走向開放的物理實驗教學

陳魯明

開放式實驗教學是以學生為中心。學生獨立制定方案，自主選擇時間、實驗室等進行實驗的教學方法。它與常規(guī)實驗教學的最大區(qū)別不僅在時間和空間上，而且在實驗內(nèi)容和儀器使用等方面都提供充分的開放，讓學生在實驗過程中充分發(fā)揮想象力和主觀能動性，獨立完成實驗，使實驗活動成為一種積極主動探索的過程，使學生自主學習能力、探究能力和創(chuàng)新能力得到有效的提高。

1物理實驗教學走向開放的必要性

常規(guī)意義上的實驗教學至少存在以下幾方面的缺陷。

1.1缺乏探索性

常規(guī)的物理實驗教學，從實驗原理、實驗設計、實驗儀器、實驗的操作、一直到實驗數(shù)據(jù)的處理方法，都是書上現(xiàn)成給出的，它不需要學生為了解決問題自己去設計研究方案，選擇研究所需的儀器設備，確定研究的具體步驟與方法。學生體會不到實驗的探索性，更不用說挑戰(zhàn)性。

1.2缺乏自主性

常規(guī)的物理實驗教學，強調(diào)實驗的規(guī)范性。實驗設計、實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗報告，等等，都要統(tǒng)一規(guī)范，其結果是學生的自主性和主動性被扼殺了。

1.3缺乏開放性

常規(guī)的物理實驗教學。無論是內(nèi)容、方法還是組織形式，都過于封閉。從實驗內(nèi)容來看，常規(guī)實驗的內(nèi)容過于單一，只要完成既定的任務即可，缺乏開放性；從實驗方法來看，實際上是一種對固定程式的模仿，缺乏開放性；從組織形式看，任何一個實驗，基本上在一節(jié)實驗課內(nèi)完成，很少有教師會組織學生對自己在實驗過程中感興趣的問題再進一步實驗和研究，更不可能讓學生根據(jù)自己的興趣愛好自由支配和安排實驗的時間，因此實驗的組織形式實際上也缺乏開放性。

1.4缺乏實踐性

常規(guī)的物理實驗教學。實驗研究的對象要么本身就是比較清晰簡潔的，要么已經(jīng)作了純化和簡化處理，因而在實驗研究過程中不再需要對研究對象進行分析判斷，對于經(jīng)過純化和簡化處理后建立起必要的實驗模型這一關鍵性的工作缺乏實踐性，對提高學生解決實際問題的能力幫助不大。

2物理實驗教學走向開放的六條途徑

2.1實驗設計的開放

實驗設計的開放，是開放式實驗教學的首要環(huán)節(jié)。在中學實驗室所具有的儀器范圍內(nèi)，實驗的方法可以有許多種，因此我們完全可以開放實驗的設計方法，讓學生自己來設計實驗方案，具體的操作可以這樣：①學生進實驗室了解實驗室能提供的儀器；②根據(jù)實驗室提供的實驗儀器情況設計方案，選擇儀器；③根據(jù)自己設計的方案確定實驗步驟。完成實驗。

如“研究平拋物體的運動”，教材中使用的儀器非常簡陋：一塊木板、一張白紙、一塊帶缺口的鐵片、一個小鐵球加一支鉛筆就是實驗的全部儀器。從實驗的設計思想來看，當然是可取的，但實驗教學的能力培養(yǎng)應該是多元的，因此，我們可以鼓勵學生用其它的儀器來研究這個問題。我們可以用數(shù)碼攝像機和計算機配合起來進行研究，這樣可以讓學生熟悉數(shù)碼攝像機的使用、怎樣把數(shù)碼攝像機和計算機連接起來、怎樣利用計算機進行數(shù)據(jù)處理等。很明顯，在這樣的過程中，實驗的研究方法才能呈現(xiàn)出多樣性，研究的氛圍也會顯得更加濃厚。學生可以學會很多在常規(guī)實驗方法中學不到的技術。

