物理課堂中有效開展實驗教學(xué)的分析與實例探討

董文杰 韋葉平

（江蘇省前黃高級中學(xué)，江蘇 常州 213161）

物理是一門實驗科學(xué)，對教師而言，物理課堂教學(xué)中開展實驗教學(xué)是實現(xiàn)創(chuàng)新教學(xué)、高效課堂的重要途徑，實驗也是一節(jié)好課的有機組成部分.因此，物理教師一致認(rèn)為，一堂優(yōu)質(zhì)課必須有一個創(chuàng)新分組實驗，至少是演示實驗.但是，在日常教學(xué)中，很多教師不能擺脫傳統(tǒng)觀念的約束，利用題海戰(zhàn)術(shù)，以抓高考升學(xué)率為目標(biāo)，以致“講實驗”替代了“做實驗”.殊不知，這只會扼殺學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，有礙于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

1 課堂教學(xué)中物理實驗開展需求情況調(diào)查

1.1 問卷調(diào)查的設(shè)計

為了進(jìn)一步了解學(xué)生對于在物理課堂教學(xué)中開展物理實驗的需求和想法，筆者設(shè)計了一份調(diào)查問卷，面向高一年級近600名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計和分析，其中收回有效問卷531份.筆者在問卷設(shè)計時，有意在其中安排了以下6個特別想要了解并呈遞進(jìn)關(guān)系的問題（見表1），并作了認(rèn)真的統(tǒng)計和分析.

表1

1.2 問卷調(diào)查的結(jié)果與分析

對有效問卷進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如下.

（1）對于課堂教學(xué)中的物理實驗，喜歡教師口頭講實驗和視頻播放實驗的比例分別是0.75%（僅有4人）和4.9%.據(jù)了解，這部分學(xué)生主要是擔(dān)心實驗時間較長，影響學(xué)習(xí)的時間；喜歡教師演示實驗、學(xué)生獨立自主完成實驗和學(xué)生小組合作完成實驗的比例分別是16.4%、17.5%和60.5%.前兩者較為接近，分別是87人和93人，學(xué)生希望通過小組合作完成實驗的意向明顯高，有321人之多.

（2）喜歡驗證性實驗、對比性實驗和探究性實驗的比例較為接近，分別是32.8%、32.2%和35%.驗證性實驗只要按部就班地操作、收集和分析數(shù)據(jù)、驗證物理規(guī)律，容易得出需要的結(jié)論；對比性實驗的實驗現(xiàn)象比較明顯，學(xué)生印象深刻；選擇探究性實驗的人數(shù)相對較多，有186人.此類實驗有挑戰(zhàn)性，學(xué)生通過了解實驗原理、自主設(shè)計實驗步驟、記錄分析數(shù)據(jù)、探究實驗規(guī)律等，全程都由學(xué)生主動參與，收獲更多，教師僅僅作為組織者和引導(dǎo)者.

（3）對于教材中提供的實驗，學(xué)生嘗試從原理改進(jìn)方面提出創(chuàng)新性建議的比例是7.3%；從器材改進(jìn)角度的比例是39.7%；從實驗方法改進(jìn)角度的比例是52.9%.一方面，分析結(jié)果表明學(xué)生堅信教材中實驗原理的正確性，不敢打破設(shè)計好的固定思維；另一方面，可以看出教師在課堂教學(xué)的導(dǎo)向和高考物理實驗考查方法的變革，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的考查，導(dǎo)致教師和學(xué)生在側(cè)重點方面有所偏向.

（4）對于實驗失敗后的表現(xiàn)，主要集中在后兩項，分別是52.2%和29%.沒有學(xué)生選擇第一項，聽教師講實驗，聽懂便行的學(xué)生比例占18.8%.

（5）學(xué)生對于在課堂教學(xué)中開展物理實驗的優(yōu)勢表現(xiàn)出極大的興趣和認(rèn)可，各項選擇的比例均較高（多數(shù)學(xué)生為多選），分別是95.1%、58%、92.8%和78.9%.可見，無論是提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣和積極性，還是培養(yǎng)學(xué)生的解題能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，都應(yīng)該倡導(dǎo)在物理教學(xué)中做好課堂實驗，并且教師可以將一些演示實驗放手變成學(xué)生實驗.

