基于新課程標準下中學物理實驗研究的教學內容改革

潘俊曉 楊小軍 曹雷明 趙阿可

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在分析現有中學物理實驗研究課程內容現狀的基礎上，提出增加現代化實驗儀器、自制教具、獨立設計創新小實驗、“以學生為中心”的教學實踐環節等內容，提升學生的現代化儀器操作能力和教學能力。

[關? ? 鍵? ?詞]? 中學物理實驗研究;教學內容;實驗

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0014-02

一、引言

在物理學科中，物理實驗是重要的組成部分，通過物理實驗的演示和探究，使原本枯燥無味和艱澀難懂的理論知識變得豐富、直觀和有趣。近年來，隨著新課程改革的不斷深入，物理實驗在物理學科中的作用越來越大，地位越來越凸顯，對中學物理教師在這方面的要求也越來越高。目前，中學物理教師主要面臨以下問題：（1）如何巧妙設計一系列物理實驗加深學生對物理規律的認識;（2）如何通過改進中學物理實驗來直觀地呈現物理規律的內涵和本質;（3）如何通過創新物理實驗的設計和制作來提高中學生的創新能力和創新思維。因此，培養出適應新時代的高水平教師是師范類院校面臨的重要問題。

洛陽師范學院作為一所高等師范院校，承擔著培養基礎教育師資的任務。中學物理實驗研究是物理學專業的必修課，是新課標下物理師范專業的一門重要課程，通過對課程的學習，鞏固學生的基礎實驗知識，提高學生的實驗操作能力、實驗教學能力以及創新實驗能力，為以后學生進入一線教師行列打下堅實的基礎。但是，以目前的教學內容還遠遠達不到這樣的要求，因此，對該課程內容進行重新思考和改革，是適應現狀的要求，也是新時代對教師的要求。

二、課程內容現狀

目前，中學物理實驗研究課程延續了多年前的教學內容，主要內容是初高中基本實驗和基本的物理實驗教學技能。結合本人多年在一線城市高中物理任教的經驗，在上課過程中發現該課程內容存在以下問題：（1）學生主要學習中學基本儀器的使用，對于現代化的實驗儀器這部分內容沒有涉及。（2）按照高中課本實驗操作步驟，有些實驗在演示過程中會出現現象不明顯的問題，達不到預期的教學效果，對于這種情況，需要教師重新設計演示實驗，進而要求教師具備自制教具和獨立設計創新實驗的能力，本課程缺失了這部分內容的講授和實踐環節。（3）在一線城市的中學校園里，創新實驗室是該校的特色建設項目，是反映學校創新能力的一項重要指標，因此，教師要學會如何建設和管理實驗室。本門課程中沒有涉及實驗室建設和管理這部分內容。（4）一線教師如果希望成為新時代的優秀教師，整個課程的設計過程必須采用“以學生為中心”的設計思路，通過引導、啟發等方式達到預期的教學目的，本課程缺失了“以學生為中心”這種教學設計環節的講授以及學生用該課型進行實驗教學的實踐環節。

三、改革內容及方案

（一）增加現代化實驗儀器尤其是傳感器方面的內容

近年來，傳感器由于測量數據準確、靈敏度高等優點已普遍應用于初高中物理實驗中。因此，本門課程不僅需要講授傳感器的分類、實驗原理、使用方法等，還需要讓學生進行實踐操作。例如，在學生操作《探究滑動摩擦力的大小》這個實驗時（如圖1）抽動木板，當滑塊相對木板滑動相對桌面靜止時，彈簧測力計的示數等于滑動摩擦力的大小，記錄數據。在實驗過程中，由于彈簧測力計的示數不斷變化，示數不穩定，因此，記錄數據困難，實驗誤差大;將彈簧測力計換成力學傳感器后[1]（如圖2），抽動木板，數據會自動記錄在電腦里，學生只需要保存即可，記錄數據準確，大大減小實驗誤差;在學生操作《探究加速度、力和質量的關系》的實驗時，實驗裝置如圖3所示。首先讓學生用傳統的實驗方法操作實驗，當小車質量遠遠大于鉤碼質量時，小車受到的拉力近似等于鉤碼的重力，拉力數據誤差大;當在小車上安裝力學傳感器[2]（如圖4），力學傳感器記錄的數據就是小車受到的拉力，實驗數據準確，誤差減少。

（二）增加自制教具和獨立設計創新實驗環節

在上課過程中，講授一些創新實驗的內容，包括實驗設計、實驗原理、操作、實驗優點等，逐步引導學生設計一些簡單的創新小實驗。例如，在講述合力大小與分力夾角關系時，通過制作一個小教具（如圖5），只需在課堂上演示一下即可，既提高了課堂效率，又能直觀得出結論;在《用單擺測定重力加速度》的實驗中，實驗誤差主要是小球做圓錐擺運動，通過將單擺設計為雙線擺就可以解決這個問題（如圖6），實驗誤差大大減小。在《驗證焦耳定律》這個實驗中，教材中無法定量驗證焦耳定律，學生只能定性通過金屬絲發熱驗證焦耳定律，實驗缺乏完備性;通過引入帶探頭數字溫度計這一實驗儀器[3]（如圖7），達到定量驗證的目的，實驗操作簡單，實驗現象直觀。這些自制的創新小實驗，實驗難度小，學生接受度高，容易入門。

（三）增加實驗室建設尤其是創新實驗室的建設和管理

傳統實驗室采用封閉式管理，學生只能在規定時間才能進入實驗室，在實驗室中也只能操作特定的實驗，學生的時間和動手能力受到限制;創新實驗室是培養學生創新和實踐能力的重要途徑，通過創建物理創新實驗室，學生可以在其中自主探究和實踐，提升學生的創新和動手能力。本課程增加創新實驗室的空間規劃、展示內容、引進儀器等方面。可以向學生展示一些創新實驗室的空間設計構造圖，講解空間各分區的劃分和功能。例如，空間可分為學生休憩區、優秀創新實驗作品展示區、多功能工具區、學生演算區等;展示內容可以是優秀的創新改進實驗儀器、學生精彩瞬間、偉大的物理學家簡介等內容;創新實驗室通過視頻監控器和人臉識別技術實現開放式管理，學生可以自由出入，合理利用時間，為以后培養創新型人才奠定基礎。