淺談“四基”背景下的物理實(shí)驗(yàn)課堂

摘 要：前不久，筆者參加浙江省教育廳組織的物理學(xué)科帶頭人培訓(xùn)，有幸參觀了浙江省鎮(zhèn)海中學(xué)，發(fā)現(xiàn)這所學(xué)校教學(xué)成績(jī)非常好，有一個(gè)重要的原因就是物理實(shí)驗(yàn)比較好，浙江省教育廳教研室梁老師在新的教學(xué)環(huán)境下提出了物理教學(xué)的“四基”理論：基本經(jīng)歷、基本思想、基本知識(shí)、基本技能。實(shí)驗(yàn)課是我們所有物理教師差不多最不重視的一種課型，因此結(jié)合“四基”理論談?wù)剬?duì)物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的一些粗淺看法。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀；“四基”理論；物理課堂

一、物理實(shí)驗(yàn)課的重要意義

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，物理學(xué)的發(fā)展歷史其實(shí)就是物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展的歷史。從功利的角度看，一個(gè)學(xué)理科的學(xué)生，得理綜者得理科，得物理者得理綜，得實(shí)驗(yàn)者得物理，從教學(xué)的角度上來看，抽象的知識(shí)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)變成具體、形象、直觀的知識(shí)，大大降低了學(xué)習(xí)的難度。

二、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

客觀上由于實(shí)驗(yàn)員配置的水平、年齡、儀器更新速度、招投標(biāo)機(jī)制等原因，實(shí)驗(yàn)教學(xué)止步不前，今天我主要分析一下我們教師教法方面的主觀原因。下面我以《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》為例，很多教師上這一節(jié)實(shí)驗(yàn)課之前，黑板上面已經(jīng)寫得滿滿的，如，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等。學(xué)生進(jìn)來落座之后，強(qiáng)調(diào)不能亂動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器，不準(zhǔn)交頭接耳，之后按部就班地把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等講一遍，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，教師演示一遍，就叫學(xué)生自己做一遍實(shí)驗(yàn)，最后讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)冊(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

三、以《驗(yàn)證機(jī)械A(chǔ)能守恒定律》為例，從學(xué)生需要出發(fā)，談?wù)剬?duì)物理“四基”教學(xué)的認(rèn)識(shí)

如，在教學(xué)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》這一節(jié)課時(shí)，我不讓學(xué)生記憶，讓學(xué)生看題目《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》，那么實(shí)驗(yàn)的目的就是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。以下是我上課的片段：

師：可以用哪些物理模型來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？

生：用自由落體中的小球、平拋中的小球、斜拋中的小球、豎直方向上彈簧和小球……

師：大道至簡(jiǎn)，哪一個(gè)方法最簡(jiǎn)單呢？

生：用自由落體中的小球。

師：自由落體這一個(gè)物理模型確定了，實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，也就是公式1/2mV21+mgh1=1/2mV22+mgh2，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量哪些物理量？

生：熱烈討論，g是不用測(cè)量的，質(zhì)量可以約去，不用測(cè)量，那么我們只要測(cè)量v1、v2、h1和h2……

師：糾正一下，從物理意義完整的角度來看，質(zhì)量是要測(cè)量的，從計(jì)算的簡(jiǎn)便程度上來看，質(zhì)量是不用測(cè)量的，所以我們新課程中質(zhì)量是要測(cè)量的。那么測(cè)量這些物理量應(yīng)該用到哪些儀器呢？

生：速度可以用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、直尺配合起來測(cè)量，也可以用頻閃照片……高度呢，就用直尺。

師：根據(jù)儀器的方便普及程度，我們用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、直尺配合起來測(cè)量，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該固定在鐵架臺(tái)上，所以我們還需要鐵架臺(tái)。

師：這么多實(shí)驗(yàn)儀器使用有什么注意要點(diǎn)，我們?cè)趺窗阉鼈兘M合起來？

生：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要先打點(diǎn)，后放紙帶，組合順序上，先把鐵架臺(tái)放在桌面上，然后再固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接著把紙帶和重錘連起來。

學(xué)生開始操作實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生差不多完成實(shí)驗(yàn)操作后。

師：怎么樣證明紙帶和重錘下落是機(jī)械能守恒的呢？

生：可以用紙帶上的任意兩點(diǎn)，分別算出這兩點(diǎn)的動(dòng)能和勢(shì)能，可以用平均速度來代替中點(diǎn)時(shí)刻速度，也可以拿一條紙帶進(jìn)行分析，已知位移、時(shí)間、加速度，利用公式知三求二等等，高度可以用直尺測(cè)量出來。

師：求速度方法很多，用平均速度來代替中點(diǎn)時(shí)刻速度這種方法應(yīng)該最理想。

經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)處理之后，每一個(gè)點(diǎn)都有速度、動(dòng)能、高度、重力勢(shì)能、機(jī)械能，每一個(gè)人都面對(duì)一大堆數(shù)據(jù)在犯愁，此時(shí)我順勢(shì)提出能不能想個(gè)辦法讓數(shù)據(jù)清晰一點(diǎn)，看上去清爽一點(diǎn)？

生：把數(shù)據(jù)按一定的順序排列起來，用表格把這么多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)列出來。

學(xué)生的回答非常好，表格中數(shù)據(jù)處理在誤差范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒定律驗(yàn)證好之后，我們來反思數(shù)據(jù)。

師：看到這些數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？原因是什么？

生：往往越后面的點(diǎn)機(jī)械能越小，是因?yàn)榧垘Ш痛螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦，有空氣阻力，放手的時(shí)候不干脆，放紙帶的時(shí)候人的手放得太低，紙帶懸掛得比較靠下面……