1.3 結(jié)論

教師要能設(shè)計一節(jié)高效、有趣的物理課，在教學(xué)過程中巧妙設(shè)計一個或一系列創(chuàng)新實驗是一條可循的途徑.從學(xué)生角度來看，開展實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展上有著其他教學(xué)手段不可替代的作用.它有利于使學(xué)生養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的研究方法；加強學(xué)生間團隊協(xié)作能力、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的方式等.

但是，筆者觀察到除一些評優(yōu)課中精彩巧妙的實驗經(jīng)常出現(xiàn)，在常態(tài)課中開展實驗教學(xué)還不盡如人意，教師和學(xué)生在某些方面的認(rèn)識上都存在著一些偏差.如教師和學(xué)生有開展實驗教學(xué)的想法但缺少時間保障；學(xué)生樂于開展小組協(xié)作實驗但成了個別學(xué)生的舞臺，部分學(xué)生成了旁觀者；學(xué)生滿足于動手操作但不善于提出問題，反思更少，失去了通過實驗培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的功能……課堂教學(xué)中如何滲透實驗教學(xué)并發(fā)揮實驗教學(xué)的功能，值得我們深思.這就需要教師不僅要注重知識與技能的傳授，更要突出過程與方法的引導(dǎo)，還要使學(xué)生樹立正確的情感、態(tài)度和價值觀，從而使課堂教學(xué)更加有效，體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)下的三維目標(biāo).

2 課堂教學(xué)中有效開展物理實驗的教學(xué)策略

只要讓學(xué)生動手實驗便能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力；只有精彩實驗足夠多，物理課堂才生動有趣，教學(xué)效果才好等，這是教師認(rèn)識的誤區(qū).物理課堂教學(xué)中，要恰到好處地安排實驗，實驗要發(fā)揮為課堂教學(xué)服務(wù)的功能，否則事倍功半.筆者認(rèn)為，其中也是有章可循的.

2.1 做好實驗，更要充分利用好實驗結(jié)果

圖1

常態(tài)課教學(xué)中設(shè)計的實驗，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解實驗方案、設(shè)計思路和研究方法，讓學(xué)生多觀察、多思考、多討論.學(xué)生在探究中得出結(jié)論才能真正提高實驗探究能力，達(dá)到實驗的目的.如探究作曲線運動的條件時，筆者做了如圖1所示的實驗.沒有強磁鐵的情況下，小球沿軌道滑下在水平面上作直線運動；放了如圖所示的強磁鐵后，鐵球運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并記下其軌跡，最后分析得出結(jié)論.但筆者并沒有到此為止，而是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：是否可以建立恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，研究曲線運動過程中的一些物理量，順其自然地過渡到研究曲線運動的方法中去，學(xué)生更容易接受和理解知識，這才是這個實驗的閃光之處.

2.2 透視物理實驗考查方向，談?wù)n堂教學(xué)中物理實驗的教學(xué)策略

隨著新課程改革的不斷深入，高考物理實驗的考查特別注重立足教材，依據(jù)考試說明的要求在實驗方案的設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、實驗結(jié)論的分析和評價等方面進(jìn)行創(chuàng)新.近年，筆者一直關(guān)注高考物理創(chuàng)新實驗試題所反饋的信息.近年物理高考創(chuàng)新實驗具有兩大特點.

（1）實驗素材取于實驗室的基本儀器.實驗原理源于教材及考試說明規(guī)定的實驗，實驗條件和方法適當(dāng)變化，要求學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、找出異同、解決問題，培養(yǎng)其探究精神和創(chuàng)新能力.

（2）以生活現(xiàn)象、社會實際、新科技應(yīng)用為背景，考查學(xué)生用已學(xué)過的實驗原理、研究方法解決教材未涉及的創(chuàng)新型實驗，讓學(xué)生了解科技前沿，考查學(xué)生從理論到實際的應(yīng)用創(chuàng)新能力.

由此可看出課堂教學(xué)中可采取如下教學(xué)策略.

（1）以教材基礎(chǔ)實驗為原型進(jìn)行拓展創(chuàng)新是創(chuàng)新實驗教學(xué)的前提.必須理解和掌握教材和考試說明上要求的基本實驗，為學(xué)生實驗創(chuàng)新思維的發(fā)展夯實基礎(chǔ)，從而適當(dāng)拓展創(chuàng)新.如熟練基本儀器的操作和使用基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展；掌握基本實驗的原理、方法、步驟、數(shù)據(jù)處理、評價等基礎(chǔ)上改造創(chuàng)新；掌握與中學(xué)物理實驗相關(guān)的基本物理規(guī)律前提下對物理實驗進(jìn)行創(chuàng)新探究.

