物理實驗教學各環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)之我見

黃欽東

摘 要：分析了在物理實驗教學過程中教師采用傳統(tǒng)方法的弊端，詳細地剖析了物理實驗教學的各個環(huán)節(jié)中如何引導學生大膽參與實驗過程。在體現(xiàn)學生主體作用的前提下，對如何更好地發(fā)揮教師的主導作用探索了一些方法，初步體會到了教師主導作用在物理實驗課中的意義。

關鍵詞：物理實驗教學；傳統(tǒng)弊端；實驗教學環(huán)節(jié)；實驗過程；探究能力

物理學是以觀察和實驗為基礎建立起來的一門學科。實驗教學在整個物理教學過程中，起著舉足輕重的作用。然而多年以來所形成的傳統(tǒng)實驗教學，是按教材的思路，按照“提出問題→設計實驗→進行實驗→得出現(xiàn)象或結論（規(guī)律）”的程序，基本由教師一手包辦，即使是分組實驗也僅僅讓學生照方抓藥，模仿操作。這樣的實驗教學雖然能達到既縮短教學時間，又能“準確”地得出結論，整個實驗教學過程看似“圓滿”。但學生對實驗及相關的物理知識掌握得不全面，更無法培養(yǎng)學生的提出問題的能力、設計能力、實驗操作能力以及創(chuàng)造能力。在教師“重結論、輕過程”的指導下，要求學生死記硬背其結論和規(guī)律，并通過大量的練習來達到“提高”教學質量的目的，長此以往，勢必加重學生學習負擔，失去對物理的學習興趣，甚至培養(yǎng)出“高分低能”的學生，這與素質教育的要求是完全相悖的。

物理實驗教學是完成整個物理教學活動必不可少的環(huán)節(jié)，應當成為培養(yǎng)學生觀察能力、設計能力、操作能力和創(chuàng)造性思維的重要組成部分。在實驗教學中應發(fā)揮教師的主導作用，突出學生的主體地位，摒棄教師“我做你看”“我說你記”的實驗教學方式，采用較為靈活的教學方法，在整個實驗教學的各個環(huán)節(jié)中采用有效的教學手段，逐步將實驗教學引導到能有效地激發(fā)學生的思維，讓學生多種感官參與教學活動，使學生的潛能和創(chuàng)造性充分表現(xiàn)出來的境地，從而讓一個活躍且有序、思維發(fā)散且目的明確的實驗教學秩序在愉快的教學中逐步形成。

實驗教學雖然有多種形式，但通常情況下都是按照“提出問題→猜想與假設→制訂計劃與設計實驗→進行實驗與收集證據→分析與論證→得出現(xiàn)象或結論（規(guī)律）→評估、交流與合作”的程序而展開的。下面是本人在各個環(huán)節(jié)中對如何引導學生進行實驗所進行的一些嘗試。

一、引導學生學會“提出問題”是實驗教學的良好開端

實驗教學的第一環(huán)節(jié)是“提出問題”。沒有探究就沒有科學，而提不出問題也就不會有探究，探究源于問題。問題的存在本身就能激發(fā)學生的求知欲和探究欲，學生的提問，特別是較高水平的提問，也是解決問題的一個必要方面。在實驗教學中一開始讓學生提出問題是很難實現(xiàn)的，更談不上提出與教學目標相關的問題來，這就需要教師有效地設置相關物理情景，即從學生熟悉的生活現(xiàn)象中，提供必要的問題背景，創(chuàng)設合理的、具體的物理情景，展示明顯的物理現(xiàn)象，讓學生想有所想，從而啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)并提出問題。使學生通過觀察、感知、體驗后發(fā)現(xiàn)問題；或者創(chuàng)設一定的任務，在完成任務過程中點燃智慧的火花，產生探究問題。具體的操作步驟：（1）設置問題情景任務；（2）分析歸納情景體現(xiàn)的內在規(guī)律；（3）引導學生提出問題。例如，在探究《歐姆定律》一節(jié)時，創(chuàng)設如下情景：

①分別用一節(jié)和兩節(jié)干電池給同一個小燈泡供電，閉合開關，觀察現(xiàn)象；

②用導線把小燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在同一電路中，閉合開關，移動滑片，觀察現(xiàn)象。

