高中物理實驗教學綜合作用初探

王輝

摘 要：實驗教學在高中物理教學中占有非常特殊的地位，如何充分體現(xiàn)其作用，在教學中落實新課程“三維目標”，為學生創(chuàng)造良好的認知環(huán)境，以學生為主體，通過實驗教學培養(yǎng)學生多種能力和物理科學素養(yǎng)，體會探究過程，領悟物理文化意蘊，結合教學實例從理論和實踐操作等方面對高中物理實驗的作用進行了闡述。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；能力培養(yǎng)；科學探究

美國教育家認為“一切學習來自經驗”“教育即生活”。他提出，“從做中學”。現(xiàn)代教學論把對學生的各種能力的培養(yǎng)擺在重要地位，要求在教學中引導學生學會學習并掌握科學的方法，把能力培養(yǎng)、思維訓練、操作技能結合起來，為今后的學習與工作打好基礎。觀察和實驗是物理學科的基礎，物理學中的理論依據(jù)是物理實驗，實驗在物理學科的發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用，物理實驗教學不僅能為學生學習物理創(chuàng)造良好愉快的學習環(huán)境，激發(fā)學生的求知欲望。還能較好地培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、創(chuàng)造能力和良好的科學態(tài)度，奠定為科學技術事業(yè)獻身的信心。從理論和實踐操作方面分析高中物理實驗教學作用應該有以下幾七點。

一、為物理概念與規(guī)律的學習提供符合認知規(guī)律的良好環(huán)境

心理學研究表明學習的方式和過程影響著學生對所學內容的掌握情況。學生通過聽教師講授，能夠記住20%；能看到實物或現(xiàn)象，能夠記住30%；既能聽教師講，又能看到實物或現(xiàn)象，能記住50%；如果看到實物或現(xiàn)象，自己又描述過，便能記往70%；再進一步，如果學生既動手做過，又描述過，則能記住90%。在物理教學中，要使學生形成概念，認識規(guī)律，教師必須想方設法營造一種以學生為主體的學習的環(huán)境和氛圍，讓學生在物理環(huán)境中通過各種活動去認識物理世界，而觀察、實驗則是創(chuàng)設這種物理環(huán)境和氛圍的最主要方法。要使學生對物理學中許多概念和規(guī)律準確理解僅靠教師講解是違背學生的認知規(guī)律的。物理實驗展現(xiàn)了物理現(xiàn)象變化的過程，讓學生的記憶更加深刻、更加牢固。實驗教學通過創(chuàng)設實驗認知環(huán)境并貫穿整個實驗的始終，讓學生對物理概念的形成和物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)有一個較清晰的認知過程，如果不是物理實驗，誰能相信單擺、彈簧振子振動周期與振幅無關，羽毛和銅幣在無空氣阻力下落時具有相同的規(guī)律，“波動”不是隨波逐流。要讓學生理解概念，掌握規(guī)律，我們要發(fā)揮實驗教學的應有功能。例如，“研究靜摩擦力與滑動摩擦力”關于靜摩擦力的方向的判斷，利用毛發(fā)較長的刷子，毛發(fā)朝下在桌面上運動（或有相對運動趨勢），學生對滑動摩擦力和靜摩擦力的方向一目了然，而對于相對運動的方向的理解，可利用兩把刷子橫著相對用力，學生自己動手，真正理解了摩擦力的概念。

二、培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)和道德品質的重要陣地

通過實驗教學培養(yǎng)學生的科學作風和道德素養(yǎng)，提升學生的情感態(tài)度與價值觀，是新課程的目標之一。學生通過演示和分組實驗，在這個過程中需要嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的科學作風。例如，在“牛頓第一定律”的演示實驗中，要讓學生徑歷問題—實驗—堆理—總結—概括的思維過程，讓學生從其中感悟嚴謹?shù)目茖W作風。學生的學習能力、物理素養(yǎng)在這樣的過程中逐漸提高。數(shù)據(jù)的分析與總結、誤差的分析與評估要尊重實驗事實，不能弄虛作假，湊數(shù)據(jù)。實驗過程中要有良好的道德修養(yǎng)，如尊重同學的勞動成果，遵守實驗紀律，儀器的領取、使用要規(guī)范，如使用萬用表歐姆擋測電阻，需要換擋時，要重新調零；探究加速度和力、質量的關系，在小桶內添減砝碼時，不能用手拿砝碼等。

