多方面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué) 全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

張紹桂

（天津市咸水沽第一中學(xué) 天津 300350）

當(dāng)前，基礎(chǔ)教育課程改革已經(jīng)全面展開(kāi).這是一場(chǎng)劃時(shí)代的深刻改革，它的基本理念是“以學(xué)生為本”，培養(yǎng)全體學(xué)生終生發(fā)展的興趣和能力.高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)反映了現(xiàn)代物理教學(xué)鮮明的時(shí)代感和使命感.

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，所有的物理概念、規(guī)律和理論，都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的.高中物理課程各個(gè)模塊中都安排了一些典型的科學(xué)探究或物理實(shí)驗(yàn).新課標(biāo)明確指出，物理實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)世界的一項(xiàng)重要活動(dòng)，是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ).高中物理課程應(yīng)該促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與，樂(lè)于探究，勇于實(shí)驗(yàn)，勤于思考，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成交流與合作的良好習(xí)慣.

新形勢(shì)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展提出了新的要求.在新課改的視野下重新審視高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重大的理論和實(shí)踐意義.在教學(xué)中不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)科學(xué)探究的興趣和能力成為課程改革的重點(diǎn).課程標(biāo)準(zhǔn)理念為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新的思想理論.

1 實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的地位與作用

實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)世界的一項(xiàng)重要實(shí)踐活動(dòng)，是聯(lián)系理論與實(shí)際的紐帶，是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ).物理學(xué)是建立在觀察和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是物理教學(xué)的基本特征.物理實(shí)驗(yàn)是研究和學(xué)習(xí)物理學(xué)最基本的方法，它是物理知識(shí)的源泉，無(wú)論是概念的建立，還是規(guī)律的探索和論證都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn).物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)體系中不可缺少的元素.

物理實(shí)驗(yàn)對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索能力，啟迪學(xué)生思維，培養(yǎng)科學(xué)方法和創(chuàng)新精神均能產(chǎn)生積極有效的作用.實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作等人格品質(zhì)的重要途徑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、自主性，還可以培養(yǎng)學(xué)生互相協(xié)作、取長(zhǎng)補(bǔ)短的優(yōu)良品質(zhì)以及實(shí)事求是的優(yōu)良作風(fēng).

2 《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求

《標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容.物理教學(xué)要突出學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的重要作用.實(shí)驗(yàn)是了解、研究自然規(guī)律的重要方法，它的作用不僅是為了獲取信息.要重視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能的提高，會(huì)使用基本儀器，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵延袟l件制定實(shí)驗(yàn)方案，能正確考慮實(shí)驗(yàn)的變量以控制實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行正確的操作，能采用多種方式搜集數(shù)據(jù)，能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的處理分析得出結(jié)論并會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕忉尯兔枋龅鹊?

《標(biāo)準(zhǔn)》不僅強(qiáng)化了學(xué)生的參與性，更強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的過(guò)程性.課程標(biāo)準(zhǔn)理念深刻地改變了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)、性質(zhì)和模式，從單純?yōu)榱藢W(xué)習(xí)知識(shí)，驗(yàn)證理論，學(xué)習(xí)操作技能，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀媾囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的課程.

3 具體做法個(gè)案

3.1 讓演示實(shí)驗(yàn)活起來(lái)

課堂演示實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，是物理教學(xué)中的一種重要的教學(xué)方法之一，也是讓學(xué)生直接了解物理概念、規(guī)律的主要手段.

演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容和要求，選擇合適的實(shí)驗(yàn)，合理地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便讓學(xué)生清楚地認(rèn)清物理概念和規(guī)律.

