注重實驗過程提高物理實驗教學的有效性

邵震宇

實驗教學是物理教學的重要組成部分，是落實物理課程目標，全面提高學生科學素養的重要途徑.實驗教學從感性到理性，從具體到抽象，適合學生的身心特點，符合學生的認識規律.在物理教學中運用實驗能給學生學習物理創設良好的情境，使學生能主動獲取物理知識，掌握實驗基本方法和實驗技能，發展各種能力，促進學生科學品質和世界觀的形成.目前，實驗教學已被絕大多數老師認可，成為物理教學的新常態，但由于對物理實驗作用認識不到位、自身教學能力有缺陷，所以對實驗教學的認識還存在四種誤區：第一，實驗并不重要，僅僅是促進學生學習知識的教學輔助手段，從實驗得出的結論是重要的，而實驗的過程并不重要；第二，實驗雖然重要，但當前的評價機制過多重視知識，忽視能力，所以抓實驗教學不會全面提高教學質量；第三，實驗確實重要，但實驗教學費時費力，課堂組織教學難度也較大，學生活動不易把握，通過講實驗步驟、實驗結論等也能達到相同的效果；第四，實驗重要，又怕耽誤時間，于是將實驗教學變為壓縮版，把實驗步驟一條條地羅列給學生，并代替學生繪制各種表格，讓學生“按方抓藥”不求甚解地在表格中填入數據，以完成實驗操作.這種菜單式的實驗操作模式是只重視實驗結果，不重視實驗過程，完成知識與技能目標沒有問題，但完全忽視了教學的過程與方法，忽視了學生的情感態度及價值觀的形成.為了提高物理實驗教學的有效性，必須走出上述誤區，注重實驗過程.

1注重實驗過程中的設計環節，提高教學有效性

設計實驗，就是從操作的角度把探究的問題具體化，程序化.一般做法是先分析該探究要解決哪幾個問題，每個問題有哪幾種解決方法，根據現有的條件和探究的要求，選擇哪種方法好，然后根據實驗方法確定需要哪些實驗器材，按這些方法的邏輯關系構思出操作步驟.新課程標準要求學生實驗時要經歷實驗設計過程，會選擇科學探究方法和所需要的實驗器材來設計實驗.設計實驗也是科學探究過程中重要的環節，但多數情況下，為了使科學探究能進行下去，教科書都需要介紹探究的方法，因此在課堂教學中，這個環節學生較少有鍛煉的機會，加之老師認為設計實驗方案很費時，影響教學進度，于是就直接給設計方案讓學生進行實驗.如在探究“電流與電壓的關系”實驗中：

場景甲：同學們已經知道了電流與電壓有關，電壓越大，電流越大，那么電流與電壓究竟有什么關系呢，請大家按照圖3連接電路，然后通過改變滑動變阻器的阻值，得到三組電壓和電流值，填入表格，分析看是不是電壓增大幾倍，電流就增大幾倍.然后學生開始實驗.

這一教學省略了學生設計實驗的過程，這樣雖然能得到實驗結論，但學生的能力得不到發展.如果換種方法，可能更利于學生的思維訓練和能力發展.

場景乙：同學們已經知道電流與電壓是有關系的，今天我們要共同探究電流與電壓的具體定量關系，請大家思考下列問題并設計實驗：（1）研究電流與電壓時，是否需要控制電阻不變，是如何控制的？（2）電流與電壓的大小是如何知道的？（3）如何改變電流與電壓的大小？（4）記錄數據的表格怎樣設計？先讓學生自己設計電路圖，再用實物展臺展示學生的設計，并讓學生講解方案，教師再引導學生用什么電路圖，教師巡視時發現了三類電路圖，并展示了出來，問學生圖2比圖1好在何處？又問圖3比圖2好在何處？

這一設計，學生不僅能得到實驗結論，而且對電路圖和器材的理解要深刻得多；經歷了設計的過程，培養了創新設計能力；更重要是讓學生通過學習物理知識，學會學習，學會探究，形成正確的價值觀；而且還能感受到自己失敗與錯誤，通過糾正錯誤，逐步走向正確，真正體會到成功的喜悅.