2.2實驗內(nèi)容的開放

實驗內(nèi)容的開放，我們主要從下面三方面展開。

2.2.1拓展延伸實驗的內(nèi)容

把實驗的內(nèi)容進行拓展和引伸，是使實驗更具有探索性的有效方法。因為引伸和拓展的內(nèi)容相對來說自主性更強，需要學生獨立完成。

如“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗，教材的要求只要根據(jù)給定的電路和儀器畫出小燈泡的伏安特性曲線即可。如果實驗只是到此為至，那么我們認為無論是實驗的內(nèi)容還是實驗的探索意義都顯得狹隘了一些，為此我們可以進一步給出下列任務讓學生來完成：①給出一段電爐的電阻絲，通過實驗畫出它的伏安特性曲線；②給出一定量的食鹽水，通過實驗畫出液體導電時的伏安特性曲線。

很顯然，當我們把實驗的內(nèi)容進行引伸拓展，實驗的探索意義會明顯增強。

2.2.2遷移實驗的方法用以解決新的問題

當教材中規(guī)定的物理實驗完成之后，若能將實驗中所用到的研究方法通過遷移用以解決新的實際問題，這樣的物理實驗能營造出一個十分濃厚的探索氛圍。

如“測量平行玻璃磚的折射率”這一實驗，由于教材對實驗的設計和具體的操作方法都已交待清楚，一般的學生都能按部就班地完成。但如果實驗就此結束，無論是對學生探索能力的培養(yǎng)還是研究思想的體驗都是欠缺的。為此我們可以把實驗的研究思想進行遷移，提出一些新的課題來讓學生進行探索和研究：①給出一塊三棱鏡，請測出棱鏡玻璃的折射率；②給出一塊半圓柱形玻璃磚，要求測出玻璃磚的折射率。

2.2.3拓展課后小實驗拉近物理實驗與生產(chǎn)生活的距離

課后小實驗從原理的設計、材料和儀器的選用、實驗的操作都是學生自主進行的，因此對學生的自主探索能力的培養(yǎng)有著極大的意義，同時課后小實驗所用的大部分知識與學生在課堂上所學的知識有著密切的聯(lián)系，因此它既是理論聯(lián)系實際的一種有效方式。又十分有利于學生對所學知識的理解和鞏固。

如學習了電容器的知識后，我們可以布置下面的課外小實驗：①自制一個平行板電容器，研究平行板電容器電容與哪些因素有關；②通過實驗說明增大和減小電容器電容的方法；③在上面兩點實驗要求的基礎上，我們進一步做如下拓展：根據(jù)電容器電容變化的特點，請你制作一個簡單的電容傳感器，將不便于測量的非電物理量轉(zhuǎn)化成電學物理量；④設計一個怎樣將機械秤改為電子秤的方法。

3實驗組織的開放

3.1允許學生有自由支配實驗的時間

對于學習能力強，實驗興趣高的學生，只要他們具備了進行實驗所必須的基本知識，我們應該允許學生提前進行實驗，這樣做我們認為至少有三個好處：一是增加實驗的自主性；二是提前實驗預習培養(yǎng)學生的自學能力；三是增加學生的實驗時間，使他們進行更深層次的研究和探索。對于學習能力相對弱一些的學生，在弄清了實驗的目的、原理等必要的準備工作之后再進行實驗，在規(guī)定的實驗時間完成不了的，允許在課后繼續(xù)進行。

3.2允許學生完成不同層次的實驗

由于學生之間存在個體差異，對于學習能力較強的學生，可以要求他們用不同與教材提供的方法來進行實驗，在完成了教材所要求的任務之后進一步拓展。使實驗的內(nèi)容更加豐富，研究的方法更加具有探索性。

4實驗過程的開放

對于演示實驗，學生本來是一個“旁觀者”，實驗儀器的選擇和實驗方案的確定都是現(xiàn)成的或者是教師設計的。但如果把這個任務交給學生，將會成為學生一個非常好的鍛煉機會。