演示實(shí)驗(yàn)的效果，主要看它是否能幫助學(xué)生在大腦中建立起基礎(chǔ)物理現(xiàn)象的鮮明表象，以促進(jìn)學(xué)生理解知識(shí)，提高學(xué)習(xí)物理的興趣.如，為使學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)磁感線的空間分布有一個(gè)直觀形象的感性認(rèn)識(shí)，教學(xué)中用實(shí)驗(yàn)來(lái)顯示磁場(chǎng)的磁感線分布是很必要的.但是教材中所給出的是平面分布圖，通過(guò)語(yǔ)言描述，也很難讓學(xué)生想象出它的空間分布.這時(shí)用“磁體的磁感線立體分布模型”（圖1），就可以把永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線形象生動(dòng)、直觀、完整地展示給學(xué)生，空間效果非常明顯，而且極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

圖1 磁體的磁感線立體分布模型

課堂教學(xué)是教師與學(xué)生共同活動(dòng)的過(guò)程，學(xué)生主體的能動(dòng)作用是取得學(xué)習(xí)成功的內(nèi)部因素，起著決定性作用.所以教師在發(fā)揮主導(dǎo)作用的同時(shí)，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性.讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下積極參與演示實(shí)驗(yàn)，或者在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓他們成為演示實(shí)驗(yàn)的“主人公”，不僅有顯示學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的機(jī)會(huì)，還能得到科學(xué)方法的訓(xùn)練及能力的培養(yǎng)，加深理解和掌握物理概念和規(guī)律，同時(shí)可領(lǐng)略物理學(xué)的思想，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法.某些演示實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生操作，還有些演示實(shí)驗(yàn)在條件許可的情況下，或在可以創(chuàng)造條件的前提下改造為分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證或探索某些物理結(jié)論.

如在“力的合成”教學(xué)中，把演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn).學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦，積極參與教學(xué)過(guò)程，通過(guò)“猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)、歸納、總結(jié)”的完整過(guò)程，得出“平行四邊形定則”.變被動(dòng)地接受知識(shí)為主動(dòng)探索新知識(shí)，自覺(jué)、主動(dòng)地和教師、同學(xué)、教具相互作用，進(jìn)行信息交流，自我調(diào)節(jié).形成一種和諧親密、積極參與的教學(xué)氣氛，一個(gè)思維活躍、鼓勵(lì)創(chuàng)新的環(huán)境產(chǎn)生了！滿足了學(xué)生成為“發(fā)現(xiàn)者”的愿望，激發(fā)成就感.學(xué)生的思維在開(kāi)放、發(fā)散中漲落，在求異、探索中又趨于有序；培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立操作能力，發(fā)展了學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力，讓學(xué)生做到步步有序，環(huán)環(huán)相扣.

3.2 讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)和現(xiàn)代科技一起進(jìn)步

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，也使更多功能完善、特點(diǎn)各異的現(xiàn)代教育媒體進(jìn)入物理課堂，教學(xué)環(huán)境煥然一新.下面例舉我們?cè)趯?shí)際中的一些應(yīng)用.

視頻展臺(tái)是物理教學(xué)中最普遍、最常規(guī)、最有效的電化教學(xué)媒體，它容易操縱和控制，經(jīng)濟(jì)而又方便，可將教學(xué)所需的插圖、圖表、示意圖等直接投影使用，如圖2所示，可以投影放大教學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程.

圖2 利用投影儀放大教學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，視頻演示也已經(jīng)可以隨心所欲地在課堂上發(fā)揮它應(yīng)有的作用，如在講解“探究力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，我們用微機(jī)上的攝像頭對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)拍投影，學(xué)生就能清楚地看到實(shí)驗(yàn)全過(guò)程發(fā)生的現(xiàn)象，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力.

計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的模擬功能，能對(duì)很多不易看到的、現(xiàn)象不明顯的、學(xué)生很難觀察或不便做的實(shí)驗(yàn)，制成課件，進(jìn)行仿真模擬.通過(guò)模擬，使學(xué)生很好地理解物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn).學(xué)生在輕松愉快的氣氛中學(xué)習(xí)，在直觀形象的情境中求知，可極大地集中注意力，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)全面、準(zhǔn)確地理解，提高效率.如可以采用如圖3所示的flash動(dòng)畫(huà)進(jìn)行“探究運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性”的教學(xué).其中C，D 為兩個(gè)電磁鐵，軌道的高度可調(diào)，始終保證AC ＝BD 以使兩球在軌道出口處的水平初速度相等.如兩小球分別由C，D 兩點(diǎn)同時(shí)釋放，它們總能在AE 軌道上的某點(diǎn)相碰，說(shuō)明豎直方向的運(yùn)動(dòng)和水平方向上的運(yùn)動(dòng)是互不影響的［1］.