讓學生觀察現(xiàn)象后分析歸納其內在規(guī)律，引導學生思考看到了什么現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了什么問題，并進一步提出問題。通過一步步的深入引導：小燈泡的亮度不同，又屬于什么因素影響？進而提出了“通過導體電流的大小跟哪些因素有關？”的問題。

實驗探究問題的提出，需要一個較長的適應過程。開始時學生發(fā)現(xiàn)和提出的問題不是都跟該課題有關，有時還會出現(xiàn)風馬牛不相及的問題，教師要耐心地傾聽學生所提的問題，從中發(fā)現(xiàn)其閃光點，及時給予鼓勵，避免壓制。隨著學習的深入，他們的“提問題”興趣就會有較大的提高，思路也隨之被拓寬，進而提高學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

二、科學地提出“猜想和假設”是實驗教學的切入點

通過創(chuàng)設一定的任務提出了問題，就得想方法解決問題，讓學生科學地進行猜想和假設，這是完成實驗教學的切入點?？茖W猜想不同于胡思亂想，假設必須依據科學的方法，在此原則下就需要教師進行適當的引導。在實驗教學中教師應該鼓勵學生大膽進行猜想，但由于受傳統(tǒng)教育思想的影響和學生本身的知識及感性經驗的限制，猜想往往會流于形式，學生甚至不加思考，信手拈來，使猜想和假設達不到應起的作用。因此，在提出問題后教師要抓住主要矛盾，引導學生在創(chuàng)設的物理情景下，有方向性地提出科學的猜想和假設，使猜想有明確的指向性，從而做到有的放矢，去繁求精。同時，應注重對學生進行科學“猜想和假設”能力的培養(yǎng)，讓學生猜而有路，想而有物，循序漸進，逐步提高。如，在科學探究《摩擦力》一節(jié)中，教師引導學生根據所設置的物理情景和日常生活的許多現(xiàn)象，突顯“影響摩擦力大小的因素”這個主題，使學生很自然地提出了摩擦力的大小可能與壓力大小有關、可能與接觸面的光滑程度有關后，又提出了是否還與接觸面的大小有關等猜想和假設。再如，在探究《阿基米德原理》的實驗中，首先引導學生研究“浮力的大小和哪些因素有關？”要引出這個問題，首先要啟發(fā)他們從“井里提桶”和“游泳”以及在游泳池游泳和在海水中游泳有何不同等生活經驗入手提出猜想。學生很快就歸納出：（1）浮力的大小可能跟物體浸入液體里的體積有關；（2）浮力的大小還可能跟液體的密度有關。在教學過程中，教師要及時對這些猜想和假設進行評價，將學生引導到實驗目標的探究方向后保留合理的猜想和假設，為下一步制訂實驗計劃打下基礎。

三、有效地“制訂計劃和設計實驗”是實驗教學的前提

有效地制定好實驗計劃和設計實驗，是實驗教學的前提。在進行科學猜想和假設之后，我們已經充分認識到所探究的內容可能跟什么因素有關，在制訂實驗計劃時，就需要全面地考慮所有猜想和假設，并采用物理學常用的一些研究問題的方法（如控制變量法），從而有的放矢地設計實驗和選擇器材。如，在科學探究《物質的比熱容》一節(jié)中，要探究物質的比熱容跟哪些因素有關，在引導學生歸納出可能影響物體吸放熱的幾個假設因素后，在設計探究計劃時就需要控制變量。這時教師就需要讓學生明確為什么要控制變量、如何控制變量以及怎樣控制變量。接著教師繼續(xù)引導如何設計該實驗，該實驗中選擇了怎樣的器材，教材中為什么分別提供兩個電熱器和兩個酒精燈，各有什么優(yōu)缺點，跟該探究有何關系……通過師生共同挖掘，以及學生小組間進行交流與評價，得到合理解釋，從而取得了較為滿意的效果。再如，伏安法測電阻中演變而來的一個設計實驗：用一個電流表，一個電壓未知的直流電源，一個已知阻值的定值電阻，一個開關和若干導線，如何測一個未知電阻的阻值。我在教學中引導學生分析伏安法測電阻的原理，是用電壓表測出待測電阻兩端的電壓，電流表測出通過待測電阻的電流，后用R=U/I求出電阻即可。然而本實驗沒有給出電壓表，也就不能直接測量電壓值，只有通過間接的方法測出電壓值。如何將未知電阻的電壓值轉到可用電流表直接測量的電流值來獲得，就成了設計的關鍵。在設計中我沒有越俎代庖，而是引導學生進一步回憶串、并聯(lián)電路的特點，最終較好地完成了該實驗，更可喜的是通過該實驗有的學生還自發(fā)地找到了上述實驗的又一變化——將電流表換成電壓表后同樣也能完成本實驗，在老師的引導下學生較完整地將此實驗設計并完成了。

