普通高中物理實驗教學現(xiàn)狀及有效途徑探索

摘 要 本文簡介普通高中物理實驗設置情況和對105所地（州、市）域或縣（市、區(qū)）域普通高中物理實驗教學調(diào)查的綜合狀況，分析普通高中物理實驗開設率低的成因，并給出提高普通高中物理實驗教學的實踐性有效途徑。

關鍵詞 普通高中;物理實驗;調(diào)查;實驗認識;實驗開設率

物理實驗教學是物理教學的重要組成部分，在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、提高實際動手能力以及深化對物理學原理理解等方面物理實驗都具有不可替代的重要性。通過實驗教學，學生能夠親身參與科學探究過程，從而使學生更加深刻地理解抽象的物理概念，培養(yǎng)學生的批判性思維、合作能力、觀察能力和解決實際問題的能力，塑造學生的科學探究精神。

在“三新”（新課程、新教材及新高考）的背景下，對如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才，物理實驗教學更加顯現(xiàn)其重要作用。

然而，從我們通過實地考察、電話問詢及網(wǎng)絡交流等方式對百余所地（州、市）域或縣（市、區(qū)）域普通高中物理實驗器材配置和物理實驗開設情況以及物理教師、管理人員、學生對物理實驗的認識和態(tài)度等的調(diào)查數(shù)據(jù)來看，當下普通高中物理實驗教學的現(xiàn)狀不容樂觀。

1 實驗設置

不同版本的普通高中物理教材對實驗內(nèi)容的設置基本相同，但也略有差異。根據(jù)目前人教版普通高中教科書物理（以下統(tǒng)稱普通高中物理教材）[1-6]統(tǒng)計，演示實驗共44個，其中必修1～3有14個，選擇性必修1～3有30個，見表1;分組實驗共21個，其中必修1～3有12個，選擇性必修1～3有9個，見表2。

一般地，物理實驗的類型可分為感知性實驗、觀察性實驗，驗證性實驗、設計性實驗和探究性實驗。從表1和表2可以看出，演示實驗通常是感知性實驗和觀察性實驗，而分組實驗通常是驗證性實驗、設計性實驗和探究性實驗。

2 實驗教學現(xiàn)狀調(diào)查及分析

2.1 實驗室配置及開設現(xiàn)狀

實驗室配置包括實驗專用教室配置（主要指間數(shù)或使用面積，不含實驗器材儲藏室和實驗準備室）、實驗器材（包括電腦等辦公設備）配置和實驗專職教師質(zhì)數(shù)配置，實驗開設現(xiàn)狀是指實際開設實驗個數(shù)跟應開設實驗個數(shù)的比值（百分比）。

一般地，在校學生為3500人左右的一所普通高中，實驗專用教室配置應為5間（力學實驗室2間、電磁學實驗室2間、熱學光學實驗室1間）共500m2（含）以上、實驗專職教師3～4人才能滿足實驗正常開設的要求。

為了充分了解目前各地高中學校物理實驗室配置和開設情況，我們調(diào)查了105所地（州、市）域或縣（市、區(qū)）域普通高中學校（其中，公辦高中學校90所，民辦高中學校15所），具體情況見表3。

從表3可以看出，絕大多數(shù)學校的實驗器材配置是能夠滿足課程實驗要求;但實驗專用教室配置和實驗專職教師配置明顯不足，甚至有約24%的學校沒有實驗專職教師;絕大多數(shù)學校的實驗開設率很低，其中有70%以上的學校的實驗開設率小于50%，甚至有約23%的學校沒有開設實驗。同時，從表3還可看出，公辦高中學校的各項指標配置相對優(yōu)越于民辦高中學校。

2.2 實驗教學現(xiàn)狀分析

調(diào)查結(jié)果顯示，絕大多數(shù)學校的絕大多數(shù)實驗器材僅是作為擺設，甚至一些學校的很多實驗器材連包裝都沒有拆封，實驗開設現(xiàn)狀不容樂觀，且民辦高中學校更為突出。另外，多數(shù)學校對已開設實驗的實效性也很不理想。造成這種令人擔憂局面的本質(zhì)原因是什么呢？

2.2.1 功利性教學思想嚴重

從某種角度來說，高考指揮棒決定高中教學的走向，學校教學思想就圍繞如何提高學生的高考分值而忽視學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。而很多學校從普通的一線教師到學校管理層又都普遍認為，學生的高考的分值決定于課堂教學。

