物理實驗操作的教學與評價

王愛生

摘?要：在物理教學中需要通過正確的實驗操作來獲取實驗數據，從而分析歸納出實驗結論或物理規律.實驗操作教學中要注重實驗操作的特點、操作的目標層次、操作的內容以及操作的注意事項等.

關鍵詞：物理實驗;實驗操作;實驗教學

文章編號：1008-4134（2019）18-0002中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

要實現實驗教學目標，就必須進行正確的實驗操作.這樣才能觀察到物理現象.所謂的物理實驗操作就是指在物理實驗的實施過程中，物理實驗者為了實現實驗目的、達到實驗要求，依據制訂的實驗計劃，運用物理實驗儀器，在一定的實驗條件下，使實驗對象發生某種物理變化的一系列有序的活動.這一系列規范的活動，主要使用手和上肢的肌肉、骨骼的運動，以及與相應的神經系統部分的活動.為此，蘇霍姆林斯基說過：“在人的大腦中有一些特殊的、最積極的、最富有創造性的區域，依靠抽象思維與雙手精細的、靈巧的動作結合起來就能激發這些區域積極活動，如果沒有這種結合，那么大腦的這些區域就處于沉睡狀態.在童年和少年時期，如果沒有把這些區域的活力激發出來，那么他們就永遠也不會覺醒了.”因此，弗賴登塔也說過：“教任何活動的最好方法都是做.”

1?物理實驗操作的特點

物理實驗與生產活動一樣是屬于實踐活動的范疇.“動作作為一切概念的基礎”這句話體現了實驗操作在教學中的重要地位.實驗操作與其他知識相比有著如下不同的特征[1].

1.1?物質性

實驗操作，以一定物質形式的客體作為動作對象，如操作儀器、使用工具、組裝器材等.物理實驗操作可分為細微型、連續型、斷續型和往復型，完成這些操作行為需要借助物理實驗裝置來實現.可見，沒有物質化的實驗裝置就不可能有真正意義的實驗操作.因此，馬克思說：“物質是在感覺中給與我們客觀的實在.”物理實驗是具有自然屬性的客觀對象，是通過感性物質形式或感性形象客觀化了的人類精神活動及其產物.實驗結論才能得以客觀化，成為現實的意識，成為他人可以接受的東西或認識的對象.

1.2?外顯性

實驗操作是一個活動的過程.在這個過程中操作者應用肢體完成有序的動作進行實驗.動作必須切實執行，不能合并、省略或簡縮.活動過程要求實驗操作具有精確性、定時性、定向性、協調性和穩定性.每個實驗步驟或每個儀器的使用都有一定的規范要求，操作過程還需要時間適應，執行操作時動作要配合準確、協調，要適應實驗條件的變化.因此，實驗操作是可以觀察到的.操作是思維的物質外顯，學生只有完成實驗操作才能產生實驗現象并進行觀察.可見，操作的外顯表現為儀器可見、人體有目的的運動、產生有趣的現象以及可測量的實驗數據等.

1.3?思維性

掌握物理概念或物理規律時，實驗操作為智力活動過程提供具體的感知經驗.因為“內部思維活動是通過外部活動的刺激而產生的.”“邏輯在語言水平上形式化之前是建立在行動的一般協調基礎上.”列寧說過：“物質作用于我們的感官而引起感覺.”用自己的雙手進行相應的行動和操作后，才會擺脫思維和認識同實物的關系，從而成為具有心理意義的操作.

1.4?有序性

操作活動的過程是一個完整有序的過程.實驗操作的有序是以外界因素為條件的.這種有序體現在操作時動作的前后、同時、依次、循環等.有的實驗是不能再現的.如高溫環境下冰的熔化實驗，冰一旦熔化，冰在這個環境中就不能再現，它遵循了熱的不可逆性原理.有的實驗現象是在前一個操作的基礎上才能發生變化的.如彈簧秤的使用，必須先觀察和調節指針是否指“0”刻度處.這樣調節后測量的值才是準確的.這是符合實驗過程的有序.有一些電學實驗裝置要有預熱過程，若不先預熱直接加電壓就會“燒壞”實驗裝置.如投影儀的碘鎢燈就需要預熱后才可以正常使用，否則影響碘鎢燈的亮度和使用壽命.

1.5?訓練性

實驗操作能力的獲得是通過對知識的理解、對儀器的使用，將知識與肢體經過學生自己真實的操作體驗、思維感悟，內化為生理機體動作的“自動化”.這種“自動化”的動作，只有在真實的實驗裝置上有目的、有秩序的多次強化訓練才能習得.如最簡單的選擇量程試觸操作，學生也要通過練習手拿著的導線與電流表的接線柱“迅速”接觸，觀察導線與接線柱接觸的部位、手拿導線靠近的位置，觀察電流表的指針擺動的幅度、手的肌肉“迅速”收縮撤退等實驗步驟來習得能力.這些能力只有學生通過多次訓練才能形成.

