芻議物理實驗技能與實驗能力的培養

江小安

摘 要：新課標的核心理念是以人為本，旨在改變學生的學習方式，提高學生的綜合素質。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，學生實驗能力和科學探究能力的培養是新課標下物理教學的重要內容。本文從物理實驗技能和實驗能力的概念內涵、目前物理實驗教學存在的問題及對策等方面進行一些淺顯的分析與探討。

關鍵詞：實驗技能；實驗能力；思考；策略

引言

在高中物理中開展形象直觀的實驗教學，既展示了物理知識的形成和發展過程，強化了學生的感性認識，同時也培養了學生的實驗技能和實驗能力，有效提升學生的科學探究能力。因此，如何將新課標教學理念與技巧滲透在物理實驗教學中，是教師關注的重點。

1 物理教學中實驗技能和實驗能力的概念內涵

高中物理實驗技能主要包括以下幾方面：①掌握基本儀器的構造、原理和使用，能正確使用基本儀器進行觀察、測量和讀數；②掌握實驗的基本原理以及實驗的方法，并能簡單地進行故障的排除與解決；③學會正確設計記錄實驗數據的表格，并能初步進行分析和運算，從而得出正確的結論；④學會進行初步的誤差分析與計算；⑤學會撰寫實驗報告；⑥養成良好的實驗習慣。

高中物理實驗能力主要包括：準備能力、觀察能力、操作能力、分析和處理數據的能力、故障處理能力、圖表繪制能力、報告寫作能力、獨立設計實驗的能力等。

實驗技能和實驗能力在物理教學中是兩個不同的概念，它們具有不同的內涵，但二者之間又有不可分割的聯系。實驗技能側重于“動手”，而實驗能力主要是指利用已學過的物理知識和技能，通過實驗方法來解決實際問題的心智水平，其更側重于“手腦并用”。

2 目前物理實驗教學中存在的問題與思考

2.1 對實驗教學的認識不足

隨著教學改革的不斷深入，傳統的物理教學方法已不適應現代教育的發展。雖然新課標實施已經十多年了，但仍有部分教師受到傳統重理論輕實驗思想的束縛，對實驗教學的認識不到位。主要存在以下問題：在教學過程中少做或不做實驗，效果不理想或不容易做的就不做，無法讓學生從感性認識上培養他們的探索能力和動手能力；或以課件、實驗視頻來替代課堂實驗，忽視了實驗本身的直觀教學功能；學生實驗以教師的演示實驗替代，剝奪了學生探究的機會，致使學生對知識的理解不夠深入，不利于學生創新思維的形成。

2.2 實驗條件低下

物理實驗能夠為學生提供豐富的感性材料，通過實驗驗證物理規律，提供科學思維方法，激發學生強烈的求知欲，進而培養學生的觀察能力、實驗操作能力、分析和處理數據的能力、實驗設計能力等等。但從目前教學情況來看，有相當一部分的學校尤其是山區中學，存在實驗儀器老化，新的實驗裝置由于經費的不足而少配或不配，甚至不安排實驗課程以講代做等問題。這些很大程度上減少了學生的實驗機會，阻礙了學生對物理探究學習能力的發展。

2.3 實驗教學模式僵化

目前仍有部分教師的實驗教學手法傳統、單一，對學生實驗能力的培養也顯得沒有計劃性和目的性。相關調查顯示，新課標實施前有近七成的學生希望教師在實驗教學中少講，多留時間讓學生做；實施新課標后有近一半以上的學生希望老師在實驗前能夠詳細地講解實驗原理、實驗步驟和實驗注意事項等。對比新舊教材，我們也不難發現，舊教材中實驗器材、實驗原理、實驗步驟都是現成的，甚至連實驗結論都出來了；新課標教材下要求學生能自己設計實驗、選擇實驗器材和實驗方法，能力要求大大提高。因此，造成了教師在實驗教學中一手包辦的現象，讓學生機械地模仿，雖然能較快地完成實驗，但學生喪失了動手動腦的鍛煉機會。這種傳統觀念和做法，最多也只能起到驗證課堂理論，鞏固課堂知識的作用，還談不上對學生實驗能力的培養。

2.4 發現問題和糾錯能力不足

學生在實驗過程中常出現錯誤的讀數、錯誤的操作、錯誤的步驟、錯誤的數據、錯誤的方法、錯誤的結論等問題。這些在實驗分析和糾錯方面的第一手資料往往被教師忽略，如果能引導學生發現并解決問題，對培養學生實驗能力就有很大的幫助。

3 培養學生物理實驗技能和實驗能力的幾點對策

3.1 養成良好習慣，學會正確使用基本儀器

一是養成愛護儀器、遵守安全操作規程和尊重實驗事實的良好習慣。如進入實驗室的課前準備、實驗儀器的合理擺放、器材的輕拿輕放、儀器儀表檔位及量程的檢查等等。又如做完電學實驗時，應先將儀器、儀表調到最安全的狀態，然后再切斷電源，拆除連接線，整理好儀器。二是熟練地使用常見的基本儀器。教師可以通過各種教學方法，讓學生能夠熟練地掌握基本儀器的構造、原理，并能正確使用這些儀器進行觀察、測量和讀數。比如“練習使用打點計時器”的實驗中，最有效的教學方式就是放手讓學生“隨意”去“玩”，讓學生變著花樣“玩”，只有在“玩”的過程中才會體會到打點計時器是如何使用的，這實際上是在潛移默化中培養學生的實驗技能。

