新課程改革對高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響＊

陳連余

（南京市金陵中學(xué)，江蘇 南京 210005）

1 引言

物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、觀察能力、分析能力的重要載體，也是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維不可或缺的重要途徑.2004年秋季實(shí)行的高中新課程改革，給高中物理教學(xué)帶來新的理念，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了勃勃生機(jī)，促進(jìn)了中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革.無論實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式架構(gòu)還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能定位上，廣大物理教師充分地發(fā)揮改革創(chuàng)新的積極性和創(chuàng)造性，無限創(chuàng)意帶來無限精彩，實(shí)驗(yàn)教學(xué)精彩紛呈.本文從積極變化和存在問題兩個方面來探討.

2 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的積極變化

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念得到轉(zhuǎn)變

這種轉(zhuǎn)變表現(xiàn)在3個方面：其一，教學(xué)中心發(fā)生轉(zhuǎn)變.實(shí)驗(yàn)教學(xué)由“教”的中心向“學(xué)”的中心轉(zhuǎn)變.以分組實(shí)驗(yàn)課為例，在傳統(tǒng)課堂上教師會詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，講清實(shí)驗(yàn)步驟，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，最后把所剩無幾的時間留給學(xué)生動手實(shí)驗(yàn).實(shí)行新課改之后，從教材角度看，給定的實(shí)驗(yàn)器材少了.給出的操作步驟少了，有些只給出實(shí)驗(yàn)的適當(dāng)提示和需要注意的問題，制定實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)記錄表格、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基本上由學(xué)生完成.教師簡明扼要地講清實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，把多數(shù)時間留給學(xué)生自己實(shí)驗(yàn).當(dāng)學(xué)生遇到困難時，教師則會予以指導(dǎo)或幫助.教師是活動的組織者、參與者.其二，教學(xué)重點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)變.由重結(jié)果輕過程轉(zhuǎn)向過程與結(jié)果并重.實(shí)驗(yàn)結(jié)果固然重要，但實(shí)驗(yàn)的操作過程也很重要，有時候可能甚至比結(jié)果更重要.實(shí)驗(yàn)是一種操作過程，在操作過程中難免會有“意外”.這種“意外”的出現(xiàn)，既提高了實(shí)驗(yàn)的趣味性，激發(fā)學(xué)生動手動腦的積極性，又提高了認(rèn)知的深刻性.其三，教學(xué)地位發(fā)生轉(zhuǎn)變.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種輔助教學(xué)手段，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是物理教學(xué)的一種重要物證手段.缺乏物證，我們的教學(xué)就會空洞乏力，也乏味兒.實(shí)驗(yàn)出彩是優(yōu)質(zhì)物理課的必需，已經(jīng)成為教師們的共識.一節(jié)優(yōu)質(zhì)物理課中一定有精彩的物理實(shí)驗(yàn).若干年后，這節(jié)課可以會被遺忘，但是課堂的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)還會被人津津樂道.

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能得到拓展

新課程理念調(diào)動了教師的積極性和創(chuàng)造性，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的研究性實(shí)驗(yàn)、測量性實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出了實(shí)驗(yàn)的許多新型功能，如用于課堂引入的引入性實(shí)驗(yàn)、用于探究手段的探究性實(shí)驗(yàn)、用于知識建構(gòu)的建構(gòu)性實(shí)驗(yàn)、用于質(zhì)疑佐證的質(zhì)疑性實(shí)驗(yàn)等.

