努力培養(yǎng)高中生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

徐瑞

摘 要：高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。從學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)摸不到頭腦，到學(xué)生能自己動(dòng)手設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)物理現(xiàn)象的驗(yàn)證，是教師長期培養(yǎng)的結(jié)果。通過教師有目的的培養(yǎng)、訓(xùn)練，學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，再由教師指導(dǎo)，就使學(xué)生完成了對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，達(dá)到努力培養(yǎng)高中生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的目的。

關(guān)鍵詞：探索；培養(yǎng)；高中學(xué)生；實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)能力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）4-0059-3

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它的理論、規(guī)律都來自于實(shí)踐，都能用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。過去的高中物理實(shí)驗(yàn)是編寫教材時(shí)制訂好的，教師按著要求去演示或領(lǐng)著學(xué)生做就行了。對(duì)實(shí)驗(yàn)技能要求不高，很多學(xué)校沒有實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，也不開設(shè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，只靠教師去講或做演示，讓學(xué)生去背、記一些現(xiàn)象，然后就讓學(xué)生做題。這樣，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)是不夠的，它不能全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，也不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更談不上實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力。

新課改對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ筇岣吡?，原來的演示?shí)驗(yàn)和學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)沒有具體再分。有條件的學(xué)校盡量讓學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)、去探究實(shí)驗(yàn)。它提出了讓學(xué)生能“知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵罁?jù)已有條件制定實(shí)驗(yàn)方案，嘗試選擇實(shí)驗(yàn)方法及所需要的裝置與器材，考慮實(shí)驗(yàn)的變量及控制方法，認(rèn)識(shí)制定計(jì)劃的作用……”[1]，這就是新課程對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的要求。

如果讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證物理規(guī)律，豈不是更能達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)？

我校實(shí)驗(yàn)設(shè)施齊全，有分組實(shí)驗(yàn)室、有探究實(shí)驗(yàn)室、有開放的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。學(xué)校一直重視物理實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)的重要作用。學(xué)校配備了四名中高級(jí)物理教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)，并為學(xué)生提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)咨詢服務(wù)。學(xué)生在這里可以做想做的所有高中實(shí)驗(yàn)，這是許多學(xué)校做不到的……

根據(jù)新課標(biāo)的要求，結(jié)合我校的實(shí)驗(yàn)條件，我們?cè)囼?yàn)性地對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證物理現(xiàn)象。從高一開始就有意識(shí)地對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行培養(yǎng)，有目的、有計(jì)劃地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。具體方法如下：

1 先做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程有個(gè)初步的印象

由于學(xué)生從小學(xué)到初中做的實(shí)驗(yàn)并不多，學(xué)生的動(dòng)手能力很弱，什么都要等待老師告訴才能操作。所以，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ獜幕镜?、簡單的?shí)驗(yàn)開始，讓學(xué)生先熟悉一下實(shí)驗(yàn)過程。

我們從第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”開始，就有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)課前進(jìn)行布置，讓他們思考怎么樣去驗(yàn)證，大概寫一下思路，上課時(shí)找?guī)讉€(gè)同學(xué)講一講。

例如，在觀察手拉紙帶的運(yùn)動(dòng)是不是勻速運(yùn)動(dòng)，事先提出“你怎么樣能驗(yàn)證你手 （拉紙帶）的速度是勻速運(yùn)動(dòng)的？如果你能驗(yàn)證的話你打算怎么做？用什么儀器？”（上實(shí)驗(yàn)課時(shí)讓同學(xué)講一下）

2 在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，還要讓學(xué)生知道做物理實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹本褪菍?duì)一個(gè)現(xiàn)象或是一個(gè)規(guī)律（定理、定律等）進(jìn)行再驗(yàn)證；