圖3 利用flash動(dòng)畫(huà)進(jìn)行教學(xué)

數(shù)字技術(shù)的普及為物理教學(xué)提供了全新的技術(shù)手段和教學(xué)平臺(tái).DIS系統(tǒng)的功能全面增強(qiáng)，也為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)整帶來(lái)機(jī)遇.如借助于傳感器和計(jì)算機(jī)不僅可以精致地顯示兩物體之間相互作用的關(guān)系，而且可以準(zhǔn)確地顯示出運(yùn)動(dòng)中兩物體間相互作用力的關(guān)系，這是常規(guī)實(shí)驗(yàn)很難達(dá)到的.

視頻影像能夠真實(shí)全面地記錄整個(gè)物理過(guò)程或教學(xué)內(nèi)容.由于受學(xué)生知識(shí)水平、設(shè)備條件等多方面因素的限制，學(xué)生不可能對(duì)與物理知識(shí)相關(guān)的所有實(shí)際現(xiàn)象都有深刻的印象，甚至對(duì)有的現(xiàn)象沒(méi)有絲毫的感知，這時(shí)就可以利用視頻進(jìn)行教學(xué).如必修2“宇宙航行”一節(jié)，可播放“神州六號(hào)發(fā)射”視頻把人類向宇宙進(jìn)軍的成果展示給學(xué)生.這些逼真的鏡頭不僅可以擴(kuò)大學(xué)生的視野，幫學(xué)生生動(dòng)、形象、具體地認(rèn)識(shí)天體及其運(yùn)行規(guī)律，還能讓學(xué)生體會(huì)到人類向宇宙進(jìn)軍的偉大壯舉而受到巨大的鼓舞.再如，必修2中用砂輪打磨下來(lái)的熾熱微粒的運(yùn)動(dòng)方向演示“做曲線運(yùn)動(dòng)物體的速度方向”時(shí)，不可能在課堂上現(xiàn)場(chǎng)演示，而相關(guān)的視頻可以非常清晰地將微粒的運(yùn)動(dòng)方向展示出來(lái).

把多種媒體優(yōu)化組合后的教學(xué)不僅有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和知識(shí)的傳授，更重要的是能用它幫助學(xué)生建立物理模型，讓學(xué)生更好地觀察物理現(xiàn)象，分析思考物理過(guò)程，使教師的教和學(xué)生的學(xué)都變得輕松自如，也正因如此多媒體技術(shù)在物理教學(xué)中的地位越來(lái)越重要.比如，利用“平拋豎落儀”（圖4）演示平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以結(jié)合“平拋豎落儀”、實(shí)物投影和大屏幕非常清晰地演示出“同時(shí)從同一高度平拋和自由落體同時(shí)落地”，也可以用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能在大屏幕上回放，效果也很好.

圖4 利用“平拋豎落儀”做演示

再如，在高三電路實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課中，筆者就將包含實(shí)驗(yàn)、視頻、實(shí)物投影、課件等多種媒體根據(jù)課堂教學(xué)需求靈活地優(yōu)化組合.器材的選擇、實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程的設(shè)計(jì)都交給學(xué)生決定，讓學(xué)生自主通過(guò)討論、實(shí)驗(yàn)、探究得出結(jié)論，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅學(xué)習(xí)了課本知識(shí)，更體驗(yàn)到“發(fā)現(xiàn)”和“探索”的樂(lè)趣，鍛煉了動(dòng)手能力.學(xué)生充分利用課下的時(shí)間分組進(jìn)行準(zhǔn)備，在動(dòng)手的同時(shí)又動(dòng)腦，獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，真正成為學(xué)習(xí)的主人.這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)既提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、主動(dòng)獲取信息、處理信息的能力，又活躍了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和探索精神、合作精神，有效地提高了復(fù)習(xí)的效率，增強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)了學(xué)生的能力.

3.3 讓自制教具在物理教學(xué)中大放光彩

李政道博士說(shuō)過(guò)，“自制的教具，永遠(yuǎn)比買的好”.自制教具有不花錢或少花錢，制作簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，更具有親切感，如果鼓勵(lì)學(xué)生自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，自制實(shí)驗(yàn)器材，就更有利于滲透創(chuàng)造性的教育.

