新课程下中学物理实验教学的实践与反思

来源:用户上传      作者: 李　健

　　随着《高中物理新课程标准》的颁布，新一轮的课改革正逐步深入，并成为当前教学改革和学校发展的主题。教学内容、教学方法和教学要求也将相应地随着课程改革的要求做出调整。物理学研究的基本方法和手段之一是物理实验。在中学物理教学中，通过物理实验不仅可以使学生获得物理知识、培养实验技能和素质，而且可以培养良好的科学态度、作风和习惯等。但是，长期以来由于基础实验设施的薄弱，片面追求升学率，对实验不重视等主客观因素，造成了在物理教学中把实验教学置于理论教学的从属地位，甚至以实验理论和口头讲述来代替实际的观察和动手操作，致使物理教学中出现了理论脱离实际和学生高分低能等不良倾向。为此，中学物理实验教学改革势在必行。
　　
　　一、注重教学物理演示实验，增强课堂教学效果
　　
　　从广义上说，演示实验除了通常用物理仪器和实物进行的实验演示之外，还包括教师在课堂上出示模型、实物；用投影教具、模拟教具进行的操作演示；利用现代教育技术放映物理视频、光盘等；利用多媒体技术进行模拟实验或动画显示实验等。演示实验可以在物理教学过程的任何环节中应用，可以直接提供丰富的感性材料，帮助学生建立正确的思维模型，增强课堂教学的直观性和趣味性。
　　笔者认为，在演示实验教学中应注意以下几点：
　　(1)演示实验一定要紧密配合教学内容，提供直观的素材或数据，为理解概念和规律服务，不能为摆样子或凑热闹而演示。演示实验的个数和演示的项目不一定要多，应精选一些现象明显，能直接为概念、规律教学服务的实验进行演示，另一些不容易观察或误差较大的实验可以考虑作为课外实验或研究性课程实验出现。例如，在讲授《牛顿第一定律》这一节时，教科书为了让学生理解在没有阻力作用时，物体做匀速直线运动，往往用气垫导轨上滑块的运动来说明这一点。但有的教师用光电门，分别用计时器测出挡光条通过每个光电门的时间来算出速度：或者用打点计时器来处理纸带，这样处理是精确了一些，但是对学生来说这个实验器材较多，有点眼花缭乱，是否可以考虑与后面的《牛顿第二定律》合起来，作为分组实验来进行会更好些。
　　(2)演示实验常常比它所需说明的现象、规律更复杂，教师应尽量事先消除或减少次要的、附带出现的现象，或使它们避开学生的视线，或在实验前向学生交待清楚，使之对主要的现象和结论加以重视。例如在《功和能》这一节，往往会用滚摆来说明重力势能和动能的相互转化，这里往往先要说明由于阻力的作用，滚摆不可能上升到原来的高度。另外，这里涉及转动物体的动能，要想定量计算比较复杂，中学阶段不宜涉及。
　　(3)应尽可能地把演示实验变成学生实验，这样在完成同样的观测实验任务时，学生动手实践的机会多了，对学生思维活动的能力水平要求也提高了，这些都有利于学生对实验方法、技能的掌握，能够培养学生对物理学科以及对实验活动的兴趣爱好。
　　(4)此外，还有一个很重要的问题，多媒体课件能全面替代演示实验吗?近年来，多媒体课件在中学里得到了广泛的应用，它以其强大的表现力已经成为或正在成为一种高效的教学辅助手段，对于优化教学过程和强化教学效果有着积极的影响。但是，物理学科是以实验为基础的学科，学生对物理概念和规律的认知、理解和掌握，首先依赖于物理现象的真实感知。多媒体课件往往只能模拟物理实验过程，不能让学生有感性真切的认知；而在实验中，往往能通过物理问题的探索和师生的共同讨论，培养学生的思维方法和能力。这不是多媒体课件所能简单代替的。我们应该注重物理实验本身这个“过程”，而不是通过多媒体课件来“模拟”得到某些结论。
　　所以，在物理演示实验中，多媒体课件不可乱用。只有那些抽象的理想实验，难以观察或无法完成的物理实验才可以借助课件来模拟展示，如万有引力常量的测定、多普勒效应、粒子散射实验等。
　　
　　二、加强实验方法论的学习，培养学生的思维能力和创新精神
　　
　　在物理实验中，有很多重要的思维方法值得学生学习，这些方法对于提高学生分析问题和解决问题的能力起着积极的作用。
　　1. “转换”法
　　许多特征过程或物理量要想直接进行观测有困难，可以采取把所要观测的变量转换成其他变量进行间接观察和测量，这就是转换法。例如，力学量的光测法、电测法是一种转换法。又如，要证实平抛物体竖直方向的分运动与自由落体运动有相同的规律，在教学过程中要直接测量它们运动时的速度、加速度等来比较是不合适的，然而让两个小球分别做平抛运动和自由落体运动从同一高度同时落下，比较它们是否同时落地，就可以证明它们的规律是否相同了。这且是把定量测量转换为定性观察，是研究方法的转换。再如，用插在瓶塞上的毛细管里液柱的高低来显示物体(瓶)的微小形变，用毛细管中液滴的位置来显示烧瓶内气体的热胀冷缩，变化很显著。双金属片热胀冷缩时的弯曲，不用投影仪是不容易看清楚的，但利用它的弯曲来接通电路，用灯的明暗来反映它的弯曲，则效果很好。这些都是用的转换法。
　　2. 利用平衡、等效、补偿等原理
