高中物理實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)的研究

李繼忠

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，很多物理規(guī)律都是在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)或總結(jié)出來(lái)的?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》提出了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，“科學(xué)探究”就是其中一個(gè)方面，“科學(xué)探究”是指基于觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋?zhuān)约皩?duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力?？梢?jiàn)物理實(shí)驗(yàn)是“科學(xué)探究”的基礎(chǔ)，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行囵B(yǎng)學(xué)生的分析能力、動(dòng)手能力、對(duì)知識(shí)的遷移能力和創(chuàng)新能力。但在平時(shí)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中卻經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_、實(shí)驗(yàn)原理弄不清、實(shí)驗(yàn)條件混淆、動(dòng)手能力差、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不會(huì)處理、不會(huì)分析實(shí)驗(yàn)誤差、不能用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢碚Z(yǔ)言表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論等問(wèn)題。那么如何才能有效提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果呢？

一、改變教學(xué)理念，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究

在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，有的教師一上課就會(huì)把這節(jié)課要做什么實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)原理是什么、用到什么器材、實(shí)驗(yàn)的步驟怎樣、如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等詳細(xì)地講一遍，然后學(xué)生再按照既定的步驟程序化地操作去獲取數(shù)據(jù)并得到能預(yù)知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一做法無(wú)疑是違背了實(shí)驗(yàn)探究的本意，老師一手包辦，看似能得到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程收獲甚少，甚至做完實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)的意圖、實(shí)驗(yàn)原理還是一知半解，學(xué)生的獨(dú)立分析能力、創(chuàng)新能力無(wú)法得到提升。因此我們要改變教學(xué)理念，從“老師上課講實(shí)驗(yàn)做什么→怎么做→學(xué)生按步驟完成實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變成“學(xué)生先通過(guò)課前預(yù)習(xí)弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁础ㄟ^(guò)了解實(shí)驗(yàn)室能提供的器材初步制定科學(xué)探究的方案→上課按制定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究→發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再?lài)L試用已有的物理知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題或進(jìn)一步請(qǐng)教老師”。這樣做可以激發(fā)學(xué)生做物理實(shí)驗(yàn)的興趣，從“老師讓我怎么做”轉(zhuǎn)變成“我要怎么做”，能更好的培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和獨(dú)立思考能力，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論印象更深刻。

例如：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已在前面“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)的裝置有一定的認(rèn)識(shí)并會(huì)由紙帶求加速度，這時(shí)借助控制變量法來(lái)探究小車(chē)加速度與所受外力的關(guān)系時(shí)，可讓學(xué)生自己先嘗試通過(guò)實(shí)驗(yàn)畫(huà)出a—F圖像，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出來(lái)的a—F圖像圖線(xiàn)沒(méi)有過(guò)原點(diǎn)，而是在坐標(biāo)軸上有截距時(shí)，再引導(dǎo)學(xué)生要使小車(chē)受到的外力等于繩子的拉力，應(yīng)先平衡摩擦力;當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼總質(zhì)量較大時(shí)，小車(chē)的a—F圖像圖線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)彎曲，這時(shí)再跟學(xué)生說(shuō)明圖線(xiàn)彎曲的原因是砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M，這時(shí)繩子的拉力大小不再近似等于砝碼盤(pán)和盤(pán)內(nèi)砝碼的重力，具體原理等后面學(xué)了牛頓第二定律便可進(jìn)一步分析。這樣的教學(xué)方式即可防止老師一下子把這個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的條件（平衡摩擦力和m遠(yuǎn)小于M）拋給學(xué)生，學(xué)生不明就里程序化的完成實(shí)驗(yàn)，又可以為接下來(lái)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)埋下伏筆，充分激發(fā)學(xué)生的求知欲，并使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)實(shí)驗(yàn)的條件加深了認(rèn)識(shí)。

二、自主實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的分析能力和動(dòng)手能力

在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，經(jīng)常有學(xué)生一碰到問(wèn)題就急著找老師解決，學(xué)生不會(huì)獨(dú)立思考分析原因，找出解決問(wèn)題的辦法，對(duì)老師過(guò)分依賴(lài)，結(jié)果變成老師在動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在旁邊觀(guān)察得到“理想”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位無(wú)法體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果肯定大打折扣。教師應(yīng)該善于利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生去分析問(wèn)題原因并讓學(xué)生自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。

