中學物理傳統實驗教學方法的改進

李冬平

中學物理新課程標準提出，實驗是物理課程改革的重要環節.與傳統的實驗輔助、書本為主的教學方式不同的是，新課程標準要求的實驗教學強調率先培養學生的實驗能力和科學探究的能力.因此，必須重新調整實驗的教學方法，提高實驗教學的質量.

1中學物理傳統實驗教學的現狀分析

中學物理傳統實驗是指中學物理教學體系中重要而典型的實驗，按照長期經驗來看，可以將其分為演示性實驗和分組實驗兩種類型，隨著教學工作的不斷發展，又產生了一些新的實驗形式，如隨堂實驗、研究性實驗、探索性實驗和主動性實驗等.

傳統實驗多是生活現象的抽象，重在展現物理現象的規律、數據計算和處理，實驗過程要求長期多次觀察，因此有助于激發學生興趣，培養學生的數據處理、思維能力和耐心細致的學習品質.在實際物理實驗教學中，面臨著諸多問題：如分子運動、太陽系恒星的運轉等動態物理現象和過程，由于受時空限制無法演示；設備落后，精度不高，實驗條件不足，實驗的局限性較大，與預期的實驗目標相差甚大；實驗本身具有一定的難度，空間上觀察難度大，時間上細微變化難以記錄，往往只能定性描述；人眼觀察和手工記錄所獲得的實驗數據效率低下，科學性差.

2中學物理傳統實驗教學方法的改進

2.1傳統實驗教學改進的方法

根據物理教學的實踐和經驗，從實驗現象的呈現、實驗數據的處理、誤差處理和學生備考等四個層面，對中學物理傳統實驗教學方法嘗試性改進.

在實驗現象的呈現層面上，針對部分變化微小、效果不佳的實驗現象，可以改進實驗裝置、環境等方式，將儀器的尺寸同比放大，調整適合的儀器擺放位置，調整實驗環境的光線和利用不同的方位動態演示等途徑，將投影效果擴大，保證實驗可見度；可以放大或暫停某些演示實驗現象，如研究在無空氣狀態下羽毛和金屬是否同時落下的實驗，可以用錄像機拍攝實驗過程，再在課堂中放大或暫停播放；對于無法在現實中實現的實驗，可以借助模擬實驗再現實驗過程.如磁場中磁感線的存在，磁場存在于整個空間中，是立體的，傳統實驗無法體現，借助三維動畫，模擬磁感線在整個地球空間的分布情況，可以明確、立體而動態地展示實驗過程.

在實現數據的處理層面上，常見的數據處理方法有算術平均值法、逐差法、列表法、圖解法等.數字化實驗室（DIS）[HJ1.7mm]是包含了傳感器、計算機、數據采集器以及數據處理軟件等實驗裝置在內的實驗室，能夠很好地完成實驗的測量、采集和處理需求.DIS的數據采集器具有智能化、自動化功能，能夠實現單點采樣、連續采樣以及闕值觸發采樣等，同時接入了四個傳感器，能夠實現不同物理量實驗過程數據的同步性，保證實時的數據采集和處理工作.在采集過程中，顯示器會通過F-t和x-t動態圖象，實時顯示和記錄實驗數據的變化，且數據的測量、采集和處理工作都在DIS內完成，實驗結果更具精確性和科學性.

在減小實驗誤差層面上，由于測量必然存在一定的差距，因此誤差不可避免，一般包括系統誤差和偶然誤差兩種類型.對于偶然誤差，可以通過多次測量，以平均值作為測量結果可以改進，而系統誤差與實驗本身缺陷相關，處理難度相對較大.一般可以通過改進實驗設計、修正測量之后的理論計算等方法來改進.如加速度與力和質量間的關系，引入運動學的公式，x=0.5at2，將傳統的一輛小車牽引改成兩輛相同的小車牽引，通過對比兩輛小車的實驗結果，判斷出誤差范圍.

在學生備考層面上，近年來高考對物理實驗的考察越來重視.考察對象主要有：基本儀器如游標卡尺和螺旋測微器的使用；數據處理如數據的描點作圖、根據數據分析結論；實驗結論的應用；誤差的分析；對實驗基本方法的考查和實際創新等.可以看出，既有對實驗基礎知識的考查，也有對實驗綜合應用能力和創新的考查.首先必須重視教材大綱的基本實驗教學，讓學生掌握基本的儀器使用、觀察、測量和讀數能力，加強訓練學生的數據處理和實驗條件控制及故障排除的能力，重視學生對實驗原理的理解，還必須在重視理論學習的基礎上，加強實驗操作，提高學生的實驗能力和思維創造力.

2.2教學實例分析

這里以自由落體運動的教學為案例探討對傳統實驗教學的改進，改進內容主要是對實驗的可視性和趣味性以及數據處理等方面.

2.2.1教材和學情分析

教材內容來源于人教版實驗教科書《物理》中第二章中的《勻變速直線運動的研究》中第四節的《自由落體運動》.學生已經在前面的教學中掌握了瞬時速度、平均速度和加速度等概念，在紙帶上打點測量加速度，基本認識理想模型，對Excel處理數據有一定了解.

2.2.2教學目標

掌握重力加速度的概念、自由落體運動的條件、性質、規律等，培養觀察和邏輯推理、探求知識的能力等.

2.2.3教學過程

首先，引入新課.利用“測反應時間尺”，進行“測反應時間”游戲，要求學生在抓住尺的同時測出對應長度所用的時間.

其次，開始新課.演示和學生自己實驗來認識紙張、粉筆等的落體運動，要求學生探求決定落體運動速度快慢的因素，通過牛頓管實驗得出結論，物體下落速度受空氣阻力的影響，而不是物體本身重量的影響.要求學生自主分組實驗，利用打點計時器記錄物體的下落過程，利用Excel處理記錄的數據，得出自由落體運動的規律和重力加速度.

最后，課堂總結.可以請學生概括本堂課的學習內容、結論和學生的反思，學生和教師共同點評，完成教學.

在對傳統實驗教學改進的過程中存在諸多問題，在教師培訓、學生的實驗能力培養、實驗資源共享和中學的實驗評價等方面還有諸多欠缺，在今后的教學和理論研究中，還需要進一步探討.