開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)資源，提升課堂教學(xué)效果

■天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 謝 靜

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課堂教學(xué)的重要基礎(chǔ)、內(nèi)容、方法和手段，也是學(xué)生能力培養(yǎng)的主要途徑。如何通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，創(chuàng)設(shè)有效學(xué)習(xí)環(huán)境，提升課堂實(shí)效性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)用知識(shí)的能力，正是物理教師們努力研究的方向。

一、改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)策略

在物理課堂教學(xué)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通常具有代表性和典型性，是學(xué)生認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的感性基礎(chǔ)，是學(xué)生加深理解物理概念的重要環(huán)節(jié)，也是提高學(xué)生興趣、啟發(fā)學(xué)生積極思維的重要手段。隨著時(shí)代的進(jìn)步，不少實(shí)驗(yàn)由于自身的一些瑕疵在教學(xué)中慢慢被舍棄了。但是作為具有創(chuàng)新精神的教師，只需要對(duì)其稍加改進(jìn)，就能讓它們?cè)俅螣òl(fā)出勃勃生機(jī)。

1.對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法、裝置的改進(jìn)

在一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，存在著實(shí)驗(yàn)方法過于單一、實(shí)驗(yàn)裝置比較復(fù)雜等缺點(diǎn)，造成學(xué)生們對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有興趣，或者在操作時(shí)容易出現(xiàn)問題。教師可以根據(jù)實(shí)際情況，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置，以達(dá)到引起學(xué)生興趣、提升實(shí)驗(yàn)效果等教學(xué)目的。例如，在“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”這一實(shí)驗(yàn)中，教師可以將教科書中設(shè)定的電源——干電池?fù)Q成水果電池或者飲料電池，讓學(xué)生自行攜帶各種水果和飲料來(lái)到課堂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。又如，在“自感現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，我們可以在電路中使用二極管，將其和小燈泡串聯(lián)，有利于判斷感應(yīng)電流的方向。這樣的小小改動(dòng)，一來(lái)可以迅速提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，二來(lái)實(shí)驗(yàn)效果更顯著，便于幫助學(xué)生理解知識(shí)，同時(shí)還可以促使學(xué)生形成初步的探究與創(chuàng)新精神。

2.對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的靈活補(bǔ)充

典型的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生觀察到很多經(jīng)典的物理現(xiàn)象，教師只需在此基礎(chǔ)上稍加拓展，就可以使學(xué)生進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律。例如，在進(jìn)行教科書中“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”一節(jié)的演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師就可以對(duì)紅蠟塊的運(yùn)動(dòng)方式作一些補(bǔ)充，變“勻速”為“加速”或“減速”，變“上升”為“下降”，從而使學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成有更深入的認(rèn)識(shí)。

3.對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降目茖W(xué)選擇

隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備的普及和科學(xué)技術(shù)水平的提高，教師可以將從前的演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為分組實(shí)驗(yàn)，讓每一個(gè)學(xué)生都參與到活動(dòng)中來(lái)，從原來(lái)的觀察者變?yōu)楝F(xiàn)在的參與者，真正成為課堂的主人。教師還可以將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為探究性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

二、開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，輔助課堂教學(xué)

1.開發(fā)多種演示實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

很多學(xué)生感到物理難學(xué)，原因之一就是物理教學(xué)中缺乏實(shí)驗(yàn)。那么作為教師，就必須研究教科書中哪些地方是學(xué)生感到抽象、容易混淆、接受困難的，然后結(jié)合實(shí)際，努力開發(fā)一些直觀的實(shí)驗(yàn)。如，在學(xué)習(xí)“力的分解”時(shí)，我們可以在橡皮筋的中間掛一小重物，橡皮筋的兩端分別連著兩個(gè)小環(huán)，將兩環(huán)穿在一直桿上。先移動(dòng)兩環(huán)使兩段橡皮筋的夾角為0，然后將兩環(huán)向外側(cè)移動(dòng)，使兩段橡皮筋的夾角逐漸增大，便可以觀察到橡皮筋的長(zhǎng)度明顯變長(zhǎng)。這些簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生輕而易舉地理解和掌握所學(xué)的知識(shí)。