3.2 加強實際操作，學會正確排除實驗故障

實驗故障是物理實驗中常常會遇到的，能否快速查找出故障的原因并及時排除，是實驗技能和素質的體現。而要達到以上目的，就需要豐富的實驗經驗積累和熟練的操作技能。比如，在電學實驗中，往接線柱接線時逆向繞行，就會造成接線不牢，有可能出現斷路，故障排除時就可以引導學生在接線上進行排查；電表的正負接線框接反會造成指針反偏，可以引導學生采用試觸法確定正確的正、負接線框接法；滑動變阻器四個接線柱接法不正確時，會造成電路中某些電表不會發生偏轉或偏轉太大而發生電表燒壞，這些都要求學生在實驗過程要養成良好的檢查習慣，及時發現錯誤并糾正。

3.3 注重隨手實驗，促進實驗生活化和趣味化

首先，物理中很多實驗并不需要專用的儀器，可以直接取材于日常生活用品。我們身邊的每一個物體如一張紙（演示慣性）、一段粉筆頭（演示分子間的相互作用力、拋體運動等）、一根繩（演示力的合成與分解、機械波、單擺、圓周運動等）、兩個硬幣（演示圓周運動）、兩支吸管（演示靜電現象），手指并攏橫向對準日光燈（觀察單縫衍射現象）等都是我們實驗的好材料。在課堂教學中利用好這些簡易器材，引導學生設計課堂小實驗，讓學生體會到物理來源于生活。

其次，讓課堂實驗充滿趣味色彩，可以提高學生探究的欲望。筆者在“機械能守恒定律”教學時，受中央電視臺“這是真的嗎？”某期節目“懸掛的鐵球搖擺的距離可以控制”的啟發，設計了“鐵球碰鼻”的實驗：用繩子將小鐵球懸掛在較牢固的鐵架臺上，將小鐵球往一側拉開一定的角度，讓鐵球剛好接觸到教師的鼻子，然后從靜止釋放，這時小鐵球擺向另一側后，又朝教師運動回來，此時學生以為會砸到教師的鼻子而驚叫，但教師沒有被砸，安然無恙。這一實驗把自然現象直觀、生動地展觀在學生面前，啟發學生去思考、探究物理規律。

3.4 優化實驗方案，培養學生的實驗探究能力

實驗是培養學生探究能力的重要手段。教師只有優化實驗，挖掘實驗新素材，創設新情境，設置新問題，盡可能將實驗改為探究性或驗證性實驗，激發學生探究的欲望。筆者去年年底有幸參加了福建青年教師教育改革創新大賽的觀摩，收獲頗豐。其中泉州南安一中蔡署老師設計了如圖1所示的“平拋運動探究儀”，把“平拋運動的規律”創新設計成學生的動手實驗，學生通過理論分析，猜想水平方向和豎直方向遵循的規律（如圖2），用筆在含坐標的透明板上標出水柱可能經過的位置，再通過改變水流的初速度來驗證猜想，從而驗證得出規律的正確性。此做法不僅提升了學生動手實驗操作的能力，也將探究實驗推向新的一個層面。

3.5 創新探究實驗，提升學生的實驗設計能力

高中物理教材中有許多實驗，如果充分挖掘這些教材中的實驗精髓，展示實驗的思想，必能激發學生的實驗興趣，也為提升實驗創新能力打下基礎。例如，在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中（如圖3），需滿足兩個條件：一是需平衡摩擦力；二是要保證所掛鉤碼質量遠小于小車的質量。由于失重，細線對小車的拉力小于鉤碼重力，從而導致實驗本身存在著系統誤差，很難得到加速度與合外力、質量間準確的正反比關系。我在教學中設計了這樣的實驗方案：采用“比較法”探究加速度與力、質量之間的比例關系，舍棄了測量加速度具體數值的方法，使實驗探究的過程更加簡化。實驗設計思想如下：如圖4所示，兩輛小車同時由靜止釋放，在各自拉力作用下相向做初速度為零的勻加速直線運動，兩車相碰時擠壓塑料管，使管內的紅色墨水打到背板上，墨點即為兩車相碰的位置，并由活動尺（如圖5）測量出兩車發生的位移，由位移公式s=at2可知a=，加速度與位移成正比，就可以得到加速度與受力及小車質量之間的關系。

可見，在物理實驗教學中貫徹實驗思想方法的培養，注重引導學生分析與改進實驗，可以培養學生的實驗創新設計能力。如理想化法（單擺、電壓表、電流表等）、直接比較法（如“研究電磁感應現象”實驗）、平衡法（彈簧秤、天平的應用）、放大法（游標卡尺、螺旋測微器、示波器等）、模擬法（“電場中等勢線的描繪”中用恒定電流的電場模擬靜電場）、累積法（“用單擺測定重力加速度”測周期的方法）、控制變量法（探究加速度與力、質量的關系）、等效替代法（“驗證力的平行四邊形定則”的實驗）等等，這些方法的運用能使學生掌握實驗的基本方法和技巧，為學生自己動手實驗打下堅實的基礎。

4 結束語

總之，物理實驗教學在反映物理學發展規律的同時又體現了學生的認識規律。新課程下物理實驗教學的地位越來越重要，只要我們不斷地探索和學習，以提升學生的能力為目標，充分挖掘物理實驗教學素材，物理教學定將出現新的面貌。