開放物理實(shí)驗(yàn)室 改進(jìn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

王益民

高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》把 “科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蟆焙汀肮餐匦弈K”、“選修模塊”一起，作為《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”的三個(gè)一級(jí)主題。可見，物理實(shí)驗(yàn)在新課程中占有重要地位。長(zhǎng)期以來，由于中學(xué)物理教師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)上的偏差以及高考對(duì)實(shí)驗(yàn)考查方式的局限，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在大多數(shù)學(xué)校沒有得到應(yīng)有的重視，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式僵化、實(shí)驗(yàn)室利用率不高。盡管新課程實(shí)施以來，廣大中學(xué)物理教師對(duì)改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了不少有益的探索，但基于開放物理實(shí)驗(yàn)室如何改進(jìn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐和探索相對(duì)較少。本文針對(duì)傳統(tǒng)的、封閉的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，總結(jié)我校物理教研組通過開放實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些實(shí)踐以及我們的思考。

一、開放實(shí)驗(yàn)室對(duì)改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

開放物理實(shí)驗(yàn)室是在新課程理念的引領(lǐng)下，通過給予師生自主選擇實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自主安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間、自主確定實(shí)驗(yàn)方法的權(quán)利，其內(nèi)涵不僅是指狹義的“圖書館式”開放物理實(shí)驗(yàn)資源，還應(yīng)該包括物理實(shí)驗(yàn)資源的開放、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的開放、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的開放、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)方式的開放，實(shí)現(xiàn)以開放物理實(shí)驗(yàn)室為載體，利用開放的教學(xué)理念來引領(lǐng)物理教學(xué)。

通過開放物理實(shí)驗(yàn)室，一方面，轉(zhuǎn)變中學(xué)物理教學(xué)中“為考試而實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)傾向，樹立以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的物理教學(xué)觀，發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在物理概念、規(guī)律、習(xí)題教學(xué)中的作用，真正用“自主合作探究”代替“他主訓(xùn)練灌輸”，另一方面，改變“唯分?jǐn)?shù)論”的學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)觀，用“關(guān)注能力，關(guān)注會(huì)學(xué)”代替“關(guān)注分?jǐn)?shù)，關(guān)注學(xué)會(huì)”，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)學(xué)習(xí)物理積極性，促進(jìn)學(xué)生改進(jìn)物理學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)。

二、以開放實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)改進(jìn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略

1.齊全的實(shí)驗(yàn)室功能區(qū)、完善的實(shí)驗(yàn)室管理制度是開放物理實(shí)驗(yàn)室的基本保障。開放實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)系統(tǒng)工程，是一個(gè)全新的課題，為確保開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)取得實(shí)際成效，充分發(fā)揮其培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力作用。一方面，在傳統(tǒng)的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，增設(shè)合理的實(shí)驗(yàn)區(qū)，如綜合實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)室，為開放實(shí)驗(yàn)室提供硬件保障；另一方面，改變物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織管理形式，教學(xué)處、年管會(huì)、物理教研組齊抓共管，結(jié)合開放實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況制定相應(yīng)的實(shí)施管理辦法；規(guī)定不同年級(jí)開放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和空間；建立實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)員崗位責(zé)任制；明確實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)程及安全責(zé)任制，逐步建立起完善的開放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)運(yùn)行機(jī)制，把開放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生能力，具有一定學(xué)術(shù)性、創(chuàng)新性、導(dǎo)向性和示范性的學(xué)生科技活動(dòng)組織。

2.基本的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練是開放物理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)。重視物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求的中學(xué)物理中傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、分析、總結(jié)能力，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如：基本儀器的使用，測(cè)量與間接測(cè)量的思想，控制變量法，等效替代法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與評(píng)價(jià)，偶然發(fā)現(xiàn)的追蹤等。