2.開發(fā)重點(diǎn)探究實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生能力

新課程注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，而能力培養(yǎng)很重要的組成部分便是提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、運(yùn)用和綜合能力。而探究實(shí)驗(yàn)正是提升學(xué)生全方面能力的最好載體。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)所蘊(yùn)含的教育功能非常豐富。在整個(gè)探究過程中，從發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想，到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、分析論證、得出結(jié)論的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過學(xué)生在組內(nèi)或組間的交流與合作，使得每個(gè)學(xué)生都能發(fā)揮出自己的優(yōu)勢(shì)。探究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅使學(xué)生能夠深刻理解、牢固地掌握知識(shí)，更重要的是由于突出了發(fā)現(xiàn)知識(shí)的探究過程，使學(xué)生掌握了科學(xué)探究的方法，激勵(lì)了學(xué)生主動(dòng)探究的精神，提高了學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，體現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)發(fā)展。

需要注意的是，探究性實(shí)驗(yàn)發(fā)端于探究者的問題意識(shí)，教師開發(fā)的實(shí)驗(yàn)課題不能漫無(wú)目的、鋪天蓋地，應(yīng)該集中于學(xué)生認(rèn)知沖突最明顯之處，使問題具有典型性和代表性，并且通過創(chuàng)設(shè)情景，使研究課題在學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，絕不能以任務(wù)的形式硬塞給學(xué)生。

三、利用信息技術(shù)，豐富教學(xué)手段

中學(xué)教學(xué)的理念和教學(xué)手段具有鮮明的時(shí)代性?？萍嫉陌l(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步一定會(huì)在教學(xué)中得到體現(xiàn)。隨著信息技術(shù)在教育教學(xué)中的開發(fā)應(yīng)用，通過信息技術(shù)和課程的整合，把各種教學(xué)資源、各個(gè)教學(xué)要素和教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行組合，促進(jìn)教學(xué)模式的根本變革，已經(jīng)成為一個(gè)重要課題。多媒體技術(shù)輔助教學(xué)作為現(xiàn)代化的電教手段之一，在物理課堂教學(xué)中應(yīng)用廣泛。它具有很多優(yōu)點(diǎn)：如形象直觀、視聽結(jié)合、動(dòng)靜結(jié)合、操作方便、節(jié)省時(shí)間、信息量大、彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)條件的局限性，等等。利用多媒體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以將聲音、文字、圖像等信息集于一體，在不同的界面上組合，使學(xué)生能多角度地理解與掌握相關(guān)的內(nèi)容，從而優(yōu)化課堂教學(xué)。對(duì)于一些難以操作或現(xiàn)實(shí)中不可能直接操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，往往可以借助多媒體來(lái)完成。以高一物理“平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，由于演示實(shí)驗(yàn)幾乎是在瞬間完成的，學(xué)生對(duì)于運(yùn)動(dòng)的分解觀察不清，理解起來(lái)比較困難。而如果在演示實(shí)驗(yàn)后，借助多媒體通過三維動(dòng)畫形式，將平拋過程模擬出來(lái)，并且控制動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)換動(dòng)畫的觀察角度，使平拋運(yùn)動(dòng)完整、清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，從而將難點(diǎn)簡(jiǎn)單化，抽象問題形象化。又如，“波的干涉”一節(jié)中，教科書中僅僅將干涉現(xiàn)象做了概念的描述，很難讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)領(lǐng)會(huì)其本質(zhì)。這時(shí)我們就可以利用計(jì)算機(jī)的發(fā)聲裝置制造出頻率相同的聲波，讓學(xué)生切身體會(huì)到聲波的干涉特點(diǎn)。通過信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)的整合，可以突破常規(guī)儀器和實(shí)驗(yàn)條件的局限性，將不可見變?yōu)榭梢?，不可為變?yōu)榭蔀椋兾⒂^為宏觀，變復(fù)雜為簡(jiǎn)單，變抽象為形象，還可以從聽覺、視覺等多方面全方位刺激學(xué)生的感官，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的印象，提高課堂教學(xué)效果。