（2）以學(xué)生動手實驗為基礎(chǔ)，突出在實驗探究教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維.擺脫紙上實驗的現(xiàn)狀，讓學(xué)生親自動手實驗并真正理解和掌握.這樣對于考試中新情境、開放性的實驗問題，也能嘗試改進(jìn)和完善實驗方案，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并解決問題的探究能力.因為其實質(zhì)往往都是對基本實驗原理、方法的遷移和靈活運用.教師在教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生多角度、多方位思考問題的思維方式，逐步形成獨特新穎、靈活多樣的思維品質(zhì).

2.3 利用信息技術(shù)輔助實驗教學(xué)，拓展數(shù)字化實驗系統(tǒng)的探究功能，優(yōu)化課堂教學(xué)效率

將信息技術(shù)與物理實驗有效結(jié)合，是物理實驗現(xiàn)代化的發(fā)展方向之一.信息技術(shù)在計算機實時測量、獲取實驗數(shù)據(jù)、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果等方面具有獨特的優(yōu)勢.在常規(guī)實驗的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的“數(shù)字化實驗系統(tǒng)”的構(gòu)成如圖2.

圖2

筆者在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”一課教學(xué)時，對人教版《物理》必修1第73頁提供的兩個參考案例作定性分析的基礎(chǔ)上設(shè)計了圖3所示的演示實驗.在正確安裝實驗裝置（如平衡摩擦力；使桶和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量等）的前提下，利用光電門傳感器測出遮光片經(jīng)過光電門的時間，并記錄數(shù)據(jù).

圖3

評析：教材提供的參考案例1，實驗時較難控制，誤差較大；參考案例2利用打點計時器測量計算小車運動的加速度，數(shù)據(jù)記錄和計算過程較繁瑣，且很難清晰、完整地展現(xiàn)3個物理量之間的關(guān)系.筆者設(shè)計的這個實驗有以下優(yōu)點.

（1）改變教材中參考案例1“用比較法定性探究加速度與力的關(guān)系”為定量探究，具體直觀，更具有說服力.

（2）數(shù)字化實驗系統(tǒng)結(jié)合Excel的數(shù)據(jù)處理與制圖等功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、記錄和分析同步進(jìn)行，師生可以從數(shù)據(jù)讀取、記錄、公式運算和圖線描繪等繁瑣的簡單勞動中解放出來.

表2

圖4

（3）設(shè)計Excel表格（表2），編輯公式從而在記錄實驗數(shù)據(jù)的同時，得出加速度的大小.再利用Excel表格的制圖功能，作a－F的圖像，如圖4.容易看出加速度與力成正比，且誤差較小，效果明顯.同理，改變小車的質(zhì)量，容易發(fā)現(xiàn)加速度與質(zhì)量成反比，即，簡捷方便.（4）讓學(xué)生體會現(xiàn)代教育技術(shù)對科學(xué)研究的巨大作用，培養(yǎng)學(xué)生探究、創(chuàng)新能力和熱愛科學(xué)的精神.

3 結(jié)束語

物理課堂教學(xué)中的經(jīng)典實驗，只要巧妙設(shè)計與課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成有機結(jié)合，便能發(fā)揮實驗的功能優(yōu)勢.筆者倡導(dǎo)利用身邊的物品或?qū)嶒炇液唵我兹〉钠鞑拈_發(fā)物理實驗，也能夠具有現(xiàn)象新奇、有趣、有效的特點，對學(xué)生掌握概念、拓展知識、培養(yǎng)動手能力、拉近師生間的距離有重要功效.教師在設(shè)計實驗的過程中，也拓展了實驗探究的視野，豐富了教學(xué)資源，真正體現(xiàn)從生活到物理、從物理到社會的理念，打破了物理的神秘感.因此，教師要合理地設(shè)計和利用好實驗，使課堂教學(xué)生動活潑且豐滿有效.

1 韋葉平.高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實驗的設(shè)計與實踐的研究，物理實驗，2012（3）.