芻議物理課堂實驗教學策略化實施路徑

摘要：物理實驗是學習物理的重要途徑之一。本文給出四種方法來構建科學合理的教學策略，目的是增強學生實驗興趣、提升實驗學習效益、完善課堂有效教學。

關鍵詞：問題；情境；專題；整合

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）08-018-002

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，物理學的眾多概念、規律和法則大都是在實驗基礎上對物理現象的觀察、分析和概括后整理得出的，因此，培養和發展學生的物理實驗興趣與學習效益，以物理實驗為載體進行科學探究，對于學生學習物理知識，培養和發展學生學習能力有著其獨特的功用。

1.拓展多樣化實驗教學策略

從認知心理學角度認識，多樣化實驗教學策略能有效地激發學生的探究欲望，如果教師在教學中能有效地進行知識背景的鋪墊及問題情景的設置，且課堂實驗探究設計能做到“意料之外，情理之中”，同化和順應學生的“好奇、好懂、好玩、好做”的心理，實驗探究教學則有更高層次的升華。其一，教師針對學生生活實際來設計實驗研究問題，如在探究“熱現象”時，設計相關實驗：“為什么肉湯比開水涼得慢？”“為什么水燒開了不會溢出來，而粥燒開了會溢出來？”“為什么俗話說‘開水不響，響水不開’？”“為什么用瓦煲翻熱濃粥要提防爆煲？”“為什么剛掀開冷凍啤酒瓶口會冒出霧氣？”“舞臺上為什么能用干冰來制造‘人間仙境’？”等等。學生在探索這些生活中的物理現象所蘊藏的物理原理時，多樣化的實驗不僅能感受到物理是與生活如此貼近，而且還提升了自己的科學素養，學會運用物理知識來解決實際問題的能力，增進了對生活現實問題的敏銳洞察力，從而對物理實驗本身產生了濃厚的興趣。

其二，教師針對物理認知來設計實驗進行問題探究，如“浮力”的教學，來自生活中的經驗往往成為學生思維的障礙，學生常誤認為浮力的大小跟物體的質量、體積、密度有關，跟物體浸入液體中的深度、物體是否實心、以及物理各種形狀有關等等。教師可針對學生探究問題，進行分類分組討論。在探究過程中，教師作為教學中“平等的首席”，需關注以下幾點：①組員的合理搭配，特別是組長要起到領軍人物的作用；②實驗前，指導學生要學習實驗內容，原理，步驟，注意事項等；③組長是學習與組織核心，指導和督促組員完成實驗；④實驗過程中可能出現的一些異常情況或有獨到見解，教師要及時解答和予以鼓勵，同時，教師在分組實驗中如果發現學生實驗問題及時糾正，能起到組織者和引導者的作用。注意以上內容，能有效地激發和鼓勵學生對實驗內容本身自主探究與合作學習的本能興趣。

2.創設探究性情境教學策略

物理課程標準中明確指出，物理實驗和科學探究不僅是物理教學中的重要內容和學習方式，而且是物理教學中的教學目標。從科學探究的整個過程來看，在“提出問題、猜想與假設、制定計劃、收集證據與實驗驗證、解釋與結論、反思與評價”等過程中，都有學生積極思維的參與，教師教學中創設探究性情境有利于提升學生實驗興趣。如在進行“探究功與速度的變化的關系”教學時，教師可以摒棄以前課本中采用講授和演繹推理的教學方式，而是先讓學生依據自己的已有學習經驗，鼓勵其進行科學猜想，然后實驗探尋。課堂中，學生設計形成五種實驗方案：一是利用充電導軌和打點計時器在水平方向進行探究實驗，二是運用電火花計時器和重錘在豎直方向進行探究，三是利用橡皮繩和打點計時器在斜面上進行探索，四是直接利用彈性繩做功特點進行探究實驗，五是利用多根相同性質彈性繩等距離做功進行探索，爆發出的學習熱情令人贊嘆。

實驗探究過程中學生智慧得以充分展示，同組學生互相幫助以發揮個性長處，而異組學生又要進行有序競爭，講究團隊策略。值得一提的是，實驗數據處理環節很是精彩，由于功與速度的變化不呈線性變化，學生應用Excd軟件進行曲線擬合，然后進行科學猜想才能得出實驗規律。學生受從前探究牛頓第二定律時，加速度與質量不成線性關系的思維啟發，運用直覺思維的跳躍性直接構建了功與速度的平方線性關系，尤為可貴。回顧整個探究過程，像科研機構的微型化運作，學生先進行系統的探究，并且對繁雜的實驗結果進行分析、篩選，找出系列現象背后蘊含的非線性規律，進而萌生了探索物質世界的方法與策略的興趣。這樣課堂教學精彩的生成是教師事先備課所未料到的，顯然，這種探究性的情境設置是喚醒學生實驗興趣的重要途徑之一。