這樣一來，學校的課堂教學就被有意識地進行密布安排。比如，有不少學校上午6節(jié)（其中1節(jié)為早自習）、下午4節(jié)甚至5節(jié)、晚上4節(jié)（晚自習），甚至星期天也排滿課時。并且，早自習和晚自習絕大多數(shù)也是老師在拼命地進行緊鑼密鼓的講授。

同 時，不少老師還要拼命地利用僅有的中午時間為學生“查缺補漏”，以及搶占一些非高考學科的課時進行“強化教學”。學校對此也不表態(tài)，任其展現(xiàn)各施其能。

物理等實驗學科的老師對必須做的演示實驗和學生分組實驗也不做了，將必須上的實驗課也盡可能地用來給學生把“知識講透”（講得透嗎？?。?。

當然，這種功利性的教學思想導致的結(jié)果，不但沒能提高學生的高考分值，反而增添了很多不和諧的因素，造成人心惶惶的緊張局面。

2.2.2 實驗的重要性被忽視

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有不少學校完全忽視實驗重要性，主要體現(xiàn)在學校管理層的實驗觀念錯誤、實驗學科教師實驗思想惰性和學生的實驗意識懵懂三個方面。

1） 學校管理層的錯誤實驗觀念

在被調(diào)查統(tǒng)計的學校中，約有60%以上的校長及其他管理層領導對實驗教學的認識是不到位甚至是錯誤的。他們認為，實驗課開與不開對教學的實效性沒有多大的影響，這些學校開設實驗課的目的主要是迫于國家課程計劃、課程標準及教材規(guī)劃的要求，而不是真正的要把實驗課開足、開齊、開好。這些學校開設實驗課僅僅是在課程表中有所體現(xiàn)就行了，至于其落實的情況和效果無關緊要。

在這一思想的驅(qū)使下，學校的實驗專用教室的配置和實驗專職教師的配置就顯然明顯不足了，學校的實驗室規(guī)劃或招考引進老師時也沒有在這一方面進行科學的論證和分析，物理等實驗學科的任課老師們也就理所當然地將必須的“做”實驗用“講”實驗來代替。

2） 實驗學科教師的惰性實驗思想

在被調(diào)查統(tǒng)計的物理等學科教師中，有50%以上是認識到做實驗的重要性的，但有70%以上的實驗學科教師具有嚴重的實驗惰性思想。因此，在沒有實驗專職教師作準備的情況下，多數(shù)任課教師對必須要做的實驗都采取講而不做。

另外，由于實驗惰性思想的驅(qū)使，很多任課教師在組織學生做實驗時也沒有作好必要的準備。比如，如何理解實驗原理、實驗器材如何正確使用、如何作好實驗記錄及作好數(shù)據(jù)處理和誤差分析、如何撰寫實驗報告等都沒有相應的規(guī)劃設計，僅僅是流于形式讓學生在實驗室胡亂溜達一趟。這樣的實驗效果是顯而易見的，這樣的實驗做與不做沒有什么區(qū)別。

3） 學生的懵懂實驗意識

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學生是很喜歡做實驗的，但為數(shù)不少的學生對做實驗只是一種懵懂意識，對于做實驗的真正目的、做實驗的重要性等沒有正確的認識。因此，多數(shù)學生進實驗室只是盲目地做實驗，至于做某個實驗關鍵要掌握什么東西、要達到什么效果等他們并不清楚。

另外，有為數(shù)不少的學校的為數(shù)不少的學生進實驗室做實驗不是真正的喜歡做實驗，而是認為進實驗室做實驗好玩。因此，這樣的實驗效果顯然是不會理想的。

2.2.3 實驗專職教師的考評機制缺乏

對于專業(yè)技術職務（職稱）評聘和績效考核，實驗專職教師與任課教師屬于兩種不同的系列，所要求的評聘和考核條件也是不同的。

對于任課教師的考核指標主要有：學生的考試成績、班主任對學生的德育管理、優(yōu)質(zhì)課、教學科研論文、課題研究、教學技能比賽、創(chuàng)新實驗設計比賽等。

對于實驗專職教師的考核指標主要有：實驗器材的維修和維護、實驗課的統(tǒng)籌安排、科研論文、課題研究、創(chuàng)新實驗設計比賽等。

可以看出，任課教師的考核指標較多，則可供職稱評聘及績效考核的支撐條件就多。并且，任課教師的考核指標都可以量化。這樣，任課教師對于職稱評聘及績效考核就更容易準備充分的條件。

但 是，由于絕大多數(shù)學校都沒有專門針對實驗專職教師的考核制度和評聘機制。這就對實驗專職教師不公平，從而使得物理等實驗學科的任課教師不愿意服從學校安排進實驗室擔任實驗專職教師，這也是實驗專職教師配置不足的主要原因之一。