2?物理實驗操作目標的層次

物理實驗操作是學生執行的指向其目標狀態的行為.根據物理教學的特征，培養學生的物理實驗操作能力應是物理實驗教學目標的主要內容之一.制訂實驗操作目標，就是根據課程標準的要求、學生需求和實驗教學條件等具體情況，確定物理基本操作目標水平.按照布盧姆等人的教育目標分類學理論所提供的思路設計，中學物理實驗操作目標的水平分類可確定為初步學習、初步學會、熟練、設計四個不同層次的要求，其含義見表1[2].

3?物理實驗操作的內容

物理實驗操作是從設計實驗方案就開始涉及思考的問題，主要有如下4個方面的內容.

3.1?材料的選擇和制作

實驗是以物質為支撐的活動.根據實驗目的和原理選擇實驗材料是實驗操作的準備過程.多數的實驗裝置都是根據需要進行加工與制作.因此，這種選擇與制作是體現教師基本功和創新性勞動的重要指標.

3.2?裝置的組裝與調試

多數的儀器為了保存或運輸的方便，部分部件是分開存放的.使用時我們就要重新組裝與調試.有的實驗會把好幾種儀器或裝置進行連接或組合起來使用.因此，儀器的組裝與調試操作，要做到正確合理、科學完善.如天平的使用，一是選擇水平桌面;二是取下夾在托盤架與底座之間的膠墊;三是將托盤放在托盤架上;四是將游碼移到標尺左端的“0”刻度線處;五是調節橫梁水平.這樣就完成了天平的組裝與調試，為稱量做好了準備.在這里要特別強調，教師或學生進行實驗儀器或裝置的調試時需要認真細致，應做到裝置已經進入實驗初始的準備狀態.

3.3?調整變量進行操作

當以上的預備操作完成后就要進入施加變量操作然后觀察現象的環節.這一環節是實驗操作最關鍵的過程.教師或學生一定要按照實驗操作的有序程序單獨進行，不能顛倒或丟落操作步驟.如天平的稱量過程中，加減砝碼的操作，只能按由大到小的順序來添加，不能無規則的亂加亂減.

3.4?整理實驗器材操作

實驗結束，也應該按照一定的實驗操作步驟和順序進行拆卸和整理.不能隨意的無序整理，否則會損壞儀器或發生事故.因此，一定要在實驗結束時養成良好的整理實驗裝置和儀器的科學習慣.如采用加熱的方式來收集氣體時，一定先把導管從水中移出，然后再撤去熱源.實驗過程中產生強大的壓強或物體發生大幅度的形變時，整理實驗儀器時要減弱這些物理量的變化，以防產生危險.

4?培養實驗操作的策略

實驗操作能力是一種個體技能，學生想要獲得技能就要有一個嚴格和有序訓練的過程.因此，培養學生的實驗操作要有如下的策略.

4.1?欣賞實驗操作之美感，喚醒喜歡操作的欲望

動手操作能力的培養是物理實驗教學的重要內容之一，是實驗能力的主要部分.其實，絕大部分學生都喜歡做物理實驗，都有意愿自己動手試一試，這是人類的一種天性，也是好奇心使然的緣故.因此，在物理實驗教學中，教師要充分抓住學生的這種心理，做好從近景性學習動機入手，實現為科學本質的遠景性學習.因此，實驗不能以簡單的獲得知識或產生奇異的實驗現象而告終，而是教師要以科學本質的神奇魅力來感染學生，引導學生欣賞實驗的美.

4.2?學生體驗操作成功，增強個體自我效能感

在實驗操作的教學中，做到人人動手，相互討論，反復練習，達到人人能獨立操作的目的.研究表明，自我效能感高的學生，在學習一項新的操作時會更加積極、主動，練習堅持的時間也越長，在面對困難時也會想方設法克服，會努力實現自己的目標.相反，自我效能感低的學生在練習時缺乏主動性，堅持的時間也較短，在練習過程中遇到失敗和挫折時，便開始懷疑自己的能力，降低自己的期望水平，減弱其努力程度甚至選擇放棄.因此，在實驗操作教學中，教師應采取體驗成功操作的方法，提高學生的自我效能感.如創造條件使學生成功，教師提供積極的反饋與評價，充分發揮榜樣的作用，幫助學生建立積極樂觀的情緒等.例如設計簡單易成功的實驗，從安全可靠的實驗和好玩有趣的實驗操作開始.