3.開展專題實驗教學策略

“專題實驗設計”就是教師引導學生提出研究問題，然后圍繞問題展開實驗設計，最后通過實驗設計，探索得出結論，使學生在自始至終的學習過程中成為“探索者”和“發現者”，從而激發學生學習物理的心理內驅力。例如從2001年到2011年十年間，全國高考與各省市高考的物理試卷中，以設計性實驗的形式考查電阻測量的原理和方法的試題就有40多個，涉及定值電阻、電壓表內阻、電流表內阻、電源內阻的測量等情形，不一而足。課堂教學中，教師可引導學生對上述實驗進行分類總結，歸納分析，尋找規律。實際上，上述大多數設計性實驗題均是在傳統的“伏安法測電阻”實驗基礎上加以創新和演變而成，因此展開“專題實驗”進行歸類闡釋：1.“伏伏”法，利用兩塊電壓表測電阻的一種方法，其創新思維是運用電壓表測電流，此方法適用于電流表不能用或沒有電流表等情形。設計電路時不僅要考慮電壓表的量程，還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連接方式。2.“安安”法，是利用兩塊電流表測電阻的一種方法，其創新思維是運用電流表測電壓，此方法適用于電壓表不能用或沒有電壓表等情形。設計電路時除考慮電流表的量程外，還要考慮滑動變阻器分壓與限流的連接方式。3.“加R”法，即“加保護電阻”法。在運用伏安法測電阻時，由于電壓表或電流表的量程太小或太大，為了滿足安全、精確的原則，加保護電阻的方法就應運而生，設計電路時不僅要考慮電壓表和電流表的量程，還要考慮換動變阻器分壓與限流的連接方式。由于專題實驗都是學生運用積極思維得出的，因而對實驗過程心中有數，故學生的參與意識特別強，這樣既拓展了學生的思維空間，又升華了物理知識，提升了學生的創造力和學習興趣。

不僅如此，人民教育出版社新教材中以“說一說”、“演示”、“做一做”、“問題與討論”等子欄目呈現了教師演示實驗、學生課堂實驗、學生課外實驗、家庭小實驗等多種形式，也運用專題教學來拓展學生思維。因此教師可以在此基礎上設計實驗性專題研究，如“物理趣味實驗”、“生活中的物理”等多種以實驗專題為特征的研究學習方式，立足于物理實驗過程中的強感官刺激和多動手的特質，激發學生產生對物理實驗的研究興趣，挖掘學生的多種學習潛能。

4.信息技術整合實驗教學策略

信息技術與學科課程整合是新課程改革的—個亮點。如果在課堂教學中恰當使用視頻插件和多媒體教學來整合實驗探究教學，它有利于打破時間、空間和課堂條件的限制，使得一些抽象的和不易看到的事物形象的顯示出來，能有效彌補傳統教學手段的不足。如在進行“共振”教學時，教師先播放著名的“美國塔庫馬大橋倒塌”視頻錄像：1940年建于華盛頓州的塔庫馬大橋集中了當時懸索橋美學設計的所有時尚，美一家公司還在大橋旁樹起了“與大橋共永久”的廣告。然而就在當年11月7日，建成僅幾個月的大橋居然在三、四級微風作用下轟然倒塌。著名空氣動力學家馮·卡門調查后得出結論：塔庫馬大橋破壞是由于渦流風的隨機運動引起的強迫振動而導致。視頻播放后，教師再出示“等長擺共振儀”實驗進行探索，對學生實驗興趣的激發可想而知。

讓學生運用信息技術整合實驗過程進行自主探究，在促進學習興趣、增進學習效益方面更為突出。例如觀察電能表演示實驗，由于電能表上的數據比較小，電能表接入電路后表盤的轉動都是在直接演示中，學生是不容易看清楚的。如果運用實物投影，把電能表接入電路后放在實物投影的演示臺上，調節放大倍數就可以讓所有同學都能看清表盤數據并觀察實驗現象。再如在電壓和電流教學時，學生由于無法直接形象感知，理解起來比較困難，教師如果利用FLASH制作相應課件，將電荷的定向移動形成電流的過程，變成動畫模擬情景展現在學生面前，再運用類比思維，以電流模擬水流，以電壓模擬水壓，學生對此知識點的理解就容易得多。課件展示讓學生對從未涉及過的事物有了形象直接感知，為觀察這些事物本質特征創造了條件。又如在“單擺”實驗中，教師運用“DIS數字物理實驗室”相關軟件為學生提供單擺的實驗裝置。學生可通過自主實驗，任意改變各種物理參數（如擺長、擺角、擺球質量、振幅等改變），并在擺動過程中即時顯示擺球的速度和加速度矢量以及各時刻的瞬時數據形成的圖像，實驗現象生動直觀，學生能很快通過觀察與分析，清晰地認識出單擺振動過程中各個物理量的變化，進而總結出單擺周期與哪些因素（如擺球質量）無關，與哪些因素（如擺長、重力加速度）相關，或是有怎樣的定量關系（周期公式）。如此種種，不僅把抽象的規律和概念形象化，突出了事物的重點和本質屬性，便于學生觀察形成表象，也激發出學生對實驗本身的探究興趣，很好地調動了學生實驗學習的主觀能動性，提高了教學效益。