3 提高實驗教學實踐性途徑

如何才能真正提高實驗教學的實效性？ 首先，必須充分轉(zhuǎn)變觀念強化實驗意識、充分認識做實驗的重要性，建立健全或完善實驗專職教師考評機制，盡可能配足配齊實驗專職教師和實驗專用教室，切實落實課標實驗（教材中的演示實驗和學生分組實驗），注重教材中所列的基本儀器的使用。其次，根據(jù)高考實驗題靈活多變的特點，實驗教學還必須注重拓展實驗和創(chuàng)新實驗的開發(fā)、教材實驗的改進、探究性實驗的設計等。

3.1 拓展實驗

拓展實驗是指根據(jù)已學過的一些基本知識設計的非常規(guī)性實驗，這類實驗的原理是教材所涉及的但其方法卻是教材中未涉及的內(nèi)容。比如，在通常情況下，平面鏡所成的像都是與物體等大的正立虛像。但當平面鏡的線度相對于物體小得多時，物體上的每一點即物點發(fā)出或散射的光線中，有且只有一條能被平面鏡反射并投射到光屏上得到一個像點，每個像點與相應的物點為一一對應關系，所有像點的集合就形成了與物體相似的倒立實像（投影像）[7]，如圖1所示。表4是用圖1的裝置進行實驗得出的微小平面鏡成實像（投影像）的幾組測量數(shù)據(jù)。

微小平面鏡成像跟小孔成像的本質(zhì)是相同的，只不過微小平面鏡所成的實像（投影像）是在反射光場，而小孔所成的實像（投影像）是在透射光場。如果用半透光材料代替圖1中的微小平面鏡做實驗，不僅可以在反射光場中觀察到物體的倒立實像（投影像），同時還可以在透射光場中也能觀察到物體的倒立實像（投影像）。圖2表示了微小平面鏡成像和小孔成像跟物體之間的關系，可以看出，物平面跟小孔的像平面共面，而微小平面鏡的實像面跟虛像面共面。

再比如，在進行自感現(xiàn)象的教學時，采用日光燈電感鎮(zhèn)流器和1～2節(jié)干電池設計的“千人震”實驗[8]，如圖3所示。閉合開關穩(wěn)定后，突然斷開開關的瞬間，由于鎮(zhèn)流器的強自感作用，手牽手的十幾人甚至幾十人同時感受到較強烈的觸電。由于每人兩手之間的電壓均在70V 左右，因此鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的自感電動勢為1400～1500V。

很顯然，讓學生親身體驗和操作這樣一些拓展實驗，能使他們產(chǎn)生極其強烈的認知沖突，打破對一些物理現(xiàn)象的常規(guī)認識，“做”實驗給學生造就的能力和潛在素養(yǎng)的培養(yǎng)靠“講”實驗是不可能實現(xiàn)的。

3.2 創(chuàng)新實驗

創(chuàng)新實驗是指不拘泥于已學過的實驗原理和實驗方法以及實驗器材所設計的實驗，這類實驗的原理和方法可能為課本中未涉及的內(nèi)容。

比如筆者利用MvImagevt軟件和Tracker軟件設計了一個對布朗運動進行可視化追蹤實驗[9]，該實驗利用 MvImagevt和 Tracker對顆粒運動的視頻片段進行分析，追蹤選定某個顆粒的軌跡，達到以簡潔高效的數(shù)據(jù)分析手段揭示布朗運動規(guī)律的效果，使布朗運動可視化，如圖4所示。同時，該實驗對生物顯微鏡結(jié)合布朗運動視頻的使用進行了科學的定標，使布朗運動真實化。

毋庸置疑，這類創(chuàng)新實驗不但可以培養(yǎng)學生的實驗遷移能力和創(chuàng)新能力，還可以培養(yǎng)學生對跨學科知識的應用能力。

3.3 改進實驗

改進實驗指根據(jù)教材實驗的一般實驗原理和實驗方法而設計或改進的源于教材而又不拘泥于教材的實驗。這類實驗主要是從減小誤差的角度去改進實驗方案，具體問題可考慮利用平均值法、圖象法等進行數(shù)據(jù)分析或消除原理誤差的方法進行改進，最終得出合理的實驗結(jié)論。比如，根據(jù)伏安法原理創(chuàng)新設計的單伏雙安法系列實驗、雙伏單安法系列實驗、電橋伏安法系列實驗等[10-12]，都是源于教材而高于教材的實驗。圖5所示是伏安法原理的系列改進實驗電路圖，根據(jù)這些電路圖設計的實驗對有關物理量的測量值原則上與各伏特表、安培表的內(nèi)電阻無關，不存在原理誤差。