例如，“質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)”一節(jié)要求學(xué)生觀察相互垂直的兩個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，課后要求學(xué)生自制如圖5所示裝置進(jìn)行自主探究.

圖5 用自制儀器自主探究“質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)”

如圖6所示，在坐標(biāo)系xOy 中描述小重物運(yùn)動(dòng)，x 軸為直尺方向，y 軸為豎直方向，鉛筆沿直尺移動(dòng)，小重物在水平和豎直方向有相同的位移，如果鉛筆勻速運(yùn)動(dòng)，小重物在水平和豎直兩個(gè)方向以相同的速度勻速運(yùn)動(dòng)，可觀察運(yùn)動(dòng)的合成.

圖6

3.4 讓學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)進(jìn)步

探究性學(xué)習(xí)是一種讓學(xué)生自己查閱資料、自己探究發(fā)現(xiàn)、自己搜集處理信息、直接體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程的一種學(xué)習(xí)方式.探究教學(xué)給予師生很大的自主空間，新課程理念要求教學(xué)要貼近學(xué)生的生活實(shí)際.

在探究性學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生可以用類似科學(xué)研究的方式，主動(dòng)地獲取信息，運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析、討論、解決實(shí)際問(wèn)題，這樣就可以改變學(xué)生單純、被動(dòng)地接受教師傳授知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生形成一種對(duì)知識(shí)主動(dòng)探求，并重視解決實(shí)際問(wèn)題的積極學(xué)習(xí)的方式［2］.在探究性學(xué)習(xí)過(guò)程中全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問(wèn)題的能力、語(yǔ)言文字表達(dá)能力及合作能力；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).

例如，高中物理中有關(guān)重力加速度的知識(shí).學(xué)生在學(xué)過(guò)力學(xué)以后對(duì)重力加速度的概念有了初步的了解和認(rèn)識(shí).如何進(jìn)一步加深對(duì)科學(xué)概念的理解和對(duì)已有的相關(guān)規(guī)律的重新認(rèn)識(shí)以及有效進(jìn)行復(fù)習(xí)，重力加速度起到了一個(gè)“穿針引線”的載體作用.教學(xué)中通過(guò)組織引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的物理規(guī)律自選實(shí)驗(yàn)器材，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋▽W(xué)生分別選擇了平衡法、單擺法、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器法、滴水法、勻變速規(guī)律法等多種方法）.學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)既可以了解科學(xué)探究給科學(xué)帶來(lái)的理性的生命力，使學(xué)生在小小課堂上有“科學(xué)家”的親身體驗(yàn)，知道科學(xué)不是被動(dòng)地吸收過(guò)程，也不是死記硬背一些知識(shí)，而是將它作為一項(xiàng)研究，親身感悟其科學(xué)結(jié)論的得出過(guò)程，又可以提高學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力，最終達(dá)到知其然更知其所以然的良好效果.

把探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)融入物理教學(xué)的過(guò)程，實(shí)際上也是物理教法、學(xué)法改革的過(guò)程.在“教”與“學(xué)”雙邊互動(dòng)中，學(xué)生不僅能理解物理知識(shí)，掌握基本技能，培養(yǎng)一定的科學(xué)素質(zhì)，創(chuàng)新意識(shí)，而且學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，可以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要；教師在參與指導(dǎo)學(xué)生的過(guò)程中也會(huì)受到創(chuàng)新的啟發(fā)，吸納新知識(shí)，更新科學(xué)觀念，適應(yīng)新的課程變革，適應(yīng)教育改革新形勢(shì)的要求.

高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是物理教學(xué)改革的重要組成部分，是落實(shí)物理課程三維目標(biāo)，全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，也是物理課程改革的重要資源.任何事物都是在改革中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展的，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不例外，還有許多新的規(guī)律等待著我們?nèi)ヌ剿?、研究、發(fā)展、完善.

1 徐小飛.基于課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn).數(shù)理化解題研究，2012（12）：54

2 邱石.探究性學(xué)習(xí)綜述.呼和浩特：遠(yuǎn)方出版社，2005.1