　　物理学中常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来制作仪器，进行测量，这就是所谓利用平衡(等效、补偿)原理。如弹簧秆的工作原理是力的平衡，天平的原理是力矩的平衡，温度计的原理是热的平衡，电桥是利用电路平衡，电位差计是用补偿法测电压等等。
　　3. 累计求平均的方法
　　对某些物理量的测量，用累计后求平均的方法能减小相对误差。如薄纸的厚度可测n层后平均而得，打点计时器测加速度时计数点的选取，动量守恒定律实验中对落点的选定问题，单摆的周期计几十次摆动的时间平均而得，等等。
　　4. 利用比较、对比、类比等方法
　　比较就是在一定的实验条件下找出研究对象之间的同一性和差异性。在物理学中由于研究对象的广泛性和多样性。比较的形式也是灵活多样的，可以是比较某物理现象在实验时间前后的变化情况，可以是同时对几类物理对象的现象、变化过程的比较，也可以是比较同一对象在不同条件下的变化情况等。
　　例如，在研究浮力时，可以比较规则、不规则形状的物体在同种液体中所受的浮力，给定物体在不同液体中所受浮力、密度大于和小于液体的固体在液体中所受浮力及它们与物体浮沉之间的关系等。
　　比较方法的关键在于从表面上毫不相关的事物间找出它们的同一性，而从表面上类同的事物间找出它们本质上的差异性。例如，比较机械振动、简谐运动和受迫振动的区别；比较极小面积上的漫反射与镜面反射的情况，可以看出它们在本质上是一致的。
　　类比的方法是将一种特殊对象的知识迁移到另一类对象去的思维方法，在实验中也有应用。例如，电力线用磁力线来类比，卢瑟福原子模型以太阳系模型来类比，声的折射、反射、衍射以光的折射、反射、衍射来类比等。
　　
　　三、改进物理实验教学组织工作，努力提高实验教学水平
　　
　　物理实验按照实验活动的形式和时间的不同，可以将实验分为演示实验、分组实验、随堂实验、课外实验等；按照实验的目的以及实验中对思维和技能的要求的不同，可将实验分为测量性实验、验证性实验、探索性实验及应用性实验等。组织学生实验除了要求物理教师本身有较强的物理实验知识和技能，能事先准备和配齐实验器材，熟悉仪器、材料的规格、型号、性能、测量它们的一些常数、数据，钻研教学实验的内容和要求，掌握实验教学的目标分类，能对实验学生提出恰当的教学要求和进行适时的、必要的指导等常规的实验教学组织能力之外，还要求物理教师具有一定的组织学生实验的技术和技巧，以使实验教学的任务能高质量、高效率地完成。
　　1. 实验分组时，男、女生及实验技能强弱不同的学生要合理搭配。
　　男、女学生对事物观察的角度、方式不同，实验的能力和体力也有差别，分组时将理论知识掌握得好的和差的，实验技能强的和弱的，对实验有兴趣的和不太感兴趣的，以及男、女学生交叉搭配，有利于他们在实验中互相协作，共同提高，保证每个学生都能全面地提高实验技术。
　　2. 某些分组实验或随堂实验邻近两组的实验内容或实验方式可以不尽相同。
　　可以是按不同要求、不同方式做同一实验，也可以是做不同内容的实验，通过组际对实验现象和结果的相互交流，能使学生在指定时间内观察到较多的实验事实，掌握较多的实验方法和技能，也有利于将不同条件、不同方式下的实验现象或结果相互比较，尤其是能够保证课堂教学任务的按时完成。
　　3. 把验证性实验变成探索性实验，鼓励学生自己设计实验。
　　尽可能地把演示实验变成学生实验，把验证性实验变成探索性实验，可以提高学生的实验兴趣和技能，也有利于学生掌握物理学科的研究方法，培养学生的创新精神和创新能力。在学生课外小制作、小实验完成时，要及时择优表扬，鼓励越来越多的学生投入到科技实践中去。
　　4. “小组化”实验教学，合理安排实验课程。
　　以往的大班级(多达五六十人)的分组实验教学效果不好，教师难以组织，学生各自动手，实验室里喧闹不堪。各个学校可以结合本校实际，将物理实验与研究性课程结合起来，编制校本课程，既培养了学生的动手能力，又培养了学生的探索性精神。具体地说，可以安排一些演示实验、验证性实验和探索性实验相结合，将实验教学经常化、制度化。比如，可以安排每周一次的实验课，几个教师同时分组进行教学，每组实验的学生人数控制在10―20人(一个教师带二组)，然后轮流做实验。这样安排，有利于师生间的平等探讨，对于发展师生间的情谊，培养科学实验中的探索精神以及活跃课堂里学术讨论气氛大有裨益。
　　
　　结束语
　　
　　在新的高中物理教学大纲中已明确指出：“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，具有不可代替的重要作用。”所以，作为教师首先要转变观念，提高学生的物理实验意识及实践动手能力。学校和教师重视物理实验教学改革，将来的高中物理实验教学工作就会越来越好。

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