立足三个转变，优化实验教学

来源:用户上传      作者: 邓　民

　　摘 要： 物理实验在物理教学中处于基础性的地位，因此我们必须加强和优化物理实验教学。本文作者结合教学实践，阐述了立足三个“转变”，优化实验教学，切实提高高中物理教学实效的问题。
　　关键词： 高中物理 实验教学 转变
　　
　　物理实验作为物理教学的支撑点，是落实新课程标准的三维目标的重要手段。物理实验能够为学生学习物理提供符合认知规律的环境；为课堂导入、课堂递进、课堂强化提供必要的方法和情境依托。物理实验在物理教学中处于基础性的地位。遗憾的是，长期以来物理课堂教学由于缺乏实验设计而导致教学不活跃，给了学生太多的“必须”的限制，留给学生太少的“可能”的余地。当前物理实验教学主要存在以下几种现象：
　　现象之一：学校条件落后。实验室仪器缺乏；教师讲实验，学生背实验；枯燥无味的物理教学使得学生丧失了学习的兴趣和信心。
　　现象之二：学校实验室仪器“堆积如山”，仪器陈旧。由于观念落后的原因，使得现有的实验室的仪器使用率极低。
　　现象之三：实验教学正常进行，仅仿照课本“演示”给学生看，无现象观察指导，无过程方法设计，无讨论交流，仅仅验证结论，教师从不进行实验设计。
　　那么在新课程改革中怎样提高普通高中的物理实验教学的有效性呢？我认为必须立足三个“转变”，以优化实验教学。
　　
　　一、转变实验教学方法
　　
　　教师首要的是转变教育观念，从传授性教学方式转移到学生的自主学习、合作学习、探究学习相结合的学习方式上来。实验是学生进行科学探究，实现自主学习的重要基础。在物理实验教学中，我们应当把握科学探究的主要环节，运用实验启示学生自主地提出问题，作出猜想与假设，设计探究方案，进行实验操作，收集相关信息得出结论，对实验进行评价，交流实验探究的成果。而在科学探究的各个环节都要体现合作精神。我们可从以下几点进行改进：
　　（一）将部分演示实验改为师生协同实验或学生表演实验。
　　教师边讲授知识，边演示实验，边指导学生进行实验。在实验中学生得出的结论有可能与应得的结论不相吻合，经过教师的指导，学生可反复实验直到实验成功。教师还要培养学生主动否定自我和超越自我的能力。例如把“电磁感应现象”和“楞次定律――感应电流的方向”的教学改为边教边实验，这样一来，学生既增加了动手能力，又能更好地掌握物理规律。
　　（二）将部分测量、验证性实验改为设计性实验。
　　学生用教师（或实验室）提供的实验器材进行科学探究，我们就其方案不必强求一致，更不要用多媒体画面来指挥学生统一行动，要放开学生的思维，从而实现真正意义上的科学探究。在这里教师不要再为学生框定实验所用的器材，而要为学生准备许多实验器材，由学生自己进行挑选来完成实验，让学生按照自己的想法来设计实验方案，选用实验器材，从而真正体现学生的主体思想。如：“测电池的电动势和内电阻”的实验。教师可以陈列一些实验器材：干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、电键和导线若干根等。让学生自由挑选器材、自行设计实验线路图来完成实验。实验完毕后，得出数据，分析误差，并在不同的小组之间进行交流，比较不同实验方案的优劣。又如电表改装的实验，可让学生挑选不同型号的电位器，选用不同的电源电压档进行实验，实验结束后根据实验误差分析产生误差的原因，怎样减小误差，以及实验中应注意的问题。
　　（三）营造和谐氛围，挖掘创造潜能。
　　在实验教学中，教师要为学生营造心理安全、心理自由的氛围，使学生能结合实验进行想象。这样有利于挖掘学生的创造潜能。因此教师要在实验前适当介绍器材，示范仪器的使用方法，讲清仪器的工作原理等，以消除学生进实验室时的无从下手、不敢动作的畏难情绪，增加其动手的自信心。因而实验时学生也就显得自然、积极主动而有目的了。
　　（四）加强思维训练，倡导发散思维。
　　在实验教学中教师要注重为学生打好思维基础，构建思维结构，掌握思维方法，体现思维层次，倡导发散思维。例如关于平抛运动轨迹的描绘，有些厂商推出了一些现成的仪器，使抛出的物体可以在运动过程中喷射墨水，从而自动描出运动的轨迹，甚至利用脉冲高压放电，使抛出的物体在绝缘纸上留下静电影。这些仪器的设计，虽然相当巧妙，但失去了教材中设计这个实验的本意，实际上教材中这个看似简单的实验，却包含了丰富的科学方法教育的内容。
　　1.实验中要求先调节轨道出口的水平，并保证每次都从轨道上的同一位置释放小球，这就体现了对实验条件进行控制的思想。
　　2.实验中还要求用小球通过有孔卡片的方法来确定小球球心通过的点，这就体现了在实验中要正确采集数据的思想。
　　3.实验中要求通过所集的数据点的平均位置（而不是通过每一个数据点）描出光滑的曲线作为小球的轨迹，这就体现了误差的初步概念和正确处理实验数据的思想。
　　又如：在完成“测定单摆重力加速度的分组实验”之后，教师可提供一些思考题：
　　1.若实验时摆球用很长的细线悬挂在天花板上。由于悬挂点过高，测量摆长时无法触及，则如何测出重力加速度g的值？
　　2.若实验器材中给出的不是均匀小球，而是一块形状不规则的小石块，能测出重力加速度g的值吗？
　　3.若实验器材中给出的不是单摆而是双线摆。如何测出重力加速度g的值？
　　4.除了“用单摆测定重力加速度”外，测定重力加速度还有其他方法吗？
　　通过这样的提问，学生能很好地掌握单摆是一种简谐振动，并能根据回复力的公式推导出单摆的周期公式，学会用图像法处理数据。引导学生进行上述一系列发散性思考，对于培养学生的创新精神和提高学生的实践能力都是有益的。
　　
　　二、转变实验设备使用的观念
　　
　　这要求所有的设计都来源于教学的需要，而所用的实验器材都尽可能取自身边的物体。著名物理学家麦克斯韦对此早有精辟的论述：“一项实验使用的材料越简单，学生就越熟悉，就越彻底地获得所验证的结果，这种实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比。”例如探究“变压器原理”中关于u1/u2=n1/n2的内容，可以这样设计：把示教变压器的副线圈取下，用一根一米多长的多芯绝缘导线与小灯泡组成闭合回路，把它套在闭合铁芯上，发现小灯泡不亮；不断增加绕在铁芯上线圈的匝数，小灯泡逐渐亮起来。学生亲眼看到了变压器的绕制，既增加了对匝数比的感性认识，又对“匝数比的变化会引起电压比的变化”这一因果关系有了本质的认识。又如光的双缝干涉的实验中，用原有的仪器做双缝干涉实验，现象不明显。教师可以利用激光的单色性和相干性，用玩具激光枪做光源，墙做屏幕，直接照射双缝，可以得到双缝干涉条纹。在课后，学生也可利用玩具激光枪做光的直线传播、光在水中的折射、光在玻璃砖中的侧移、光的全反射等。利用医用废旧的盐水瓶做匀速水流原理的演示器，可以演示平抛运动、斜抛运动，分析医用吊针的匀速滴注原因。在洗干净的塑料油壶底上放置几粒小泡沫塑料，放于收音机的喇叭口上，当喇叭发声时，小泡沫塑料随之上下跳动，说明空气能传播声音，声波是一种纵波。利用空的洗手液瓶和小型气源，可演示喷雾器原理等，实现了“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”的境界，这样利用身边熟悉的物体演示物理教学抽象的内容，使学生容易理解，还有利于学生的创造性思维的活跃。
　　
　　三、转变实验教学手段
　　
　　这要求实验与现代教育手段有机地整合，实现优势互补，相得益彰。它主要体现在以下几方面：
　　（一）增加信息容量，加快信息传递速度。
　　在实验的复习阶段。针对各个实验的目的、原理、器材特点、器材组合、实验操作、现象观察、数据读取、分析处理、得出结论等各个阶段，我们可利用计算机使知识再现，并在重点、难点的地方加以突破，使学生能更好地理解。