4.3?嚴格單項操作訓練，扎實學生的操作基本功

在實驗教學中教師要使學生明白，正確完成每一個簡單規范的實驗操作都是一種技能，是通過有目的的多次長期訓練而習得的一種“動作”能力，而不是看看就可以完成的.因此，教師要以科學的態度操作實驗，以規范的動作展示實驗、以成功的操作彰顯實驗魅力.并以單項實驗訓練打好學生實驗能力的基本功.單項實驗訓練包括以下幾種.

（1）專一計量工具的正確使用.如刻度尺、溫度計、彈簧秤、電流表、電壓表，這些計量儀器都是比較精密的，要認識儀器的結構，觀察儀器上標識字母、量程、分度值，學會調零、檢測儀器的好壞情況等.要求做到“六會”，即會合理選擇、會調試校正、會正確使用、會準確讀數、會科學記錄和會判斷故障.

（2）專用器材的正確使用.如使用滑動變阻器、酒精燈、打孔器，藥品的存放、倒取等.這些專用器材都有自己獨特的使用方式和要求.因此，要注意操作的規范，否則就會產生實驗誤差或導致實驗失敗甚至發生危險.

（3）專項基本功的訓練.一是物理實驗中特殊性的操作，如電學實驗中學生要規范地去掉導線上的塑料皮，露出適當長度的銅絲，并按順時針方向旋轉擰好，以便備用.還有很多接線柱上的螺絲帽，通過訓練能體驗到手擰螺絲時的緊、松程度或旋轉方向的感覺.二是物理實驗中專業作圖，如電路圖、力的示意圖和實物圖等圖示的設計.

（4）養成操作過程的規范化.操作過程主要包括：一是儀器的裝配與布局的合理.如實驗的組裝要符合先下后上，先里后外，先左后右的原則進行訓練;二是儀器的調整與優化.如安裝萘的熔化實驗裝置時就要控制調節好酒精燈外焰與石棉網高度的距離才能有效加熱;三是按照規定的步驟操作.如在演示用電流表測電流強度時需要提出操作要領：“斷開開關，順序連接;電流表串聯，正進負出，檢查無誤，通電試觸;選擇量程，接線讀數”;四是故障的檢查與排除.一般實驗故障排除可用以下3種方法：從現象入手，推測原因，動手排除;從假設元件損壞入手，動手操作更換元件試之;邊分析邊探索，縮小范圍;五是結束實驗，整理儀器.如最基本的要求是實驗前儀器如何擺放，實驗完成后就要恢復原來的位置.還要注意觀察藥品的標簽是否向外、儀器的表盤是否向外、體積小的儀器是否擺放在體積大的儀器外面等.

4.4?努力創設操作的機會，穩固實驗操作的技能

學生操作的熟練程度以及能力的形成和多種活動密切相關，但離開了實驗操作和生活實踐活動，無論是操作，還是實驗能力都無從談起，也無法得以實現.因此，教師要多創設動手實驗操作的機會，一是把簡單有趣的演示實驗變為學生動手實驗，驗證性實驗變為探究性實驗.二是根據所學的知識與內容要開展小制作等多種形式的實踐活動.如自制能投影的電流表、會發音的電壓表等.比賽誰把電路連接得又準確又完好等競賽活動.只有這樣多動手多操作才能形成穩定的操作能力.物理實驗操作是中學物理教學中基于物質的一種特殊形式的學習實踐活動.在這種學習實踐活動中，教師要講解并進行示范，學生進行物理實驗的基本操作練習，并逐漸達到動作定位，最后，形成熟練的自動化的實驗操作.這種學習實踐活動對學生的能力，尤其是觀察能力和思維能力的培養起著重要作用.如把一個生雞蛋用手拿著大頭向下立在桌面上，穩穩地稍待一會，手離開時一慢二輕，這樣生雞蛋就立住了.這一現象的原因在于生雞蛋的蛋白和蛋黃可以流動，過一段時間后，蛋黃會向下移動，這樣雞蛋的重心降低，增大了穩定性.同時大頭與桌面接觸面積較大，容易形成三個受力點而達到平衡狀態.

5?實驗操作教學中的注意事項

皮亞杰說過：“要讓學生動手做科學，而不是用耳朵聽科學或用眼睛看科學.”因此，在教學中教師要充分地讓學生動手學習經歷過程和獲得經驗，豐富認知.為了使物理實驗教學更加有效，我們在教學中需要注意以下幾點.