例如：“實(shí)驗(yàn)；用單擺測(cè)定重力加速度”包含許多思想方法：用間接測(cè)量的方法測(cè)量物理常數(shù)；用多次測(cè)量的方法減小偶然誤差；用圖像的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。包含許多實(shí)驗(yàn)基本技能：如何懸掛單擺的懸線？怎樣測(cè)量擺長(zhǎng)？在什么位置開始計(jì)時(shí)和終止計(jì)時(shí)？為什么？為什么要測(cè)多次全振動(dòng)的時(shí)間？各直接測(cè)量物理量對(duì)加速度值誤差有什么影響？“實(shí)驗(yàn)：探究小燈泡的伏安特性曲線”包含運(yùn)用圖像分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力培養(yǎng)：（1）猜測(cè)圖像可能有什么特點(diǎn)？（2）電壓從零開始逐漸升高，為什么在低電壓區(qū)采點(diǎn)密集一些？用什么電路？（3）畫出圖象，分析圖象特點(diǎn)：低電壓區(qū)，中電壓區(qū)，高電壓區(qū)。（4）嘗試解釋這種圖像的特點(diǎn)。像這些重要的實(shí)驗(yàn)思想方法和實(shí)驗(yàn)操作的培養(yǎng)，都必須通過學(xué)生的動(dòng)手操作而體現(xiàn)出來。如電學(xué)中的電阻的測(cè)量、電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的測(cè)量、探究。

3.以開放的實(shí)驗(yàn)資源改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開放的實(shí)驗(yàn)室資源是讓學(xué)生不僅充分利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的器材，而且挖日常生活中的用品，學(xué)生自己設(shè)計(jì)或教師指導(dǎo)下進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)、小制作、小發(fā)明等各種物理實(shí)驗(yàn)探活動(dòng)。不僅緩解了當(dāng)前學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源單一的狀況，也拉近了物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)和社會(huì)、日常生活的聯(lián)系，體會(huì)到小實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著大智慧。況且有些實(shí)驗(yàn)資源本來的用途并不是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，因此這實(shí)際就是一種開放實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新形式。

例如：“小實(shí)驗(yàn)；水果電池的制作與相關(guān)量的測(cè)量”：材料：西紅柿銅絲、鐵釘、數(shù)字式多用電表。

制作步驟：

（1）取一個(gè)西紅柿，分別將彎折的銅絲和鐵釘插入西紅柿中（中間相隔一定的距離）

（2）用多用電表紅表筆接觸銅絲，黑表筆接觸鐵釘，測(cè)量水果電池的電壓。

（3）再用多用電表黑表筆接觸銅絲，紅表筆接觸鐵釘，再測(cè)水果電池的電壓。

（4）根據(jù)多用電表的讀數(shù)判斷西紅柿電池的正負(fù)極。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：（1）用萬用電表測(cè)出兩個(gè)電極間的電壓約為0。6V，但幾個(gè)水果電池串聯(lián)卻不能使一個(gè)小燈泡發(fā)光，為什么？引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與論證，其原因是水果電池內(nèi)阻太大。（2）如何準(zhǔn)確測(cè)定水果電池的E、r課本上的方案可行嗎？為什么？有其他方案嗎？學(xué)生在開放性問題的引導(dǎo)下，提出解決問題的方案（伏安法？安歐法？伏歐法？補(bǔ)償法？），同時(shí)通過自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)嘗試去解決問題、發(fā)現(xiàn)新問題，使學(xué)生在體驗(yàn)成功和挫折過程中獲取知識(shí)提高能力，從而感悟出物理學(xué)的思想和方法。對(duì)其他學(xué)生自己設(shè)計(jì)的小實(shí)驗(yàn)還有很多，這里不再舉例。

4.以開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式是教師按照教材的實(shí)驗(yàn)要求把實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟講授給學(xué)生，學(xué)生像操作工那樣去逐步完成實(shí)驗(yàn)步驟，這樣既不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣咭膊环闲抡n程理念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的開放，要求教師充分重視學(xué)生的主體地位，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生以實(shí)踐者、研究者的身份積極參與，教師的作用是一方面對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的困難提供必要的指導(dǎo)和幫助；同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問題，多角度、多方位進(jìn)行思考，為不同學(xué)生提供不同的可選課題，為不同學(xué)生提供同一課題的不同研究方式，挖掘不同學(xué)生的不同的閃光點(diǎn)。

