物理学科竞赛实验部分自主学习策略研究
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摘 要：物理学科竞赛是学生在高中阶段可以参加的比赛，它是由中国物理学会主办，各省自愿组织参加的群众性比赛活动，分理论考核与实验考核两个部分，通过初赛以后，在复赛和决赛中才有实验部分的考核。该文专门针对物理学科竞赛的实验部分，对竞赛规则、注意问题、培养和锻炼学生自主实验能力的策略方法等方面做了深入的研究与介绍。
关键词：物理学科竞赛 自主学习 实验能力
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（c）-0171-02
物理学和化学一样，是一门依托于实验和实践的科学，物理实验能力的高低，从一定程度上体现了物理水平的高低，因此物理学科竞赛对实验部分也非常重视，在复赛和决赛中的比重通常达30%以上。学科竞赛对于增强学科综合能力大有裨益，如果在学科竞赛中获得省级以上奖励，则具备了参加高校自主招生的资格，将会成为诸多985高校自主招生所争抢的对象。所以，高中学生在学有余力的情况下，参加物理学科竞赛，并力争在竞赛中取得优异成绩，对其参加高校自主招生及未来的高考都会带来巨大的帮助。物理学科竞赛的难度很高，一般远远超过高考物理的难度，实验部分也是一样，它是高中基础物理实验的升华，并且因为它是一项课外学科竞赛，其学习与实验操作练习多是利用课余时间进行，故而，培训学生自主学习、自主训练就显得尤为非常重要。通过最近几年给物理竞赛实验部分的考前辅导与监考实践，笔者逐步摸索出指导学生自主学习来提高物理实验综合能力的手段和方法。现将之汇总如下。
1 了解竞赛规则
全国中学生物理竞赛（CPHO）的实验部分是在预赛通过后的复赛中进行的，实验考试时间为3h，满分40分，就是给条件做实验，一般在大学实验室进行，一对一监考，每一个操纵动作都有分，如果某一步不会做，可以请求监考老师给予提示卡，并扣除此步骤分数，你还可以根据提示继续做，后面的步骤仍然有分数。例如，有一年的考题是一个光学题，给了2片刀片，一根蠟烛，一包火柴，一块玻璃，小灯，让做双缝干涉实验。此实验之难处就是想出制作双缝方法，即用蜡烛把玻璃熏黑，然后用2片刀片并拢，在熏黑的部分画线，就有了双缝……让学生通过参看相关竞赛辅导书籍，了解竞赛规则，是学生自主学习和备战物理学科竞赛的第一步。
2 熟练掌握高中阶段的每一个实验
高中物理竞赛一共涉及高中阶段的19个基础实验，每年考题均不同，所以，谁都无法预测下一年的考试内容，考生必须对每个基础实验都要准备，达到实验原理烂熟于心，实验步骤了如指掌，实验器材的运用得心应手，不放过任何一个细节。要做到这些，需要对相关物理知识和原理有透彻的理解，需要自己泡实验室，需要自己多次重复的做同一个实验，揣摩实验要领。例如，“利用单摆测量当地的重力加速度”的实验，笔者安排在一个周末的下午进行。其实验原理是单摆在偏角很小时，可近似认为是简谐振动，其振动固有周期T=2π，从而得到g=4π2l/T2。据此，通过实验方法测出摆长l和周期T，即可计算得到重力加速度g。这个实验的原理并不难，难的是对实验细节的把握，是对实验器材的运用，是如何运用实验数据准确地绘制出实验图像，即T2-l的图像，它是以T2为纵轴，以l为横轴绘制出的一条直线，在图上得到直线的斜率即为4π2/g，从而求出重力加速度g。这个实验学生自己去做，因为摆动角度不能超过10°，摆球在最低位置时开始计时，摆球通过最低点时计数，要观测至少30次以上的振动周期，所以实际操作起来很容易出错，只有几个学生做了1h以后，才陆续绘出理想的实验图像，大部分学生用的时间更长。可见，必须重视基本功的训练，熟能生巧，通过多次重复练习，提升基本实验操作能力，为物理学科竞赛实战打下坚实的基础。
3 通过开放实验室自行加练课外实验，进一步提升实验操作水平