5.1?教學中要注意遵循操作的遺忘規律

關于實驗操作遺忘規律的研究表明：實驗操作與一般的思維操作不同，在遺忘的進程上有其特殊性.應在學習操作動作后兩三天內有組織地指導學生練習.加強動作表象的訓練，提高動覺控制能力，使獲得的動作操作在記憶中鞏固下來，形成動力定型和高度自動化.考慮到這一點，進行實驗操作的學習與訓練時，實驗操作訓練或實驗課的安排時間不宜太近或太遠，每周兩次訓練為宜.訓練時間可根據實驗操作難易程度和內容的多少而定.有的甚至在上課之前用幾分鐘也可以.如電流表的正確使用，學生新課前測定一下某段電路中的電流大小，該操作用2～3分鐘完成即可.[3]

5.2?要注重實驗操作訓練的多樣性

操作技巧的形成靠練習，但練習的效果不只和練習時間有關，而且和練習過程中活動形式、活動方法及意愿有關.反復單調的操作很容易使人產生疲倦，失去興趣.教師應不斷改變活動方式，激發學生的積極性.除了讓學生個體單獨操作練習外，還可以讓學生到講臺上操作演示表演，請其他學生就其操作進行評議或者使訓練的操作成為競賽的項目，在學生與學生之間，組與組之間，班與班之間展開操作競賽.特別是一些小制作與小發明的比賽更能激發學生的動手積極性，在制作中學生不知不覺地形成了操作能力.

5.3?教學中要善于遷移實驗操作能力

遷移亦是培養技能的方法之一，已有的操作對學習新操作的影響可能是積極的，也可能是消極的，積極的影響能促進新操作的形成，叫做正遷移;消極的影響，不利于新操作的形成，叫做負遷移.因此，在實驗操作培養的過程中，正確促進正遷移抑制負遷移有利于新技能的形成，起到觸類旁通事半功倍的效果.特別是第一次使用計量儀器時，就要認真而嚴格地進行專業的操作訓練，以便形成穩定的操作習慣，這樣可以遷移到其它計量儀器的正確使用.如刻度尺的正確使用就是一個很關鍵的環節，因為平時學生都用過刻度尺，所以就認為不用學.若教師深刻認識認真對待，多次強調，使用前要有三個觀察，那么使用其它計量工具時，也有對應的三個觀察，這樣處理的好處是學生不僅理解正確操作的重要性，而且會將此操作不知不覺地遷移到其它計量儀器的正確使用中.

5.4?操作訓練與操作考試評價相結合[4]

嚴格進行實驗操作考核，這是提高學生實驗操作能力的一項重要的有效措施，傳統的實驗考試為筆試，不利于培養和考查學生的實驗操作能力.因此，對學生的實驗操作考查進行改良具有深遠的意義.現階段對實驗操作考核已經有了很好的考試模式，如中國香港每年都有理化生實驗操作考試.這也是對實驗教學改革的重大突破.我們在平時的教學中要注重落實到實處，每學習一個實驗操作，就要進行平時的考核，如學習完彈簧秤的使用后，就要在本周內上課之前進行考核，并記錄成績，以便與期末實驗操作考試成績一起成為學生的實驗操作成績.在期末的物理成績中，實驗操作考試要占一定的比例（一般規定占20%），實驗操作的考試方式是讓學生在實驗操作前抽簽選擇實驗題目，教師根據其操作的正誤情況和熟練程度評定等級.這樣可以促使學生平時在實驗課中積極主動地動手操作，從而更有利于培養學生的操作能力.

5.5?教師要規范實驗操作

教師的操作具有示范性.因此，教師要科學規范地進行操作，給學生的學習起到一種標準的示范作用.并且教師的操作要做到力量適度、速度適中、角度適當易觀察、動作嫻熟優美，其表現為內心的認真，外在的優雅.只有這樣的實驗操作才能讓學生感受到實驗操作不僅是一種科學活動，更是一種藝術的享受.

實驗操作能力是學生科學素養中不可或缺的一部分.因此，在教學中要防止學生有動手操作沒思維，不能讓動手操作過程完全替代了物理思維過程.只有操作過程沒有物理思想的提升，會使操作的經驗剝削理性的形成.只有動手操作沒有學法創新，沒有起到培養學生心智的作用，要讓學生形成動手操作也是一種學習的態度，而不是單純為滿足動手的簡單愿望.

參考文獻：

[1]林勇，李正福，李春密.高中生物理實驗能力評價體系的建構[J].中國現代教育裝備，2010（16）：66-68.

[2]王旭.化學實驗操作技能遺忘進程的實驗研究[J].化學教育，2007（05）：30-32+52.

[3]閻蒙鋼.化學實驗操作技能測量與評價的方法淺析[J].化學教育，2006（02）：10-12.

[4]李春密.物理實驗操作能力的結構模型初探[J].學科教育，2002（06）：39-42.