例如：高一年級(jí)學(xué)生開展“落體運(yùn)動(dòng)加速度的研究”。要求學(xué)生二人一組，運(yùn)用頻閃照相研究鋼球下落的加速度。學(xué)生必須完成以下任務(wù)：方案設(shè)計(jì)（直接測(cè)什么？如何測(cè)？）；裝置調(diào)試；標(biāo)尺制作；實(shí)地拍攝；照片分析；實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師提供的幫助：方案設(shè)計(jì)提示；頻閃技術(shù)指導(dǎo)；參與討論，提供器材，進(jìn)行質(zhì)疑，點(diǎn)撥思維。

例如，高二年級(jí)學(xué)生研究小孔成像，可引導(dǎo)學(xué)生研究以下問題：對(duì)晴天正午樹蔭下的光斑，請(qǐng)仔細(xì)觀察并描述你所看到的現(xiàn)象，你能提出哪些問題？為什么有的光斑是不規(guī)則的，有的光斑近似為圓形？為什么圓形亮斑與不規(guī)則形相比，圓形較小？為什么圓形與不規(guī)則形相比，圓形較暗？你猜想哪些因素影響光斑的形狀和亮度？與小孔的形狀、大小有關(guān)嗎？如何驗(yàn)證？需要哪些器材？設(shè)太陽(yáng)到地球的距離為一個(gè)天文單位L，怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量太陽(yáng)的直徑D測(cè)出小孔到屏的距離l和屏上光斑的直徑d，則太陽(yáng)的直徑為D=Ll·d。

5.以開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是教材中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的開放，一方面是對(duì)教材中學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)、拓展。如改“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)為“探究性”實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；改教師課堂“演示實(shí)驗(yàn)”為學(xué)生“探究性”實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)教材中原理不科學(xué)、現(xiàn)象不明顯、效果不理想的演示實(shí)驗(yàn)；把新授課教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合一體的實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)；把習(xí)題課教學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來的教學(xué)等等。

例如：我們用生活中的銼刀來演示自感現(xiàn)象，將電源正極與銼刀的一端相連，負(fù)極連接銅多芯導(dǎo)線，導(dǎo)線的一端在銼刀上來回移動(dòng)，相當(dāng)于快速地通斷電，可以看到微弱的電火花，如果加快導(dǎo)線在銼刀上移動(dòng)的速度，可以看到更強(qiáng)的電火花，這說明電流變化越快，自感電動(dòng)勢(shì)越大。用一根紅色的導(dǎo)線繞在鐵銼刀上，相當(dāng)于增加了鐵芯上線圈的匝數(shù)，同時(shí)將一根藍(lán)色的導(dǎo)線直接接在電源負(fù)極，將兩根導(dǎo)線同速在銼刀上移動(dòng)，這時(shí)可以看到，紅色的導(dǎo)線頭產(chǎn)生的電火花更強(qiáng)，這說明，匝數(shù)越多產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)越大。

由于篇幅限制，本文只部分介紹了我校物理教研組開放實(shí)驗(yàn)室促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些探索與思考.實(shí)踐證明：“給學(xué)生以自由，有自由才有選擇；給學(xué)生以興趣，有興趣才有學(xué)習(xí)；給學(xué)生以主動(dòng)，有主動(dòng)才有進(jìn)步；給學(xué)生以探究，有探究才有創(chuàng)新”.盡管我校開放物理實(shí)驗(yàn)室還處于探索階段，但通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放，不少物理課堂已呈現(xiàn)出“學(xué)生動(dòng)起來，教師跑起來，課堂活起來”的生動(dòng)局面；它不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性、能動(dòng)性，促進(jìn)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)；而且也提高了物理教師開發(fā)和指導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)的能力，以物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改進(jìn)，促進(jìn)了我校物理教學(xué)的變革。