2注重實驗過程中的操作環節，提高教學有效性

有了好的設計方案，還要注重實驗操作.首先，要教會學生細致觀察.許多實驗現象有時是稍縱即逝，只有認真、細致地觀察，才能捕捉到所要觀察的現象；只有深入地觀察，才能發現細微的變化和隱蔽的特征.觀察時要有一定的目標性和重點性.只憑興趣和愛好，在觀察時注意力不集中，觀察目標不明確，分不清重點，帶有很大的盲目性和片面性，有的以局部代替整體，有的放過一些稍縱即逝的重要現象，對多種并存的現象，不能抓住其本質現象.因此，在實驗教學中，教師要善于引導學生明確觀察目標，對一些關鍵性的、重要的以及不易觀察的對象和內容進行重點觀察.如在“凸透鏡成像規律”實驗中，引導學生把點燃的蠟燭從離凸透鏡遠的位置，漸漸移近凸透鏡進行全面觀察.并記錄隨著蠟燭和凸透鏡距離變化而產生的成像變化規律，這里要跟學生講清觀察的目標和重點是像的大小、倒正、實虛和像距的變化.通過對實驗現象的觀察，對比分析實驗數據，學生自己可順利得出凸透鏡成像的規律.觀察還要有一定的順序.如測定小燈泡額定功率實驗的觀察順序為：①先觀察小燈泡的額定電壓，再確定電源電壓.電源電壓應略高于小燈泡的額定電壓；②觀察電流表和電壓表的指針是否指在“零”刻度線、量程和最小刻度；③觀察滑動變阻器的最大電流和最大阻值；④按要求連接電路前電鍵是否斷開，滑動變阻器是否滑在阻值最大位置；⑤電壓表是否并聯在小燈泡兩端，量程是否選得合適；⑥電流表是否串聯在電路中，量程是否選得合適；⑦實驗開始時，閉合電鍵，調節滑動變阻器，重點觀察電壓表示數和電流表示數的大小.這樣有順序地觀察 可以避免學生在實驗時抓不到重點，手忙腳亂，以至于得不到正確的結論.

其次，要讓學生小心操作.這是學生實際動手實驗的具體過程，要求學生一定要以嚴謹的態度嚴格按規則和要求進行操作，如不能用手拿砝碼，溫度計不能做攪拌棒，電流表和電壓表的接線柱不能接反等.若不按規則和要求操作，不僅實驗錯誤，還會損壞儀器.實驗過程中，對操作有困難的學生，老師應及時給予指導.

再次，要能讓學生準確記錄.在實驗中，要正確地讀取和記錄數據.正確地讀取包括讀數的視角、讀取方法（讀到分度值的下一位）.記錄數據時，要求學生應注重實驗事實，不能隨意改變實驗數據，以培養學生實事求是的科學態度.

3注重實驗過程中的數據處理環節，提高教學有效性

現在的學生，活潑好動，喜歡動手實驗，但多數的學生不會收集實驗數據，更不會整理與分析實驗數據，這是長期以來中小學不重視學生綜合思維能力的培養，片面追求升學率而忽視素質教育形成的不良后果.在國際奧林匹克競賽中，我國學生動手實踐科學實驗能力、綜合分析能力遠遠比不上歐美國家的學生，所以，培養學生科學實驗能力迫在眉睫，而實驗數據的收集、整理與歸納分析是學生的弱項，教師必須重視，加強這方面的訓練.

3.1要求學生處理實驗數據時實事求是

實驗數據的處理是實驗操作后的一個重要步驟，學生對所測數據進行分析、處理得出合理的結論.這一過程培養了學生分析解決問題的能力.有些教師重結果，輕過程，使“證據”形式化，交流過程中只選取并展示正確的數據，對問題數據視而不見；對出現“偏差”的數據簡單以誤差解釋；有些學生由于實驗測的數據誤差太大，干脆從課本上查得結果；有的編造數據；有的根據規律推算應測的數據.師生們的這些做法，對實驗目標的達成大打折扣.如“探究海波熔化”實驗，由于實驗有一定難度，許多教師上課采用展示裝置器材、編制理想數據進行分析，或播放視頻錄像.這樣做的優點當然是可以節省時間，而且實驗數據完全符合要求.但對于學生來說，看錄像和看實際實驗效果是完全不一樣的.我們要思考的是：既然錄像能拍出很好的實驗效果，為什么我們不能努力追求達到這種實驗效果呢？將真實、有效的實驗展示在學生面前是我們教師應該做到的.這就要求在評價交流實驗數據時，教師不能刻意篩選，應該讓學生的實驗數據得到自由真實的展示.這是教師尊重學生、尊重數據的“證據意識”的表現.當學生的實驗數據明顯出現偏差時，教師引導學生自己發現問題，并且不惜時間讓學生重新做一遍實驗，這也是教師尊重實驗，實事求是的科學態度的體現.

