新課程下物理師范生實驗教學能力的培養

姚秀偉 高紅 王景聚

隨著國家《基礎教育課程改革綱要（試行）》的頒布與實施，標志著新課程改革在全國范圍內全面展開.然而，要實施基礎教育課程改革，教師是關乎改革成敗的重要因素，因為教師是教育的實施者、教育教學改革第一線的執行者，好的教學理念、思想要靠教師來實踐.物理實驗教學能力是基礎教育課程改革對未來物理教師提出的新要求.肩負為基礎教育提供合格師資重任的高等師范院校，必須面對基礎教育課程改革的新要求，培養學生具有較高的實驗教學能力.本文以《中學物理實驗研究》課程為例，提出了培養師范生綜合實驗素養和實驗教研能力的方法和策略.

1 新課程改革對物理實驗素質的新要求

2010年以來，根據教育部規定，我國在全國范圍內開展高中新課程改革工作.新課程改革的目標之一是讓學生具有適應終身學習的基礎知識、基本技能和方法，培養學生的創新精神和綜合實踐能力.

物理實驗是物理學科教學的重要組成部分，其在培養學生基本技能、基本方法以及培養學生的創新精神和綜合實踐能力等方面的作用是不言而喻的，因此物理實驗部分的教學在新課程改革中越來越被重視.縱觀近幾年的高考物理實驗命題，會發現高考對物理實驗部分的考核也充分體現了新課程改革的基本思想，考核不僅越來越細致、深入，而且對基礎性和方法性的要求越來越高，考核內容和形式更是越來越“活”，除了對實驗過程和數據處理方法進行詳細考核這樣的常規考法外，近幾年出現更多的是將實驗的某個環節進行拓展，或者將幾個相似的和相互關聯的實驗進行“拼裝”合成一個綜合實驗來考核，也有只給出基本的目的或要求，由學生設計完成實驗方案的情況.即側重對創新和綜合實踐能力的考察.這些都反映出新課程改革對學生活學活用、學以致用、整合創新的更高要求.為達到這樣的要求，不僅需要學生能夠靈活掌握實驗原理和實驗過程、熟悉實驗之間的聯系，更應該具備改造實驗、拓展實驗和根據要求設計實驗等綜合實驗素養.

而要培養學生的綜合實驗素養，就需要物理教師尤其是未來的物理教師自身首先具備這樣的綜合實驗素養和一定的教學研究能力.

2 改變教學方法，培養師范生的綜合實驗素養

《中學物理實驗研究》是為物理師范生開設的一門選修課，旨在強化他們規范使用中學常用實驗儀器、處理實驗故障等技能，同時提高他們靈活運用各種實驗方法、改進實驗方案的基本思維能力.為了更好地培養未來物理教師——物理師范生的綜合實驗素養，筆者在教學中強調了以下幾點：

2.1 深入研究和挖掘實驗原理

中學物理實驗的原理往往對應于一個公式或一條定律，顯得比較簡單.所以很多人對此沒有“深究”的習慣.對實驗原理的深入研究和挖掘有助于更好地理解實驗方案和實施細節，避免實驗的盲目操作；深入探究實驗原理還可以透析物理規律或公式的得出過程，其探究方法可以遷移到其他的物理問題中去，對于實驗設計和實驗創新也是大有裨益的，更可以為學生的終身學習奠定方法和能力上的基礎.因此，我們在課程中引導師范生從實驗原理的核心公式出發，把挖掘出來的問題繪制成思維導圖.經過一段時間的訓練，師范生逐漸養成了深入研究和挖掘實驗原理的習慣，也具備了深入研究和挖掘實驗原理的能力，受益很大.

2.2 關注實驗細節和實驗間的聯系

無論是演示實驗還是分組實驗，學生往往更加重視實驗結果，而一些實驗細節往往被忽略，以至于分析問題和解決問題的能力得不到有效提高.以《探究加速度與力、質量的關系》實驗為例，一提到這個實驗，學生很容易想到“平衡摩擦力”和“保證小車質量遠大于懸掛重物質量”這兩個關鍵步驟，但為什么如此、是否必須如此等細節問題，很多學生都不曾仔細思考.