三、提高學生科學思維能力和操作技能的重要途徑

德國物理學家勞厄說過：“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力。教育給予人們的無非是當一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西。”我們應該思考：物理教學最終留給學生的是什么？除了基本物理知識以外最重要的是各種思維能力的提高和實驗技能的掌握提高，使學生具備獨立操作有關儀器設備和工具的能力，并能通過操作這些設備儀器獲得準確的信息和數(shù)據(jù)，以及科學方法、科學本質和價值觀。學生在物理實驗的實踐活動，參與了實驗方案的設計，通過閱讀實驗資料，培養(yǎng)閱讀、自學能力；參與了觀察、讀數(shù)、記錄制表、作圖、計算一系列活動，在研究原因、結果和形成概念的過程中，要進行概括、抽象的邏輯思維和辨證思維，通過分析、比較、判斷、推理等能培養(yǎng)邏輯思維能力和觀察能力；通過想象、假設能培養(yǎng)想象能力、創(chuàng)造能力；此外，在講述實驗方案和過程、呈現(xiàn)實驗報告中，又培養(yǎng)著表達能力。通過手、眼、腦的活動及同學之間協(xié)調配合完成物理實驗，這個過程對學生來說既是綜合應用所學知識的過程，又是發(fā)揮學生想象力和創(chuàng)造力的過程，操作技能得到培養(yǎng)，同時提高了學生的合作意識和合作能力，學生所獲得的直接經驗和各種體驗是其他教學方法無法替代的。由此可知，實驗過程是一種綜合能力提高的過程。

四、對學生掌握科學研究方法的良好訓練

物理實驗教學是讓學生參與類似科學家所經歷的過程，學生通過觀察和實踐物理實驗，能使科學研究方法得到訓練。物理實驗科學研究方法主要有：（1）歸納法。實驗歸納法的特征是：在多次實驗的基礎上，得出實驗結論，實驗是探索物理規(guī)律的主要手段。如，在探究“電磁感應現(xiàn)象”時，通過條形磁鐵的插入、靜止、撥出，滑動變阻器滑片的移動，電源開關的關和閉實驗，引導學生觀察分析電流計為什么會偏轉，歸納共同的特點，在此基礎上得出產生“電磁感應現(xiàn)象”的條件便水到渠成了。（2）探究法。探究性實驗并沒有得出實驗結論，通過提出問題、進行猜想、設計方案等探究過程得出正確的規(guī)律或結論，如“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗。（3）驗證法。驗證性實驗是假定結論已得出，通過一定的實驗驗證結論的正確性。如“驗證力的平行四邊形定則”。歸納法、探究法和驗證法實驗是三種最基本的研究方法。教學中只要這三種方法運用得當，都具有啟迪思維、探索真理和訓練研究方法的作用。（4）其他科學方法。如控制變量、放大法、特殊點分析法、理想和實際相結合法等都是物理實驗教學中常用的方法。

五、學生進行科學探究活動的重要形式

北京教科院的陶昌宏認為：“物理教學的基本特征是以創(chuàng)設問題情景為切入點，以觀察實驗（事實）為基礎，以培養(yǎng)學生思維能力為核心，以提升學生探究能力為重點。”物理實驗教學的探究活動過程，圍繞著探究科學問題，學生進行猜想，主動參與設計實驗，親歷實驗過程，協(xié)同合作完成實驗，發(fā)展各自個性，決不是事先知道結果的重復練習。如實驗探究：恒力做功與動能變化之間的關系，教師可以組織學生從經驗到猜想，確定需要測量的物理量，選擇較優(yōu)的設計方案，進行實驗和收集數(shù)據(jù)最后得出結果，也可以先期實驗探究功和物作速度變化的關系，然后通過理論的探究和分析得出結論。科學探究能力的培養(yǎng)重點是培養(yǎng)學生探究科學的興趣，領悟科學方法、科學思想和科學精神以及運用科學方法解決實際問題的能力，實驗教學能較好地起這些作用。

