加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性分析和對策建議

何文元

加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性分析和對策建議

何文元

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，與物理實驗在科學(xué)研究中的目的不一樣，實驗教學(xué)的目的在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)創(chuàng)造一個基本環(huán)境，使學(xué)生主動獲取物理知識，發(fā)展能力，促進(jìn)科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成。因此，物理教學(xué)應(yīng)該以實驗為基礎(chǔ)。然而，由于各方面的原因，高中物理實驗教學(xué)的效果卻不是很好。本文就從課程標(biāo)準(zhǔn)和物理實驗本身的特點來談加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性，并對如何加強(qiáng)教師這一能力提出對策建議。

一、加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性分析

1.物理實驗的特點及其在物理教學(xué)中的作用

中學(xué)物理教學(xué)必須以實驗為基礎(chǔ)，這是由實驗本身的特點及其在物理教學(xué)中的作用來決定的。(1)實驗?zāi)転閷W(xué)生學(xué)習(xí)物理提供符合認(rèn)識規(guī)律的環(huán)境；(2)實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知愿望；(3)實驗是發(fā)展學(xué)生能力和使學(xué)生得到科學(xué)方法訓(xùn)練的重要途徑；(4)實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的道德素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。正如密立根(Robert Milliken)于1923年獲諾貝爾物理學(xué)獎時所言：“科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實驗。有時一條腿走在前面，有時另一條腿走在前面。但只有使用兩條腿，才能前進(jìn)。在實驗過程中尋找新的關(guān)系，上升為理論，然后再在實踐中加以檢驗?！睆牧硪粋€方面來講，物理實驗是物理教學(xué)的有機(jī)構(gòu)成，是物理教學(xué)的基礎(chǔ)、內(nèi)容、方法和手段。

2.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》對物理實驗提出了更高的要求

課程標(biāo)準(zhǔn)的第三部分給出了12個物理模塊，其內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)提及的實驗達(dá)61處，活動建議中有20處；在第三部分的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)“一、科學(xué)探究及物理實驗?zāi)芰σ蟆敝?，明確提出了對物理實驗?zāi)芰Φ幕疽?；在第四部分實施建議“一、教學(xué)建議”第四條再次強(qiáng)調(diào)實驗的作用；以及在附錄中，專設(shè)了物理實驗專題。可見，課程標(biāo)準(zhǔn)對物理實驗是極其重視的。

3.物理測試增強(qiáng)了實驗內(nèi)容的考評

二、加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的對策建議

1.加強(qiáng)物理實驗操作能力

操作能力包括觀察能力、動手能力、讀數(shù)能力。從狹義上講，“觀察”指在物理實驗中，對過程出現(xiàn)的現(xiàn)象的觀察。做實驗時，肯定要對出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行觀察，并能做出合理的解釋。摩擦力方向?qū)嶒炛?，可以通過觀察長毛刷的長毛彎曲的方向來體會方向是與相對運(yùn)動的方向或相對運(yùn)動的趨勢方向相反。從廣義上講，也指對與物理現(xiàn)象相關(guān)的生活的觀察。物理教學(xué)有一個共識，要求做到從生活走向物理，也要從物理走向生活。課程標(biāo)準(zhǔn)力求貼近學(xué)生生活，通過學(xué)生熟悉的現(xiàn)象揭示物理規(guī)律，并將其應(yīng)用于社會生活的實際，使學(xué)生體會到知識來源于實際，并了解科學(xué)技術(shù)與社會的關(guān)系。譬如，馬路兩邊的人行道往往是用地板磚鋪成的，每當(dāng)雨過天晴時，同一塊地板磚面上四周干得快，而中央表面積大的部分卻干得慢些。還有更普通的，交通燈為什么非得是紅綠燈呢？這些現(xiàn)象都與物理知識有一定的聯(lián)系，可用中學(xué)所學(xué)到的知識進(jìn)行解釋。由此可見，只有在留心生活現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，人的觀察能力才會有提升。正如達(dá)爾文所說“我沒有突出的理解力，也沒有過人的機(jī)智，只是在覺察那些稍縱即逝的事物并對其進(jìn)行精細(xì)觀察的能力上，我可能在眾人之上”。物理學(xué)中的知識都是從物理現(xiàn)象中抽象概括出來的，因此認(rèn)真觀察實驗對學(xué)習(xí)物理而言具有極其重要的意義。

操作能力和讀數(shù)能力可能是物理實驗中最一般的要求了。譬如，在做電學(xué)實驗時，滑動變阻器在正式做實驗前要置于阻值最大端，電表量程的選取，電表的正負(fù)接法等操作要規(guī)范；高中物理除了游標(biāo)卡尺之外，其它的儀器都要估讀，特別是它和螺旋測微器的讀數(shù)是難點。在中學(xué)階段，學(xué)生的操作能力很大程度上是對教師的模仿；教師做不好，當(dāng)然學(xué)生也就不能期望達(dá)到高要求了。因此，教師在操作規(guī)范上來不得半點馬虎，一定要循規(guī)蹈矩；在計數(shù)時，也要做到精確。教師們常說，要準(zhǔn)備一個實驗往往要忙好幾天，而且要課下反復(fù)做好幾遍，就是要做到萬無一失。

2.加強(qiáng)物理實驗分析論證能力

物理實驗的分析論證能力包括數(shù)據(jù)處理能力、分析和解決問題能力、發(fā)現(xiàn)和提出問題能力、探究問題能力等等。對于實驗活動來說，不管是對過程還是結(jié)果甚至是實驗的準(zhǔn)備工作，其分析論證都是不可或缺的。教師不要為了趕進(jìn)度而讓學(xué)生未經(jīng)思考就草率地得出結(jié)論，應(yīng)安排足夠時間讓學(xué)生對各種想法、觀點進(jìn)行必要的充分的歸納總結(jié)。這樣學(xué)生才能根據(jù)實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及其它信息得出規(guī)律或結(jié)論，并引起對物理現(xiàn)象和結(jié)論的反思。教師可以根據(jù)學(xué)生實驗的具體情況加以糾正、指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