圖1

例如，用實(shí)驗(yàn)可以完成運(yùn)動分解思想的建構(gòu).“一個曲線運(yùn)動可以是由兩個直線分運(yùn)動組成”的思想是教學(xué)重點(diǎn)，也是教學(xué)難點(diǎn).為了讓學(xué)生認(rèn)識到運(yùn)動是可以分解的，有的教師設(shè)計(jì)出下面的課堂分組實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)器材鉛筆、直尺、三角板、白紙等.實(shí)驗(yàn)任務(wù)：兩個學(xué)生合作，共做實(shí)驗(yàn).如圖1所示，在桌面上鋪放白紙，將直尺在課桌上平放、固定，將三角板放在桌面上，其中的一條邊抵在直尺上，鉛筆筆尖抵在三角板的另一條邊上.將三角板貼著直尺右移，同時讓鉛筆筆尖沿著直角邊上移，沿三角板的一邊畫線.觀察筆尖在白紙上留下的軌跡.嘗試讓筆尖在紙上畫出直線.在課堂上無論學(xué)生怎樣努力，筆尖在紙上留下了的軌跡總是彎曲的.學(xué)生很是納悶，三角板貼著直尺的移動路徑為直線，筆尖貼著直角邊的移動路徑也是直線，而得到的筆尖運(yùn)動的軌跡竟然會是曲線.這就說明筆尖的曲線運(yùn)動由兩個直線運(yùn)動組成.經(jīng)過實(shí)實(shí)在在的過程體驗(yàn)，運(yùn)動分解的思想牢靠地印刻在學(xué)生頭腦中.

教師帶著精心準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)走進(jìn)課堂，既活躍了課堂，又培養(yǎng)了學(xué)生的動手動腦能力，還提升了學(xué)生的思維品質(zhì).

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)品質(zhì)得到提升

一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)器材的局限、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集困難、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度不高等諸多因素的影響，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不太理想.隨著DIS實(shí)驗(yàn)的普及，輔以Excel工作表格處理數(shù)據(jù)，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分清晰.如在“探究影響導(dǎo)體電阻的因素”實(shí)驗(yàn)中可以描繪出圖2、圖3兩組圖線.

圖2

圖3

2005年秋季江蘇省青年教師優(yōu)質(zhì)課比賽課題就是這個實(shí)驗(yàn).某教師通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)，畫出了圖線.課后，幾位聽課教師忍不住要問，圖線是真的還是假的，因?yàn)閳D線作得太漂亮了，以致于讓人懷疑圖像的真實(shí)性.毫無疑問，清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成.

著名特級教師吳加澍提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“三問”：讓學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，這個實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣做？——知其然；這個實(shí)驗(yàn)為什么這樣做？——知其所以然；這個實(shí)驗(yàn)還可以怎樣做？——知其所盡然.換言之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要有熱鬧的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更要有深刻的本質(zhì)思考.例如，“探究變壓器的輸出電壓與副線圈匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn).給原線圈輸入電壓22V，在副線圈上接入200匝，并聯(lián)一盞“220V，40W”的大燈泡，此時燈泡亮度很低，燈絲僅僅發(fā)紅.給副線圈改接800匝，重新實(shí)驗(yàn)，燈泡正常發(fā)光.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明副線圈的電壓隨著匝數(shù)的增多而升高.再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在副線圈上換接一只小燈泡.此時，把輸入電壓降為4.2V，副線圈接200匝，小燈泡正常發(fā)光.然后，副線圈改接800匝，大家都會擔(dān)心小燈泡會承載電壓過高而燒毀，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是小燈泡不亮了.面對這一現(xiàn)象，大家都陷入了沉思，是操作錯誤還是書本知識有誤？斷開副線圈上的負(fù)載，用多用電表測量副線圈兩端的端電壓發(fā)現(xiàn)，副線圈上的電壓的確升高了.為什么電壓高了，小燈泡的亮度卻降低呢？原來，副線圈存在較大的電阻.副線圈與燈泡組成閉合回路后，副線圈相當(dāng)電源部分，副線圈的電阻相當(dāng)于電源內(nèi)電阻.當(dāng)副線圈的匝數(shù)增加時，內(nèi)電阻也在相應(yīng)增加.由于小燈泡的電阻較小，小燈泡實(shí)際分得的電壓反而減小，導(dǎo)致小燈泡不亮.教材中的結(jié)論是針對理想變壓器而言，忽略繞制導(dǎo)線的電阻.經(jīng)歷過實(shí)驗(yàn)的“失敗”之后，加深了對理想變壓器特征的認(rèn)識，有助于拓寬對變壓器變比規(guī)律的理解.