例如：在“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”的實(shí)驗(yàn)中，有的同學(xué)連接好電路，閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮或是電表沒(méi)有讀數(shù)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)分析思考就急著請(qǐng)老師幫忙解決問(wèn)題，這時(shí)老師不應(yīng)代替學(xué)生去檢查電路排除故障，而是要引導(dǎo)學(xué)生先明確實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生自己檢查有沒(méi)有按照電路圖正確連線(xiàn)，若連線(xiàn)正確則再逐步去分析故障的原因，若小燈泡不亮，則可能是小燈泡與電源構(gòu)成的回路各段導(dǎo)線(xiàn)中有的與接線(xiàn)柱接觸不良或者滑動(dòng)變阻器的滑片接觸不良，也可能是電流太小燈絲不亮或燈絲燒斷等原因;若電流表有讀數(shù)而電壓表沒(méi)讀數(shù)，則可能是連接電壓表的導(dǎo)線(xiàn)接觸不良;若電壓表有讀數(shù)而電流表沒(méi)讀數(shù)，則可能是燈泡出現(xiàn)斷路故障。通過(guò)學(xué)生自己分析思考，自己動(dòng)手排查故障，既能培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和動(dòng)手能力，也能使學(xué)生體會(huì)到自主解決問(wèn)題帶來(lái)的樂(lè)趣，由被動(dòng)地做實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地喜歡做實(shí)驗(yàn)。

三、注重實(shí)驗(yàn)分層教學(xué)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力和創(chuàng)新能力

在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，我們應(yīng)根據(jù)學(xué)生個(gè)體的差異創(chuàng)設(shè)條件來(lái)滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，力求使不同層次的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都有所收獲。對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)通常課本有提供一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，但在教學(xué)過(guò)程中，我們不能只局限于課本提供的實(shí)驗(yàn)方案而限制了學(xué)生的想象力，對(duì)于基礎(chǔ)較一般的同學(xué)，要讓他們立足課本，把課本提供的實(shí)驗(yàn)方案弄懂弄透;而對(duì)于能力較好的同學(xué)，則要多鼓勵(lì)他們利用已有的物理知識(shí)去設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)靈活使用合適的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證，這樣做能有效的培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力和創(chuàng)新能力。

例如：在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，課本提供的方案是借助研究重物自由下落過(guò)程中動(dòng)能與勢(shì)能的變化來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，這一方案操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)誤差也比較小，那么除了這一方案外，能否利用之前力學(xué)實(shí)驗(yàn)中接觸過(guò)的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案呢？比如用“探究小車(chē)的加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置可以來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律嗎？老師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，若長(zhǎng)木板是平放的，則學(xué)生普遍會(huì)分析小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要克服摩擦力做功，所以小車(chē)和砝碼盤(pán)、砝碼構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，但若長(zhǎng)木板傾斜，有平衡小車(chē)所受的摩擦力，則有的同學(xué)就會(huì)認(rèn)為這時(shí)已經(jīng)“消除”了摩擦阻力的影響，小車(chē)和砝碼盤(pán)、砝碼構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但其實(shí)雖然有平衡摩擦力，小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還是會(huì)受到長(zhǎng)木板對(duì)它的摩擦力，還是要克服摩擦力做功，因此小車(chē)和砝碼盤(pán)、砝碼構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，所以用“探究小車(chē)的加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系”這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?？紤]到要盡量減小摩擦阻力的影響，我們可以用滑塊、氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器來(lái)代替小車(chē)、長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的推敲、論證，能有效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力和創(chuàng)新能力。

四、利用現(xiàn)代化工具，提高課堂實(shí)驗(yàn)探究的效率

在有探究實(shí)驗(yàn)的課堂上，有的老師往往不敢大膽放手讓學(xué)生去做實(shí)驗(yàn)探究，怕影響到授課的進(jìn)度，這時(shí)，我們不妨可以嘗試讓一些重復(fù)的、機(jī)械式的數(shù)據(jù)運(yùn)算交給計(jì)算機(jī)去處理，再將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果借助多媒體平臺(tái)展示出來(lái)。這樣做可以大大的節(jié)約時(shí)間成本，又可以提高數(shù)據(jù)處理的精確度。

例如：在“探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，借助紙帶來(lái)分析重錘的運(yùn)動(dòng)情況，在學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)后，可讓部分學(xué)生上臺(tái)展示實(shí)驗(yàn)紙帶并讀取數(shù)據(jù)，由平均速度法求某個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度，只要讀取該計(jì)數(shù)點(diǎn)相鄰兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)位置的刻度，就能通過(guò)電腦的Excel軟件算出兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)間的位移從而進(jìn)一步算出計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度。由Excel軟件的圖表功能，當(dāng)我們確定了某些時(shí)刻重錘的瞬時(shí)速度后，我們還能進(jìn)一步作出重錘運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，如圖所示，這是由學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的圖表，由v-t圖像不僅可以直觀(guān)看出重錘下落的速度隨時(shí)間均勻變化，還可以進(jìn)一步算出重錘下落的加速度。這樣做不但大大提高了課堂實(shí)驗(yàn)探究的效率，同時(shí)也使實(shí)驗(yàn)效果更直觀(guān)。

總之，要使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更有效，需要教師改變教學(xué)理念，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生真正動(dòng)起來(lái);要關(guān)注學(xué)生水平的差異，因材施教;要加大實(shí)驗(yàn)探究的力度，想方設(shè)法提高課堂實(shí)驗(yàn)探究的效率;要善于利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

責(zé)任編輯龍建剛