如探索自感現(xiàn)象，如果學生只是觀察一下課本中的演示實驗，然后通過理論上分析得出自感的概念。這樣自感的概念是建立起來了，但這樣的知識對實踐的指導作用不會很大。因為學生對研究自感現(xiàn)象的方法究竟有哪些，什么樣的線圈能產(chǎn)生明顯的自感現(xiàn)象，用什么方法、什么儀器能

觀察到這種現(xiàn)象等實際問題以及相關的方法性知識將會一無所知。但如果讓實驗過程開放，讓學生直接參與實驗的設計和操作，這不但提高了學生的實踐能力，而且可使學生獲得了大量的直接經(jīng)驗。雖然學生設計的實驗方案可能不是最佳的方案，甚至可能還帶有明顯的缺陷。但這完全可以通過學生在自己動手實踐的過程中逐漸認識和加以改進。一旦我們把實驗的主動權還給學生，積極性和創(chuàng)造性就會得到充分發(fā)揮。

5實驗結論的開放

教材中的每一個實驗都有明確的結論，而且，實驗的結論往往是唯一的。在實驗教學中學生會遇封很多問題，特別是遇到一些與教材中的實驗結論不相符的現(xiàn)象。面對這些問題，教師往往習慣依據(jù)實驗原理，從理論一一進行分析，排除其他情況，根據(jù)教材給出現(xiàn)成的正確結論，這樣不利于學生思維能力的培養(yǎng)。從開放實驗教學要求出發(fā)，我們積極探索對實驗過程、步驟、現(xiàn)象、方法等問題的開放式教學。教會學生敢問、善問。特別是敢于對教材中的實驗結論的質(zhì)疑。組織實驗教學時，注重激發(fā)學生問的興趣，教給學生問的方法，培養(yǎng)學生問的意識，開掘?qū)W生問的潛能，創(chuàng)造學生敢問的環(huán)境。鼓勵學生多問，師生多議、多辯。讓學生在自由的辨析中得出實驗結論，深刻理解物理學知識。

6實驗評價的開放

開放式實驗教學對實驗的評價，應是“重過程，輕結果”，不能簡單地依據(jù)實驗的結果，用肯定或否定兩種方式來進行評價。而應從下面幾個方面來進行綜合評價。

6.1實驗的情感與態(tài)度

在實驗過程中的情感與態(tài)度，包括兩個方面：一是對實驗的興趣，二是對實驗的投入。不論學生的研究結果如何，只要學生在研究的過程中對實驗充滿著熱情，并能做到嚴肅認真、一絲不茍，我們都應該給以高度的評價。

6.2實驗的思想與創(chuàng)意

對于中學生而言，要想他們在實驗的過程中有大的創(chuàng)新和突破是不太現(xiàn)實的，因此對學生來說只要在某些方面設計比較巧妙或者有一定的新意，我們都必須給予鼓勵和表揚。

如在設計電磁振蕩演示實驗時，電容器要不斷地交替進行充放電，因此需要一個能持續(xù)工作的單刀雙擲開關，這個開關的選擇也正是本實驗的難點，有的學生選用了電磁打點計時器并稍加改裝，十分完滿地解決了這一難題，設計可謂巧妙。

6.3實驗的務實性

實驗務實性主要是指學生所設計的實驗是否與實際問題的需要相一致。在解決真實的實際問題中，無論是對實驗精確度的要求，還是實驗方法的應用都是有所不同的。因此實驗設計必須與現(xiàn)實的情況相匹配。我們認為這一點是以后解決實際問題所必須要考慮的首要問題。

6.4實驗的能力訓練度

一個實驗無論是成功的還是失敗的，是完成了還是沒有完成，都不是評價的主要指標，關鍵是看學生在實驗的過程中各種能力有否得到了充分的訓練。一個失敗的實驗不等于一個沒有價值的實驗，如果實驗雖然失敗了。但在實驗的過程中學生獲得了很多正反兩方面的教訓，從而明白了在解決實際問題時什么樣是可行的。什么樣是不可行的。那么實驗的教學功能仍然是具備的，或許它的意義更大。