2.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)魅力得到增強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為新課程背景下課堂教學(xué)的亮點(diǎn).教師進(jìn)入課堂時，學(xué)生總是特別關(guān)注教師帶了什么樣的教具.教師做實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生屏住呼吸，凝神貫注，生怕漏掉一個細(xì)節(jié).有些實(shí)驗(yàn)可能一遍不過癮，學(xué)生還會要求再做一遍.這種局面的出現(xiàn)，除了實(shí)驗(yàn)本身的魅力之外，還由于有以下幾方面的變化.

圖4

（1）開放的教學(xué)形式.傳統(tǒng)課堂要么是理論教學(xué)課，要么是分組實(shí)驗(yàn)課.在理論教學(xué)課上的演示實(shí)驗(yàn)，一般由教師操作，學(xué)生只是觀眾.現(xiàn)在，演示實(shí)驗(yàn)操作員可以是教師，也可以是學(xué)生，甚至于全體參與.例如“電容器”的教學(xué)課，為了說明電容器具有儲電本領(lǐng)，教師將一對直徑約80cm的圓形金屬板連到起電機(jī)上，讓兩板帶上等量異種電荷后斷開.然后，請上10多個學(xué)生，讓他們手拉手站立，最后將頭尾兩名學(xué)生的另一只手分別連接到一塊帶電金屬板上.剛一搭上，10多個學(xué)生瞬間跳了起來，他們給電到了.于是課堂氣氛一下子活躍起來，每個成員都很興奮.誰都沒有想到，金屬板能夠儲蓄這么多的電荷.若干年后，大家還時常說起當(dāng)時的場景.為了滿足大家動手的愿望，理論課上也可以穿插分組小實(shí)驗(yàn).如“平拋運(yùn)動”課堂教學(xué)，如圖4所示，讓兩個課桌桌面等高，彼此間分開一定的距離.將一枚一元硬幣置于其中一個桌面，用直尺擊打硬幣，使之沿著桌面水平飛出.讓學(xué)生反復(fù)實(shí)驗(yàn)，能否將硬幣“登陸”另一桌面.任務(wù)一經(jīng)布置，教室里一片忙碌，學(xué)生拼命地用直尺擊打硬幣，以加快硬幣的飛奔速度，試圖將硬幣飛奔到另一桌面上，但結(jié)果都已失敗而告終.實(shí)驗(yàn)“失敗”了，學(xué)生的認(rèn)識變得十分清晰：平拋運(yùn)動由水平方向和豎直方向兩個分運(yùn)動組成，無論物體的水平速度有多大，豎直方向上的運(yùn)動總是獨(dú)立地存在.實(shí)驗(yàn)具有化繁為簡的作用，用實(shí)驗(yàn)教學(xué)比用粉筆教學(xué)有時要省事得多.

（2）豐富的實(shí)驗(yàn)資源.除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)資源外，現(xiàn)在又有了DIS實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、動畫實(shí)驗(yàn)、視頻實(shí)驗(yàn)等資源.DIS實(shí)驗(yàn)使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)處理，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)發(fā)生的過程，F(xiàn)lash動畫能使抽象問題形象化，如布朗運(yùn)動、電磁波的傳播等，視頻實(shí)驗(yàn)使得真實(shí)而又無法現(xiàn)場完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)入了教學(xué)現(xiàn)場.

2.5 探究手段回歸物理實(shí)驗(yàn)