3.2教給學生處理實驗數據的方法

要歸納科學規律，就要尋找數據之間相互關系的特征.這種特征通常表現為相等、之和、之差、乘積、比值等數學關系.因此在歸納時，就要通過對數據的比較，發現這些特征并歸納出結論.如“探究杠桿平衡條件”實驗中，就要發現兩種力和力臂的乘積是相等的.啟發學生自己發現這些數據之間規律的過程，是一個發展學生創造性思維的過程.

4注重實驗過程中的交流環節，提高教學有效性

新課標要求讓每個學生都有充分的語言表達機會，要循序漸進地培養學生盡可能用較為準確的語言表述自己的探究成果，包括研究的過程、方法和結果.要讓學生盡可能把自己的探究結果表述清楚，并且運用收集的信息和實驗數據作出有說服力的解釋.要讓各種想法、觀點進行充分地交流和討論.培養學生注意傾聽其他同學的研究報告、尊重別人的探究成果，允許別人對自己的探究過程和成果提出不同的意見或表示懷疑，并能認真思考別人的意見，改進自己的探究方案.要能將課標的要求落到實處，教師必須在設計方案、數據處理和實驗過程等環節，組織學生交流實驗中遇到的問題和自己的心得.這一交流環節要留給學生足夠的時間，加之教師睿智的引導，才能增加交流環節的含金量，提高教學的有效性，使學生的語言表述能力和思維能力得到提高.如在“測量燈泡的功率”實驗中，實驗結束后老師問學生實驗中遇到了哪些問題？學生甲說開始時燈泡不亮，移動滑動變阻器后又亮了；學生乙說燈泡不亮，發現是電池無電.教師說我也準備了一些實驗中的問題，于是將問題投影給學生，進行講解.

然而，這種交流是只具有形式，沒有注重學生思維的培養.當學生說燈泡不亮，發現電池壞了時，教師應該追問：燈泡不亮的原因很多，你是怎么知道是電源壞了的？全班同學都可以來分享這位同學查找故障的思維過程，并在教師的引導下讓學生分析，燈泡不亮都有哪些可能？這樣教學就將交流落到了實處，注重了對學生思維能力和語言表達能力的培養，注重了生成性目標的達成，這樣的課堂才是最有效的.

5注重實驗過程中的多媒體使用，提高教學有效性

物理實驗由于受時間和空間等客觀條件以及儀器本身的限制，有些實驗過程不夠明顯，實驗效果不夠理想，如果利用多媒體輔助實驗，將實驗過程更清晰地展現在學生面前，有助于學生的觀察和理解，從而提高實驗課堂教學有效性.

5.1利用多媒體增加實驗過程的可視度

教師在講臺上演示實驗時，學生不易觀察到實驗現象.如做磁體的磁場分布演示實驗時，將實驗器材放在講臺上演示，學生不易清晰地觀察到玻璃板上鐵屑的分布情況，拿下去讓學生逐一觀察又費時間.如果在實物投影上進行實驗，這樣全班每個學生對鐵屑的分布情況觀察得都很清楚，增加了實驗的可視度，使教學更有效.

5.2實現實驗過程的“慢鏡頭”和“快鏡頭”的展示

初中物理實驗中，有些實驗過程太快或太慢，學生不易觀察，利用多媒體能將實驗過程的快慢進行調節，能使學生獲得很好的觀察效果.如在“觀察水的沸騰”實驗中，學生在實驗時要比較沸騰前后氣泡在上升時體積大小的變化，而氣泡上升時速度太快，加之燒杯又不高，所以不易看到氣泡體積變化.用多媒體攝像頭對著某組實驗的燒杯進行攝像，并在多媒體上放映慢鏡頭的畫面，學生就可以清晰可見，并能得到正確的實驗結論.又如在“觀察擴散現象”實驗中，觀察液體水和硫酸銅的擴散現象時，需要時間長，就可以在課前將這個實驗攝像，再用慢鏡頭播放，學生清晰可見，這樣就能提高課堂的有效性.

總之，“實驗”是物理課改永恒的主題，隨著課改走向深水區，我們一定要認識到實驗是獨特的、不可替代的；我們一定要認識到實驗教學也有三維目標，除了學習知識、訓練技能以外，物理實驗還應在發展實驗能力、提高科學素養方面發揮重要作用.只有注重了實驗過程教學，實驗教學才是有效教學.