

實驗教學的有效開展，優化教學過程是關鍵，在平時的課堂教學過程中，可以從以下幾方面努力.

5.2.1 培養良好實驗習慣

俗話說“無規矩，不成方圓”，物理實驗是在物理原理指導下的有目的操作活動，只有養成良好的實驗操作習慣，才能達到最佳的實驗效果.良好的實驗習慣包含：對常規器材的合理取、放、組裝，測量儀器的恰當讀數，實驗現象的準確觀察和描述，實驗數據的正確記錄與分析，實驗報告的完整呈現，還有學生進入實驗室后對各實驗儀器的清點與檢查，實驗結束時，對各儀器的復位與整理等.良好的習慣是實驗正確開展的保證，當然，它的培養既要靠教學過程中教師的示范，也要靠師生、生生的監督方可形成.

5.2.2 正確把握實驗環節

物理實驗是一個完整的思維過程，是由各個不同的環節組成，一般而言，中學物理實驗有如圖1所示的各環節構成.

實驗目的是指實驗要做什么，如測量某物理量、研究物理規律、練習使用某種儀器等.通常情況下，從實驗目的就應該知道實驗要得到的結果.在實驗開始前，使學生理解實驗目的，才能明確實驗的努力方向.

實驗原理是指該實驗所遵循的物理原理或物理規律，也可以是該實驗所采用的設計方法，如放大、對比、控制變量等.顯然，這是物理實驗的核心.在實驗開始前，讓同學熟悉或討論實驗原理，在理解實驗原理的前提下完成實驗，以減少實驗操作的盲目性.

圖1

在明確實驗目的、理解實驗原理的基礎上，進行的儀器組裝、實驗操作、數據記錄與處理等才科學合理.

5.2.3 適時開展實驗評價

適時而科學的評價，既能在實驗過程中檢查與督促學生的實驗進程，又能培養學生科學而規范的實驗態度.實驗前由學生來闡述實驗原理、設計實驗方案，可以直接了解和評價學生對實驗原理的理解程度；在實驗過程中及時對實驗進度、實驗結果進行總結、評價，讓學生來分析與發現實驗過程中的成敗；另外在實驗結束后，讓學生來交流實驗報告，分析實驗誤差提出實驗的改進意見更能激發學生的創新思維.通過對學生理解原理、分析過程、討論結果、創新設計等多元要素的評價，讓學生既能看到實驗過程中存在的不足，又能體會到實驗成功時的快樂，必然能夠促進學生形成高效實驗的品格.

5.3 創新實驗教學

實驗教學有其固有的規律，遵循這些規律可以使實驗教學井然有序的進行，并達成物理教學的目標.但實驗教學也不能循規蹈矩、墨守成規，因為創新的教學方式才能培養學生的發散性思維及創新素養，讓物理教學真正為培養現代化建設人才做出貢獻.為達上述目標，可以從以下方面加以努力.

5.3.1 創設更多“探究性”實驗

物理實驗是探究物理規律的重要工具，在物理實驗教學中，多一些研究性實驗，更能發揮實驗的探究功能.把學生置身于動態、開放、生動的實驗教學環境中，通過自主探究了解現象，掌握規律，參與并體驗知識的獲得過程，建構起對事物的新認知，培養科學探究能力.在課堂教學過程中，有許多的物理規律是以研究性、驗證性的實驗方式給出的.例如，反映力、質量、加速度的牛頓第二定律，決定單擺周期的大小及單擺的等時性等.將這些實驗改為探究性實驗，學生會在實驗探究過程中獲得物理實驗的樂趣，既能提升實驗技能，又能從實驗過程體會科學探究的樂趣.

5.3.2 同一裝置完成多個實驗

在設計實驗裝置時，同一儀器往往可以在多種場合下使用到.利用實驗儀器的這種特點來設計不同的實驗，既可以提高儀器的使用價值，又可以使學生在使用儀器的過程中，聯系到各實驗之間的互通性和關聯性.例如，利用斜槽，既可以完成伽利略的理想實驗，又可以完成研究平拋運動的規律實驗，同時還能利用它研究機械能守恒.利用位移傳感器、小車、帶滑輪的平板，可以完成平均速度、加速度測量、研究牛頓第二定律實驗、研究機械能守恒等.這對學生思維的發散性、互通性的培養起到積極作用.

5.3.3 同一實驗多渠道完成

在實驗教學中，給學生提出實驗目的和要求，讓學生根據已學到的物理知識，選擇不同的物理原理，采用不同的儀器或裝置進行實驗，并比較不同方案的優劣，從而設計出更優方案，提高他們獨創性和互補性.例如：“如何測定當地的重力加速度”，可以用秒表等儀器的“滴水法”、用位移傳感器的“自由下落法”、用頻閃照相的方法、用單擺法等.

總之，實驗技能操作考核只是檢查實驗教學的一種手段，由此引發的對實驗教學現狀的反思、提高實驗教學的有效性才是目的.規范化的教學過程，互動式的教學方式是高效實驗教學的徑途.開發多樣化實驗教學方案，提升學生的創新素養才是其歸宿.由此必能促進物理教學高效而有序的開展和學生物理創新思維能力的全面提升.

1 閻金鐸.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1998（6）.