探究是新課程推行的重要思想，在實(shí)驗(yàn)中得到了體現(xiàn).體現(xiàn)之一是將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性 實(shí)驗(yàn).如“驗(yàn)證牛頓第二定律”變?yōu)椤疤骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系”，“驗(yàn)證平行四邊形定則”變?yōu)椤疤骄亢狭εc分力的關(guān)系”，“驗(yàn)證玻意耳定律”變?yōu)椤疤骄繗怏w壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”等等.這種調(diào)整不僅僅是實(shí)驗(yàn)名稱的變化，更重要的是實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法發(fā)生了變化.體現(xiàn)之二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法發(fā)生了變化.以“內(nèi)接法與外接法測電阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，傳統(tǒng)方法是先作理論分析，得出理論上的結(jié)果，再運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行物證.現(xiàn)在的做法是教師給出實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生分別用內(nèi)接法和外接法測量同一只大電阻.學(xué)生認(rèn)為測量值應(yīng)當(dāng)相同，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種接法的測量結(jié)果相差很大.同樣地，改用小電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果同樣如此.學(xué)生開始困惑：用內(nèi)接法和外接法測量同一只電阻，為什么結(jié)果會如此懸殊？測量結(jié)果的差異性，激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知欲望.經(jīng)過體驗(yàn)性探究后，學(xué)生對于理論分析充滿期待，學(xué)習(xí)投入，印象深刻.

3 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的存在問題

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位明升暗降

在人教版的教材中，多數(shù)節(jié)次內(nèi)容中安排了“實(shí)驗(yàn)”、“演示實(shí)驗(yàn)”、“做一做”等實(shí)驗(yàn)欄目.但是，在人教版必修1和必修2的教材中僅安排了4個必做實(shí)驗(yàn).從必做實(shí)驗(yàn)的數(shù)目來看，要求學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室去的硬性實(shí)驗(yàn)數(shù)目明顯減少.所以，學(xué)生到物理實(shí)驗(yàn)室的次數(shù)明顯少于課改以前，有的實(shí)驗(yàn)是教師在教室里邊講邊做了，有的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生回家因地制宜完成，有的干脆不做了.再從高考實(shí)驗(yàn)數(shù)目來看，在原高考的《考試大綱》中有10多個指定性實(shí)驗(yàn)，而新高考的《考試說明》一般只指定了幾個代表性實(shí)驗(yàn).

3.2 過分專業(yè)的器材讓人望而生畏

著名物理教育家朱正元教授在美國獲得博士學(xué)位回國后，提出了“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”的主張，并為此終生以示范作用影響并帶動了幾代人的教學(xué)方法改革.而現(xiàn)在裝備一個DIS實(shí)驗(yàn)室，少則幾十萬元，多則百萬元，絕大多數(shù)學(xué)校無能為力，只能望而心嘆.DIS實(shí)驗(yàn)操作的較高技術(shù)要求讓一些教師知難而退.利用傳感器進(jìn)行測量的原理不明，又讓教師在做實(shí)驗(yàn)時心里感到不夠踏實(shí).雖然DIS實(shí)驗(yàn)已經(jīng)推行了近10年，但DIS實(shí)驗(yàn)器材的普及率并不高，即使在配備了的學(xué)校，多數(shù)器材只是擺放在實(shí)驗(yàn)室里做做樣子、供來人參觀，裝裝門面而已.

3.3 高考實(shí)驗(yàn)的考查方式讓人可以不做實(shí)驗(yàn)

高考是中學(xué)教學(xué)的指揮棒.到目前為止，絕大多數(shù)高考實(shí)驗(yàn)試題無法甄別學(xué)生是否動手做過實(shí)驗(yàn).相當(dāng)數(shù)量的高考實(shí)驗(yàn)試題，在本質(zhì)上屬于理論題.學(xué)生即使做過實(shí)驗(yàn)，在答題時也不一定占優(yōu)勢.于是，一些教師為了追求“高效”，變“做實(shí)驗(yàn)”為“講實(shí)驗(yàn)”，實(shí)際效果還不錯.于是，不少學(xué)校的實(shí)驗(yàn)桌上積滿了灰塵，有的物理實(shí)驗(yàn)員干脆淪為儀器保管員.

1 查有梁.課堂模式論.南寧：廣西師范大學(xué)出版社，2001.

2 廖伯琴.張大昌.物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀.武漢：湖北教育出版社，2004.

3 陳連余.在困惑中思考 在實(shí)踐中探索.中學(xué)物理教學(xué)參考，2006（11）：8～10