師：說得非常好，那么怎么樣來克服這些誤差呢？

生：為了減少空氣阻力，可以放到真空的環(huán)境中去做實(shí)驗(yàn)。為了減少空氣阻力，做實(shí)驗(yàn)的技巧非常重要，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔應(yīng)豎直，紙帶要拉得豎直一點(diǎn)，在限位孔的中間，手應(yīng)該放在紙帶的末端，防止懸掛下來的紙帶產(chǎn)生二次摩擦。為了減少空氣阻力，可以用相對(duì)的方法，利用增加重力、相對(duì)減少空氣阻力的方法，所以我們要增加重力，挑選質(zhì)量大、體積小、同空氣接觸范圍小、阻力會(huì)比較小的鐵錘。

師：看來實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)好不好，實(shí)驗(yàn)技巧非常重要，我們物理學(xué)除了要學(xué)習(xí)理論知識(shí)之外，還要加強(qiáng)動(dòng)手能力的培養(yǎng)。另外，用物理學(xué)的思想可以巧妙抓住問題的本質(zhì)，使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。最后，還有沒有其它想法？

生：我從同桌的紙帶上看，他沒有幾個(gè)點(diǎn)打在紙帶上，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不好處理，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該讓重錘接近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一點(diǎn)，讓手和紙帶的另一端遠(yuǎn)離一點(diǎn)。

生：我覺得改變一下實(shí)驗(yàn)方式，實(shí)驗(yàn)處理起來會(huì)更簡(jiǎn)單，比如，利用減少的重力勢(shì)能同增加的動(dòng)能相比較，這樣的話就用不著規(guī)定重力勢(shì)能的零點(diǎn)了。

物理“四基”理論指的是基本知識(shí)、基本經(jīng)歷、基本技能和基本思想?；局R(shí)是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的介紹?；窘?jīng)歷主要是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、誤差分析、方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。基本技能主要是操作技能、數(shù)據(jù)處理。基本思想方法主要是實(shí)驗(yàn)的思想方法，實(shí)驗(yàn)方法有轉(zhuǎn)換法、累積法、控制變量法、列表法、概念法、比較法、理想化的方法等。

比較一二兩種方案，其中基本知識(shí)中的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的介紹；基本經(jīng)歷中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、誤差分析；基本技能上的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、誤差分析，這些項(xiàng)目上一二兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案都有涉及，但第一種方案直截了當(dāng)?shù)馗嬖V學(xué)生結(jié)論，第二種方案（以實(shí)驗(yàn)原理為例）是教師讓學(xué)生自己看著課題之后思考需要用哪些器材，在接到這種問題之后學(xué)生會(huì)積極地用腦思考、用嘴和同伴熱烈地交流、用筆在草稿紙上畫來畫去，第一個(gè)方面：從人身體器官的運(yùn)用上，多個(gè)器官運(yùn)用了，注意力會(huì)更加集中、學(xué)習(xí)會(huì)更加投入。第二個(gè)方面：第二種方案，教師給學(xué)生的知識(shí)是通過探討、研究、思考、爭(zhēng)論后得出來的，學(xué)生真正親身經(jīng)歷了整個(gè)過程，而不是只給你一個(gè)結(jié)果。如果你直接告訴學(xué)生答案，讓學(xué)生想都不用想，我想再勤奮的學(xué)生也會(huì)變得不思考、變得不勤奮。這一種教學(xué)方式堅(jiān)持“啟發(fā)式”和“討論式”，從問題出發(fā)，從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)提出適合學(xué)生的問題，克服了教師的滿堂灌，讓學(xué)生“悟出”道理、規(guī)律 和思考方法等，學(xué)生自己經(jīng)歷了操作、觀察、猜想、證明的過程。這一種教學(xué)方式真正落實(shí)了學(xué)生主體性，學(xué)生始終處于解決問題狀態(tài)，使學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中獲取基本知識(shí)，掌握基本技能，獲得基本經(jīng)歷，擁有基本思想。

同樣比較一、二兩種方案，基本經(jīng)歷方案設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，基本思想方案一基本上沒有。

哪一個(gè)方案好一點(diǎn)，好在哪里，弊端又在哪里，其中方案二學(xué)生經(jīng)過充分討論后，得出用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、重錘這一種方案比用小球、頻閃照片的方案好。方案二中模型的選擇上是選擇用自由落體中的小球、平拋中的小球、斜拋中的小球還是豎直方向上彈簧和小球時(shí)，學(xué)生、老師經(jīng)過了認(rèn)真的討論、比較、權(quán)衡，最終從可操作性、儀器方便、普遍程度上，選擇了自由落體中的小球和紙帶。從生活走向物理、從物理走向社會(huì)的物理新課程理念角度上來看，我們應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立精神和批判精神，自主判斷一個(gè)事情的結(jié)論，而不是人云亦云。在物理實(shí)驗(yàn)課經(jīng)常對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和比較判斷，事物都是相通的，我想學(xué)生走出校門，走上社會(huì)后也會(huì)把物理實(shí)驗(yàn)課上的這種方法用到其他地方。同樣方案二中教師對(duì)“四基”目標(biāo)中的基本思想也有所涉及，比如，教師讓學(xué)生充分討論用哪一種類型的重錘比較好，應(yīng)用了基本思想上的比較法。用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小球來做實(shí)驗(yàn)還是用頻閃照片、小球來做實(shí)驗(yàn)比較好，也應(yīng)用了比較法。

參考文獻(xiàn)：

梁旭.拓展物理教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容.物理教學(xué)，2012（9）.

編輯 郭曉云