制訂實驗計劃以及實驗設計是實驗教學的難點，是培養(yǎng)學生的設計能力、綜合應用物理知識能力的有效手段。在教學嘗試中一定要循序漸進，密切注意學生的個體差異。根據學生的特點和認知水平，學生制訂的計劃和設計的實驗，往往還有不完善的地方，教師應該及時讓學生體會一個好的實驗計劃與好的實驗設計是做好實驗的前提，需要實驗過程的檢驗與不斷完善。只有這樣堅持有效地引導和訓練，才能逐步提高學生的設計能力。

四、成功地“進行實驗和收集證據”是實驗教學的關鍵

有了合理的計劃，完成實驗就有了必要的保證。然而成功地完成實驗才是實驗教學的關鍵。教材中的有些實驗看似簡單，做起來因實驗條件的限制就將出現(xiàn)失敗或現(xiàn)象不明顯等情況，使學生無法獲得科學、生動的感性認識，無法得到正確的結論，從而也就達不到實驗教學的要求。因此無論是演示實驗還是分組實驗，除了在實驗前精心準備實驗器材外，作為引導者的教師就必須明確要得到實驗結論成功的要素，并認真研究實驗條件，有效地控制實驗條件，確保實驗一次成功。如，教材中的“引火儀實驗”由于受器材限制，用棉球蘸上普通的酒精（或乙醚）放入后，即便壓幾次也無法引出火來，實驗就無法完成。我們知道這是由于下壓活塞的機械能轉化成的空氣內能太小，無法使空氣的溫度升高到酒精（或乙醚）的著火點。了解實驗條件導致實驗失敗的原因后，我們從改變實驗條件入手，首先讓活塞和筒壁間密閉但保持潤滑，后選擇硝化棉，這樣就能一次確保實驗的成功，讓學生正確體會“壓縮氣體做功使氣體內能增加—溫度升高—達到硝化棉的著火點而燃燒”的結論。成功的實驗需要準確地觀察現(xiàn)象和收集數據，因為后者才是接下來分析論證的依據，一個準確、明顯的實驗現(xiàn)象，一組準確的實驗數據是進一步分析和論證的前提，只有充分意識到這些重要性，才能更好地引導學生，確保實驗的圓滿完成。

五、如實地“分析與論證”是實驗教學的重點

如實地記錄結果，是培養(yǎng)嚴謹的科學素養(yǎng)的基本要求，同時也是實驗教學的重點。無論是演示實驗還是分組實驗，所有的數據和現(xiàn)象的記錄任務都可以讓學生完成，這樣既提高了數據的可信度，又培養(yǎng)了學生的觀察能力，同時也有效地培養(yǎng)了學生實事求是的科學態(tài)度。有了現(xiàn)象和數據，如何進行現(xiàn)象和數據分析與論證，就成了得出物理原理和規(guī)律的關鍵。在教學實踐中，有些實驗數據，往往因為實驗條件的限制以及不可抗拒的外部條件，跟得出實驗結論的所需數據有差距，這樣就無法直接從數據得出物理原理和規(guī)律。如，探究“電功率跟哪些因素有關”的實驗，教材意圖是通過電源供電的電阻絲發(fā)熱放出熱量（即電能轉化為內能）使瓶中的煤油溫度升高，通過測定煤油的質量m、初溫t1、末溫t2以及已知煤油的比熱容c=2.1×103J/（kg·℃）代入公式Q=cm（t2-t1），求出煤油吸收的熱量，再利用電流做的功即為消耗的電能轉化為內能，放出的熱量全部被煤油吸收，即Q放=Q吸=W。最后求出P=W/t，并用這個結果跟UI的乘積進行比較，試圖用實驗的方法推出這個公式。但是電流做功的過程不可能全部轉化為內能而產生熱量，也不可能全部被煤油吸收（部分熱被容器和空氣吸收）。這顯然是一個不能完成的實驗推導方法，通過分析我們已經知道Q吸