為了提高師范生對實驗細節的關注度和講解能力，我們在《中學物理實驗研究》中有意設置了關于實驗細節的分析、討論和交流環節.通過分析，以往需要刻意記憶和復習的諸如“為什么要平衡摩擦力”、“用什么力平衡摩擦力”、“平衡摩擦力時是否懸掛重物連上紙帶”、“怎樣確定摩擦力是否平衡恰當”、“摩擦力平衡過大或平衡不夠會出現什么現象”、“改變小車質量或重物質量時是否需要重新平衡摩擦力”、“什么情況下不必平衡摩擦力”、“什么情況下不必滿足小車質量遠大于懸掛重物質量”等問題變得水到渠成、迎刃而解；通過交流和討論，師范生們還發現如果不平衡摩擦力，反而可以測量出接觸面的最大靜摩擦力和動摩擦因數，達到深化和拓展實驗的效果.可見關注實驗細節，可以提高實驗探究的深度、廣度和精度，真正提升學生的實驗操作能力、分析能力和整合創新的能力.

物理知識和規律通常都不是孤立的，而是存在著各種各樣的聯系.物理實驗也是如此，一些關鍵性的實驗器材、實驗步驟，實驗方法等往往都是相通的.比如必修部分有多個實驗都要用到“一端附有定滑輪的長木板”、“打點計時器”等實驗器材；《探究加速度與力、質量的關系》實驗和《探究功與速度變化的關系》實驗都涉及“平衡摩擦力”；很多電學實驗都需要選擇“分壓式電路”等.關注實驗間的聯系，可以觸類旁通，順利地完成知識和方法的遷移，切實提高師范生利用物理解決實際問題的能力，而這種能力恰恰是新課程改革所提倡的，有助于他們更多地學習與生活、科技相聯系的“活”的知識.

3 鼓勵實驗創新和教具研制，培養師范生的實驗教研能力

師范生是未來的師資力量，對于他們來說，“會教” 比“會學”更重要.所以在《中學物理實驗研究》課程中，我們鼓勵師范生以模擬授課的形式進行實驗分析和交流，更引領和鼓勵他們進行實驗創新和教具研制，以培養和提升其實驗教研能力.

3.1 拓展和創新實驗內容或方法

實驗拓展是實驗創新的第一步，也是師范生比較容易實現的.實驗拓展不拘泥于分組實驗，演示實驗的拓展具有更高的自由度和發散性，同時具有提高課堂教學效果的實際意義.如超重和失重是《高中物理必修1》中比較重要又不太直觀的知識點之一，恰當的演示實驗可以提高學生興趣和理解程度，但針對此知識點又適合在課堂上演示的實驗不多，而現象直觀明顯的實驗更少.師范生利用力學實驗的拓展，將長木板和力學傳感器相結合開發了半定量的“失重超重演示實驗”（圖1），將硬彈簧和串聯電路相結合設計了“失重超重演示電路”.

在實驗拓展過程中，往往還會派生出實驗的創新方法和創新設計.如 “天平法測量磁感應強度大小”實驗和“楞次定律可視化展示”等實驗都是師范生實驗拓展時的創新型收獲.

在實驗創新過程中，師范生將親身體驗從“提出實驗課題”、“確定實驗方案”、“選擇實驗器材”到“設計實驗步驟”、“反復實驗改進和創新方案”等研究過程， 其經歷對今后的教研和科研都有巨大的借鑒和指導作用.

3.2 以比賽為依托，改進、自制實驗器材和教具

教具是展現知識（原理）產生、演變過程，實現信息傳遞與交換的載體，同時也是促進知識的媒體.新課程離不開合適的實驗器材和自制教具.近幾年，筆者以“全國大學生與研究生自制教具與設計實驗展示（比賽）”為依托，鼓勵并指導師范生改進實驗器材和自制教具.

師范生在學會深入研究、挖掘實驗原理和關注實驗細節、實驗聯系之后，很容易發現現有的一些實驗器材存在的局限性和新課程改革對自制教具的需求，這將激勵他們去改進實驗器材或嘗試自制實驗器材和教具.比如，師范生研究平衡長木板的摩擦力時，傳統的方法是用墊塊將長木板一端墊起一定的角度，而當小車在木板上滑動時，木板容易竄動而引起角度變化導致摩擦力平衡不準確.針對這一問題，師范生自制了一套實驗器材，讓長木板沿金屬滑道在豎立固定的扇形板上滑動來調節長木板的傾角，這樣傾斜角度可連續改變、易于位置固定，消除了小車滑動對傾角的影響，從而減小了實驗誤差；扇形板的外緣刻有角度標線，傾角的大小可直接讀出，所以這套裝置還可以測量最大靜摩擦力和動摩擦因數等.

改進器材、研制教具的過程是一種創造性的活動，在提高師范生的創新精神和實踐能力的同時，也更新和豐富了教學和實驗用具，提升了師范生的教研能力尤其是實驗教研能力.