（2）“實(shí)驗(yàn)原理”就是驗(yàn)證物理現(xiàn)象、規(guī)律所依據(jù)的理論根據(jù)；

（3）“實(shí)驗(yàn)儀器”就是再現(xiàn)物理現(xiàn)象或規(guī)律時(shí)所用的設(shè)備；

（4）“實(shí)驗(yàn)步驟”就是驗(yàn)證物理規(guī)律時(shí)的操作過程，做實(shí)驗(yàn)要按著實(shí)驗(yàn)的步驟一步一步進(jìn)行操作；

（5）“記錄與計(jì)算”就是通過實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行記載，根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算或繪圖，由此可得到結(jié)論；

（6）“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”就是通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論，與理論、規(guī)律應(yīng)該是一致的，不一致要找原因……

通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。讓學(xué)生知道，驗(yàn)證物理現(xiàn)象、規(guī)律要有一定的理論根據(jù)，要用實(shí)驗(yàn)設(shè)備按照實(shí)驗(yàn)步驟去進(jìn)行……

3 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)

首先，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，引?dǎo)學(xué)生去研究、討論，想辦法設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證物理現(xiàn)象或結(jié)論。

例如，我們把“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”“驗(yàn)證彈力與彈簧伸長的關(guān)系”“ 測(cè)定木塊動(dòng)摩擦因數(shù)”等簡單實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)學(xué)到的知識(shí)去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證一下“力的平行四邊形定則”“胡克定律”等規(guī)律是不是正確的……

開始設(shè)計(jì)時(shí)，為了讓學(xué)生有個(gè)大致的方向，我們把傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告改了一下，印刷后發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)。

例如，我們把原來的實(shí)驗(yàn)題目 “驗(yàn)證力的平行四邊形定則”改成了 “設(shè)計(jì)并驗(yàn)證力的平行四邊形定則”。把實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑黾恿艘豁?xiàng)“能設(shè)計(jì)出驗(yàn)證力的平行四邊形定則方案”。實(shí)驗(yàn)儀器除原來的儀器外，增加了一些相近的或無關(guān)的儀器供學(xué)生選擇。例如，（可選）“圖板、木塊、測(cè)力計(jì)、橡皮筋、線繩、直尺、天平、彈簧、鉤碼、秒表、直尺、天平”等。實(shí)驗(yàn)步驟改成了“實(shí)驗(yàn)過程與方法”，讓學(xué)生填寫、并寫出他們?cè)O(shè)計(jì)的想法和步驟。其他的實(shí)驗(yàn)要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生按要求完成對(duì)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

為了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的可行性，我們先分小組進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生們以小組為單位進(jìn)行設(shè)計(jì)。同學(xué)們各抒己見，說出設(shè)計(jì)思路和所用儀器，經(jīng)過小組全體成員討論，意見達(dá)成一致后寫出設(shè)計(jì)方案，交給教師審閱。教師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題的要給予糾正，啟發(fā)他們?cè)O(shè)計(jì)出更合理、更完善的方案。對(duì)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，教師就讓他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

經(jīng)過四、五個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生就能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)了。學(xué)生通過討論，經(jīng)過交流與合作，也學(xué)會(huì)了“在合作中既堅(jiān)持原則又尊重他人的合作精神”[1]。

4 進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，讓學(xué)生自己獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生對(duì)前面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有了一定的基礎(chǔ)之后，教師要進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，讓學(xué)生自己獨(dú)立想辦法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證。

如在講授完成安培力之后，兩根平行放置的通電導(dǎo)線的相互作用力如何？是相互吸引的還是相互排斥的？讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)導(dǎo)線的相互作用力進(jìn)行驗(yàn)證。這是一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己想辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生們根據(jù)所學(xué)習(xí)的知識(shí)，結(jié)合前面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)的思路，大多數(shù)同學(xué)都能夠?qū)懗鲚^合理的設(shè)計(jì)方案。

比如，實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、所用設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程、方法等。經(jīng)過教師指點(diǎn)，選擇一些合理的設(shè)計(jì)讓其進(jìn)行驗(yàn)證……