六、激發(fā)學生的好奇心與求知欲的有效辦法

調查發(fā)現(xiàn)，中學生對物理實驗教學最感興趣的是“自己動手做實驗”，其次是“觀察教師演示實驗”，最不感興趣的是“聽老師講實驗”。我們要改變傳統(tǒng)的教學模式，課堂教學多采用“自主、合作、探究”外，充分利用實驗來培養(yǎng)激發(fā)學生學習物理的興趣，增強其好奇心和求知欲。為何用小小的起瓶塞器，可以輕易地拔出葡萄酒蓋的木塞，用螺旋測微器可以測量頭發(fā)絲的直徑等來自生活中的問題可以激發(fā)出他們的好奇心。興趣是最好的老師，而好奇心和求知欲又能刺激學生為追求探索未知事物而獲得相應的學習動機，物理實驗往往能起到這樣的效果。物理實驗教學是重現(xiàn)物理現(xiàn)象的一種活動，通過重現(xiàn)的現(xiàn)象讓學生建立第一印象，形成一定的感性認識，在教師的引導下通過觀察，對現(xiàn)象的分析和思考，從而上升為理性的認識。如用半圓形玻璃磚做“光的全反射”演示實驗時，當激光束從玻璃折射到空氣的過程中，教師指導學生慢慢改變入射角，邊演示邊分析，觀察反射光和折射光的角度和亮度（能量）如何變化，學生參與討論，這個過程既激發(fā)學生學習光學的興趣，又培養(yǎng)了學生的觀察能力和分析能力。好奇心與求知欲就是在體驗的過程中被激發(fā)的，久而久之便形成學習的良好習慣，終究會內化為一個人的綜合素養(yǎng)。

七、在引領學生感受物理文化意蘊方面起重要作用

哲學家邦格認為：“科學是一種特殊的社會文化現(xiàn)象，而且是迄今為止最高層次、最有突出成就的文化現(xiàn)象。”物理靠什么能夠持久地吸引學生，激發(fā)學生的學習熱情，讓學生崇尚實驗，崇尚物理，崇尚科學，靠物理學的魅力，靠物理規(guī)律的神奇，而物理實驗教學能盡顯這種神奇和魅力。物理是從生活中來，再到實際中解決問題。物理實驗文化應該是獨立、自由、開放、嚴謹?shù)模羌日鎸嵱趾唵蔚摹！鞍俾劜蝗缫灰姡聦崉儆谛坜q。”學生只有掌握了科學的實驗方法，可以獨立的完成實驗，自由地在課外進行實驗驗證，同時實驗的設計，儀器的選擇又是開放的。蘇州大學朱正元教授曾提出過壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗的教育思想，就是要讓學生動起手來，當然，實驗過程應該科學嚴謹。學生可以利用生活中的小實驗，從中體會物理學對我們生活、生產、社會發(fā)展的重要作用。讓學生體會在實驗過程中，以客觀事實為依據(jù)，崇尚理性的懷疑，執(zhí)著于實踐的檢驗那種文化意蘊和那種成功的喜悅，從心靈深處獲得人文啟示的潤澤，滋生出認識自然、教化人生、改造社會的創(chuàng)新智慧。

廣大的中學物理教師要真正重視實驗教學，明確其作用，充分發(fā)揮它的功能，落實新課程“三維目標”，體現(xiàn)學生的主體地位，使學生在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面都有應有的提高。

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編輯 魯翠紅