四、使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)室，拓展教學(xué)空間

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一個(gè)開放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將傳感器和計(jì)算機(jī)組成多功能的測(cè)量系統(tǒng)，能夠獨(dú)立地或與傳統(tǒng)儀器結(jié)合起來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，快速、高精度、實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和處理。這是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室具有的比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室更明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.利用實(shí)時(shí)采集功能，將物理規(guī)律直觀化

許多物理實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行時(shí)，由于常規(guī)儀器的制約，我們往往不能迅速、連續(xù)、準(zhǔn)確地得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而借助傳感器的實(shí)時(shí)采集功能，則可以將數(shù)據(jù)通過圖表的方式同步呈現(xiàn)在眼前，便于學(xué)生對(duì)其進(jìn)行比較和分析，進(jìn)而掌握本質(zhì)規(guī)律。例如在進(jìn)行“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”一節(jié)的教學(xué)時(shí)，我們可以利用一個(gè)力的傳感器和一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，同時(shí)采集彈簧振子的位移、速度、加速度、回復(fù)力隨時(shí)間的變化關(guān)系，與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同步呈現(xiàn)在學(xué)生面前，其規(guī)律不言自明。又如在講授相互作用力的內(nèi)容時(shí)，教師可以借助兩個(gè)力學(xué)傳感器完成相互作用力的特征演示，學(xué)生通過觀察圖樣，不僅可以直觀地發(fā)現(xiàn)相互作用力等大、反向的規(guī)律，而且進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了時(shí)刻相等、同時(shí)變化的特點(diǎn)。2.利用高精度功能，將瞬間現(xiàn)象明晰化

很多物理現(xiàn)象往往是在瞬間完成的，普通的測(cè)量?jī)x器幾乎不可能進(jìn)行精確的測(cè)量，而僅僅通過理論上的分析，又無(wú)法完全讓學(xué)生信服。比如在講授“摩擦力”一節(jié)時(shí)，學(xué)生們可以通過實(shí)驗(yàn)觀察得出靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的影響因素，但是由靜止到運(yùn)動(dòng)的瞬間，摩擦力究竟有沒有發(fā)生變化，發(fā)生了何種變化，就無(wú)法通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示了。這時(shí)，傳感器的高精度功能就有了用武之地。我們可以通過它采集到摩擦力突變的過程，形成圖樣，讓學(xué)生一目了然。

3.利用數(shù)據(jù)處理功能，將物理規(guī)律明朗化

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的得出和物理規(guī)律的呈現(xiàn)之間往往還隔著很大的距離。尤其是在進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，面對(duì)著大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限的課堂時(shí)間，如何迅速有效地找到數(shù)據(jù)間的聯(lián)系就成了關(guān)鍵。利用傳感器，我們可以將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種擬合，不僅能夠迅速得到數(shù)據(jù)遵從的規(guī)律，而且能同時(shí)顯示誤差分析，一舉兩得。

此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室還能完成教師和學(xué)生自行設(shè)計(jì)的很多實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生真正經(jīng)歷提出問題、建立模型、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、合作交流的科學(xué)探索過程，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、動(dòng)手能力、探究精神都得到極大提高。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高物理教學(xué)質(zhì)量、完善物理教學(xué)結(jié)構(gòu)、推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展的重要一環(huán)。只有充分挖掘?qū)嶒?yàn)資源，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的顯著作用，才能使我們的教學(xué)更加生動(dòng)、具體，內(nèi)容更加豐富、充實(shí)，使課堂教學(xué)更加有效。