對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)的思路是正確的，而真正能驗(yàn)證成功的不多。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)方法是正確的，但是很多沒有效果，原因是學(xué)生沒有考慮到安培力的大小，也沒有考慮導(dǎo)線之間的距離。他們用的導(dǎo)線往往太粗，導(dǎo)線的距離放置得又太遠(yuǎn)，以至于導(dǎo)線間的相互作用力不明顯，觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這一點(diǎn)學(xué)生往往想不到……

這時(shí)教師要對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。告訴學(xué)生：導(dǎo)線間的作用力很小，因此，導(dǎo)線距離不能太遠(yuǎn)；選用導(dǎo)線時(shí)，用細(xì)、軟導(dǎo)線效果明顯一些；使用電源時(shí)，避免過載，要用一個(gè)滑動(dòng)變阻器，限制電流過載……通過教師的指導(dǎo)，學(xué)生就能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而提高學(xué)生的興趣，加深對(duì)物理現(xiàn)象的理解，同時(shí)也進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

同樣，根據(jù)電阻串并聯(lián)規(guī)律，讓學(xué)生設(shè)計(jì) “擴(kuò)大電流表量程”“擴(kuò)大電壓表的量程”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過教師指導(dǎo)，學(xué)生也能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)。

除此，我們本著 “嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相（下轉(zhuǎn)第63頁）（上接第60頁）關(guān)的問題”[3]，讓學(xué)生完成了 “水火箭設(shè)計(jì)與發(fā)射”“靜電屏蔽”“用傳感器控制溫度” “用電解法測(cè)定元電荷”“研究彈簧振子的周期與小球質(zhì)量的關(guān)系”等項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這樣，學(xué)生們根據(jù)已學(xué)習(xí)到的知識(shí)和教師的指導(dǎo)，就可以設(shè)計(jì)多個(gè)物理實(shí)驗(yàn)了。

5 建立一套激勵(lì)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的積極性

我們有完善的制度來督促學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在學(xué)生剛一入校時(shí)，就給他們介紹物理實(shí)驗(yàn)的重要性和我校要求很高的實(shí)驗(yàn)技能。要求所有物理實(shí)驗(yàn)的一半以上由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)；對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)完成情況要有記錄，對(duì)能設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的提出表揚(yáng)，對(duì)不能設(shè)計(jì)的加以督促、并給與鼓勵(lì)，促使他們進(jìn)一步去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；要求學(xué)生必須設(shè)計(jì)四個(gè)（大約學(xué)生應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一半）以上的，實(shí)驗(yàn)成績才能合格，六個(gè)以上才是良好；八個(gè)以上是優(yōu)秀……

我們要求實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成績合格的學(xué)生才能參加實(shí)驗(yàn)會(huì)考；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)達(dá)到良好和優(yōu)秀的才能評(píng)選優(yōu)秀班干部和優(yōu)秀畢業(yè)生等，這樣就激發(fā)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的興趣。

6 要持之以恒抓設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

從我校對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)來看，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)不要盲目求成，要一步一步、循序漸進(jìn)、持之以恒地進(jìn)行，要有人抓，還要有一套督促、激勵(lì)機(jī)制。

在一開始時(shí)，要讓學(xué)生按著實(shí)驗(yàn)手冊(cè)做幾個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉一下實(shí)驗(yàn)過程。然后，再有目的地讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。提出設(shè)計(jì)目標(biāo)，讓學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，由老師檢查、指導(dǎo)，最后讓學(xué)生去驗(yàn)證……以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

通過幾年的實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生們都能按照要求踴躍地去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能積極地去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行咨詢和驗(yàn)證。我們的教師也都能認(rèn)真、細(xì)致地給予指導(dǎo)。經(jīng)過我們的培養(yǎng)，相信學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)技能一定能得到提高，為將來的學(xué)習(xí)、工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京：人民教育出版社，2003.

（欄目編輯 王柏廬）