六、準確地“得出現(xiàn)象和結論”是實驗教學的目標

無疑，準確地得出現(xiàn)象和結論是實驗教學的最主要目標。教師切忌包辦代替，其實，有了前面的分析論證，有了教師的引導和啟發(fā)，經過多次有效的訓練后，大多數學生還是能較順利地得出結論直至歸納出原理和規(guī)律。然而實驗過程不能僅僅為得出結論而實驗，更重要的是讓學生學會科學地分析歸納方法，培養(yǎng)他們的發(fā)散思維能力，全面提升邏輯思維能力和創(chuàng)造性思維能力。如，在收集到探究“歐姆定律”的數據后，分析數據得出結論時，我們首先要分清哪些是控制變量、哪些是因變量和自變量，在形成結論時引導學生明確控制變量一般即為條件，通過分析因變量和自變量的關系，很自然地得出：“當電阻一定時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比?！焙汀爱旊妷阂欢〞r，導體中的電流跟它的電阻成反比?！钡慕Y論。

通常情況下，一個物理實驗一般都是得出一個現(xiàn)象、結論或測量一個物理量。然而有的實驗，卻存在著進一步的延伸空間，這就需要教師的引導。如，用伏安法測小燈泡的功率的實驗，是整個初中電學的實驗的整合，該實驗涵蓋了電路的設計、串聯(lián)電路的連接、滑動變阻器的連接和作用、小燈泡實際功率和額定功率的關系以及電流表、電壓表的使用等。我在學生明確實驗的原理、自行設計好電路圖后，引導他們選擇器材、連接電路、按實驗步驟進行實驗，讓學生明確為什么要控制實驗條件：即電壓表的示數為額定電壓，讀出對應電流表示數并及時在預先設計的表格上做好記錄，同時引導學生用眼睛觀察小燈泡的亮度、用手觸摸小燈泡感覺其溫度，并做好記錄。而后繼續(xù)控制實驗條件：讓小燈泡兩端的電壓（即為電壓表示數）低于或略高于額定電壓值時重復上述實驗并做好記錄。通過對實驗數據的分析處理，求出額定電功率和實際功率值。在完成好本次實驗后，設置了兩個問題：（1）本實驗跟“伏安法測小燈泡的電阻”有何異同？（2）燈的發(fā)光程度與實際功率間存在什么關系？最后計算出兩種情況的電阻值并分析其阻值變化的原因。通過引導，學生一舉多得，較好地獲得了感性認識，使知識得以拓展，能力得以提高。

七、愉快地“評估、交流和合作”是實驗教學的延伸

愉快地進行“評估、交流和合作”是實驗教學的延伸和拓展，是實驗教學中不可或缺的一個環(huán)節(jié)。通過“評估、交流和合作”，將使學生對實驗現(xiàn)象和結論作進一步理解，使其邏輯思維能力得以提升，同時在實驗教學中合作學習還是提高合作精神的一個重要組成部分。具體操作時，我采取了先將學生分成4人實驗小組：前后桌組成一組，允許在課前自由組合，根據需要由教師作適當的調整，盡量使分組能達到具有異質性，這樣交流起來就更具有挑戰(zhàn)性和批判性。在4人小組中，每人都輪流任組長，使每位學生都得到鍛煉的機會，組長除了組織好本次的交流和合作外，還要對本次實驗的交流“成果”做好記錄，并在全班交流中展示出來。在這一環(huán)節(jié)中，教師更應發(fā)揮引導的功能，密切注意學生在交流中的表現(xiàn)，及時鼓勵和評價學生的表現(xiàn)，使“評估、交流和合作”真正對學生的學習產生積極的影響。

提倡以學生為主體，不能將所有的問題都丟給學生，而忽視教師主導地位的作用。實驗教學過程中既要考慮學生的主體地位，也要注意教師在實驗教學中的主導作用。“教師搭臺，學生唱戲”的前提就是先要搭好“臺”，這是基礎。老師只有過硬的本領，認真探索新的實驗教學方法，處理好各實驗環(huán)節(jié)之間的關系，不斷充實自己，提高自己的執(zhí)教能力，真正搭出好“臺”，并成為優(yōu)秀的“導演”，才能引導學生唱一出好“戲”來。

編輯 董慧紅