物理教師必須要做好物理實驗，并且要加強(qiáng)和提高自己的分析論證能力。如伽利略的理想斜面實驗記載，“讓一個小球沿斜面從靜止?jié)L下來，小球?qū)L上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨取?。長久以來，不少教師都認(rèn)為這種表述是準(zhǔn)確無誤的，顯然沒有從現(xiàn)實情況去分析。有文獻(xiàn)指出，伽利略的理想斜面實驗，其假設(shè)條件不應(yīng)該是“如果沒有摩擦”，而應(yīng)該是“小球只滾不滑，且小球與斜面都為理想剛體”，文中給出了文字說明，從定性方面給出了其原因。而文獻(xiàn)[5]則從對伽利略斜面實驗中的小球進(jìn)行了較詳細(xì)的力學(xué)分析，指明了小球的受力、運(yùn)動狀態(tài)、能量轉(zhuǎn)化，并澄清了相關(guān)的模糊認(rèn)識；同時提出了相應(yīng)的教學(xué)建議。高中階段對物理實驗結(jié)果的分析與處理，很多時候又是跟函數(shù)(往往是函數(shù)的圖像)聯(lián)系起來的。譬如，對電學(xué)實驗結(jié)果的處理，常根據(jù)E=U+Ir(伏安法)，E=IR+Ir(安阻法)或E=U+(U/R)r(伏阻法)經(jīng)過變形函數(shù)關(guān)系式，找到一次函數(shù)或正比例函數(shù)線性關(guān)系式，再由圖像的斜率及截距的物理意義來求得電動勢和內(nèi)阻。所以，教師要從更高的角度加強(qiáng)物理實驗?zāi)芰Φ姆治稣撟C能力，這是教好物理實驗的基礎(chǔ)。

3.加強(qiáng)物理實驗設(shè)計和開發(fā)能力

物理實驗的設(shè)計和開發(fā)能力是指從實驗原理出發(fā)，并聯(lián)系教學(xué)和生活實際，要么對已有的實驗重新利用再改進(jìn)，要么是設(shè)計開發(fā)新實驗，從而同時達(dá)到實驗?zāi)康暮徒虒W(xué)目的。

課程標(biāo)準(zhǔn)和教材所要求的實驗，由于存在這樣或那樣的限制，并不是每個學(xué)校都能做。無論如何，實驗當(dāng)然還是做得好，這就要求教師根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，動腦動手對物理實驗重新設(shè)計甚至開發(fā)新實驗。比如，在講摩擦力的方向時，不管是靜摩擦力，還是滑動摩擦力，可以用雙手及課桌面完成。具體做法是：(1)單手掌按在桌面，往一個方向拖動。當(dāng)手掌保持靜止時，感受桌面對手掌的阻礙作用；當(dāng)手掌滑動時，仍有阻礙作用。(2)兩手掌手心相對，以一掌背和桌面接觸，另一手掌壓住它。當(dāng)處于中間位置的手掌抽出來(注意用力的程度)，感受桌面和上面手掌對它的阻礙作用。還有，在講杠桿的平衡條件時，也可由肢體來體驗。具體做法如下：右肢彎曲，以肘關(guān)節(jié)為軸(支點)，使臂彎成一定角度(約為90o)，手掌展開且手心向上。往手掌添加書本，感受到肌肉緊張的程度。當(dāng)書本往肘關(guān)節(jié)靠近，再感受肌肉緊張程度(力的作用)。雖然這個實驗也有弊端，但這樣做卻可以讓學(xué)生對平衡條件的認(rèn)識有個體驗過程。

[1] 閻金鐸.中學(xué)物理教學(xué)概論[M].北京：高等教育出版社，2003

[2] 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗) [M].北京：人民教育出版社，2003

[3] 張大昌.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗稿)》簡介[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2003，3：26

[4] 陶洪.物理實驗論[M].廣西：廣西教育出版社，1996

[5] 何述平.伽利略斜面實驗的分析[C].第三屆全國物理及其應(yīng)用，2006

[6] 俞紅幟.雞蛋在初中物理實驗中的妙用[J].物理教學(xué)探討，2004，12：31

[7] 嚴(yán)德友.利用日常器具做初中物理實驗的嘗試[J].物理教學(xué)探討，2005，1：10

稿件編號：P1110039

何文元，本科，中教高級，校長。

甘肅省民勤縣第四中學(xué)。

在所見到的近年的高考試卷中，對實驗題目的考查范圍(特別是綜合試卷的實驗題)廣泛，從基本儀器的操作到對實驗結(jié)果的分析，再到實驗的設(shè)計；從分值上看，所占比重也有逐年增加的趨勢。除此之外，很多省級教育部門還規(guī)定了理科生在高考前必須參加物理實驗操作能力的考核。雖然其成績尚不計入總成績，但可作為高校選拔人才時的參考。

綜上所述，不管是物理教學(xué)對實驗的內(nèi)在要求，還是實驗內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)中的進(jìn)一步強(qiáng)化，都對加強(qiáng)實驗教學(xué)提出了更高的要求。作為一名高中物理教師，必須加強(qiáng)物理實驗?zāi)芰?，只有這樣才能切實提高教學(xué)能力，進(jìn)而實現(xiàn)物理教學(xué)的目的。