高一阶段，学生理论水平有限，可以通过择优方法，让学习成绩较好、学习主动性强且学有余力的学生，在老师的指导下，利用课外时间自己到开放的实验室进行基础物理实验的学习与训练。到了高二阶段，除了熟练掌握高中阶段规定的物理实验以外，学生要参考历年的物理竞赛复赛和决赛部分的实验试题，在事先不知道答案的基础上，利用课余时间，自行到开放的实验室去进行实验训练，实在进行不下去的时候可以询问辅导老师或看一下实验提示，根据提示再继续进行，直到得出实验结果，然后与标准答案相比，找出自己的差距，从而使实验理论与实验技能不断得到提升。在摸索中锻炼、在锻炼中提升，这是学生自主提升实验技能的必经之路。
4 锻炼和培养发散思维与创新思维的能力，提高自主完成设计性实验的能力
（1）高中物理学科竞赛的实验都是设计性很强、需要利用现有条件进行发散思维和创新思维来创才能完成的，是学生根据给出的实验器材、实验要求，分析实验原理，打破常规实验思路，创造性地完成实验各个步骤，并根据实验所得数据绘制出实验表格或图像，研究其中所隐含的规律，从而出实验结论。其实这种学生自主完成的设计性实验，已经超出了高中阶段的双基要求，是活化理论知识、提升实验技能、考核学生综合素质的有效手段。
（2）学生可以通过以下几个办法来锻炼与培养完成设计性实验的能力。
①自己阅读教材和相关书籍资料，通过分析其中的著名实验，去思考和体验先知们的探索经历，与自己的思维与设想相比较，挖掘出它们设计思想之精髓。
②自己以已经学习和掌握的知识为基础，分析高中阶段大纲上的必考实验，通过组合、变换、创新，探索新的、独特的实验方法与原理。
③通过老师的启发性提示或暗示，开启思路、拓宽思维宽度，自己去完善、补充、提炼出新的实验方法，完成系统的实验过程，并不断地进行总结归纳，使得创新性思维形成一种习惯。 5 在老师的指导下，创设物理竞赛的实验环境，让学生进行竞赛实验模拟，锻炼心理素质和应变能力
（1）在物理学科竞赛复赛和决赛阶段的物理实验考核，都是在大学的物理实验室进行，由大学监考老师一对一监控，整个考试过程中老师都在学生旁边，不仅负责记录学生的实验动作和实验步骤，还要对学生实验步骤和实验操作的合理性现场做出判断，这样一来，学生思想压力会非常之大。所以，学生心理素质和应变能力的锻炼与培养就显得尤为重要，而这些能力的培养，最直接最有效的方法就是给学生创设竞赛环境，让学生独立完成模拟实验。
（2）比如第21届全国中学生奥林匹克物理竞赛复赛部分的光学实验试题，“测量金属丝的直径”，给出仪器与用具是：未知波长的激光器、凸透镜、待测金属丝、物屏、像屏CD光盘、米尺、三角板、支架若干、金属夹等。实验内容：①测量激光器的波长;②测量待测金属丝的直径。实验要求：①己设计实验方法，根据需要从以上仪器与用具中选择合适的器材，采取适当方法和措施，尽量准确地测量。②画出测量光路图，准确地反映出各器件间的位置、角度等关系，在图中注明各量。③简述为提高测量準确性所采取的方法和措施。④完整记录测量数据，写出计算公式，计算结果。实验说明：①待测金属丝已装在物屏的中心孔处。②CD光盘表面是一些在光滑平面上连续不断的“坑点”同心圆轨迹，其密度为625条/mm。该题标准答案的实验步骤为：①入射光应采取垂直照射。可以用光线是否沿原路返回来判断是否垂直照射。②为避免入射光不垂直照射而造成正、负级谱线关于零级谱不对称，只测量一侧谱线造成衍射角测量误差，应测量正、负1级谱线间总夹角，除以2后得到垂直入射时的衍射角。③应尽量使屏与光盘平行，并与入射光垂直。可用测量不同位置光盘与屏间的距离是否相等来判断。④为准确测量衍射光斑位置，可在光源后加凸透镜，将光斑汇聚成较小的光点。⑤多次测量。
（3）从以上考题看出，分析实验原理，得出实验数据很重要，但是写出完整的实验步骤、计算方法、绘制必要的数据图表，也同样重要，考核中实验细节处理通常都细化到每步1～2分。而所有这些都需要在规定时间内并在老师的监督下独立完成。所以，为学生创设标准竞赛环境，让学生独立完成竞赛模拟，是学生参加学科竞赛前必须经历的最后磨练。
学生自主实验能力的提升是一个漫长的过程，需要从高一开始，有计划、有步骤、循序渐进地进行培养和锻炼。学生要在老师的指导下自己制定出一套完整的自主学习与训练计划，有效地利用各种资源，在不同的学习阶段均进行有针对性的训练，使自己的基本操作能力、分析解决问题能力、创造性设计实验能力等都得到稳步提升，从物理学科竞赛中脱颖而出。
参考文献
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