　　（二）用投影或摄像的方法，强化观察主体。
　　如游标卡尺、螺旋测微器的读数、各种电表的表盘刻度等学生很难观察清楚，我们可利用投影等方式，使观察主体在银幕上形成放大的像，使学生能方便地观察到各仪器的实验细节，从而增强了实验效果。
　　（三）用制作课件的方法，再现或模拟实验现象。
　　将一些在课堂上实验现象不明显、学生很难观察或受气候的原因不便做的实验，制成实验课件，使学生能很好地理解物理教学中的重点和难点。如：对于波的质点的运动规律、波的双缝干涉的特征；在静电实验中的静电屏蔽、法拉第圆实验、影响平行板电容器的电容的因素有哪些的实验、原子物理中的散射实验，等等，都可以做成多媒体课件，突出重点和难点，使学生能更好地理解物理思想。
　　（四）提供与实验相关的生活与社会背景材料。
　　在实际的教学中，教师可以结合教学内容播放录像。如：讲波的形成时播放“老鹰抓小鸡”的游戏录像；讲磁极间的相互作用可播放磁浮列车的录像；核能的利用可播放核电站的有关录像，等等。现代媒体的运用，对物理实验教学能起到很好的辅助作用。
　　总之，教学是教师与学生共同活动的过程；学生获得知识离不开教师的正确引导；教师在学生的学习过程中起着引导性作用，他只是学生学习的外部条件，而没有学生的积极主动参与是远远不够的，我们应重视学生这一学习“主体”。学生主体的能动作用是取得学习成功的内部因素，起着决定性作用，所以教师在发挥引导作用的同时，应充分调动学生的主动性和积极性，可以将演示实验改为学生实验，让学生来唱“主角”；可以让学生上台做演示实验或协助教师做实验，为学生“动手”创造条件。在实验教学过程中，教师要及时指导学生去观察现象，分析现象，得出结论。
　　教师要始终坚持“实验优先”的原则，创造一切条件为学生开设可以进行的实验。应注意：现在中学里多媒体教学非常盛行。虚拟实验，网络实验，用课件来代替实验，甚至就用虚拟的实验室代替了学生分组实验。当然，虚拟实验突出重点，突出原理，突出细节，避免了无关细节因素的干扰，对学生的学习有利。但它毕竟是虚拟的，理想化程度过高，给学生以不真实的感觉。何况真实的世界，本来就有上百种千种因素在共同起作用，除非是无法真实再现的实验，比如α粒子散射实验，原子核裂变、聚变反应等。否则，教师还应用一些真实的实验器材来完成这些实验，给学生以实事求实的实验过程、实验结论。
　　高中物理教学的最终目标是培养学生具有终身学习的愿望和能力，掌握适应时代发展所需要的基础知识和基本技能，学会收集、判断和处理信息，具有初步的科学与人文素养、环境意识、创新精神与实践能力。因此，我们只有立足三个“转变”，优化实验教学，才能切实提高物理教学的实效。
　　
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