不難理解，改進實驗不僅可以鞏固教材實驗的常規(guī)實驗原理和一般實驗方法，同時有些改進實驗還對于大學與中學的教學能起到很好的銜接作用。

3.4 探究性實驗

探究性實驗是指實驗者在不知曉實驗結(jié)果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學概念的一種認知活動。高考涉及的探究性實驗大多會用傳感器進行設計。傳感器是一種能將不易測量的量轉(zhuǎn)化為容易測量的量的裝置，通常有力電傳感器、熱電傳感器、光電傳感器及聲電傳感器等。傳感器并不復雜，比如力電傳感器的主要元件就是壓敏電阻、熱電傳感器的主要元件就是熱敏電阻、光電傳感器的主要元件就是光敏電阻等。

圖6所示是探究熱敏電阻熱敏特性實驗裝置，其中燒杯中盛適量的菜籽油（沸點約335℃），實驗中的熱敏電阻有NTC（負溫度系數(shù)型）型和PTC（正溫度系數(shù)型）型兩類，用酒精燈加熱。實驗要求記錄不同類型的熱敏電阻的不同溫度對應的電阻值，并在圖7所示坐標中選取適當?shù)臉硕茸鞒龈鳠崦綦娮璧碾娮柚惦S溫度變化的關系曲線，并要求結(jié)合關系曲線分析不同溫度段的特殊性。

圖8所示是探究熱敏電阻熱敏特性實驗裝置，其中光源的發(fā)光強度可以根據(jù)實驗要求進行調(diào)節(jié)，用光強度計測量所需要的光強度。實驗過程中采用了不同材料的幾種可見光光敏電阻，要求記錄不同光敏電阻的不同光強度照射時對應的電阻值，并在圖9所示坐標中選取適當?shù)臉硕茸鞒龈鞴饷綦娮璧碾娮柚惦S光強度變化的關系曲線。

利用傳感器可以方便地實現(xiàn)自動控制、遙控、自動計數(shù)等。圖10所示是利用光敏電阻設計的光電傳感器自動計數(shù)實驗裝置，其中A 是激光筆（或其他發(fā)光元件），B 為光電傳感器（由光敏電阻跟相應的電子線路構(gòu)成），C 為信號處理系統(tǒng)。當運動著傳送帶上的物品（或手中拿著的左右往復移動的鉛筆、直尺等）擋住A 射向B 的光信號時，光敏電阻阻值變小，供給信號處理系統(tǒng)的電壓升高;沒有物品擋住光信號時，信號處理系統(tǒng)的電壓就降低。這種高低交替變化的信號經(jīng)過信號處理系統(tǒng)處理，就會自動將其轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字，從而實現(xiàn)自動計數(shù)功能。實驗中要求學生能自己組裝實驗元件、能簡單分析實驗原理等，還要求會將實驗原理和方法遷移應用，比如用之研究氣墊導軌上的碰撞問題、研究自由落體運動問題等。

這類實驗無疑對提高學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的動手能力等是大有禆益的。

4 結(jié)語

長期以來，普通高中學校物理等實驗學科實驗教學的實效性均處于比較尷尬的境地。因此，根據(jù)調(diào)查分析表明，對普通高中學校的領導層實驗觀念亟待更新，對實驗專職教師的考評機制亟待建立和完善，對物理等實驗學科教師的實驗思想亟待解放，對學生的實驗意識亟待提高。

每一所普通高中學校，若能結(jié)合自身實際，積極進行實踐性的探索路徑開展實驗教學，一定會有顯著的良好效果。

參 考 文 獻

[1] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2020.

[5] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2020.

[6] 人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理選擇性必修第三冊[M].北京：人民教育出版社，2020.

[7] 黃紹書.微小平面鏡成“像”實驗及由此引起的思考[J].物理教學探討，1997，6（15）：29-30.

HUANG S S. Experiment on the formation of “images”with a small flat mirror and its corresponding reflections[J].Exploration of Physics Teaching， 1997， 6（15）： 29-30. （inChinese）

[8] 千人震實驗[OE/OL].https：//easylearn.baidu.com/edupage/tiangong/questiondetail？id=1730369505754564650amp;fr=search.

[9] 王金霞，黃紹書，岳國聯(lián)，等. 用MvImage vt和Tracker對布朗運動進行可視化追蹤實驗[J].物理通報，2023，4：126-129.

WANG J X， HUANG S S， YUE G L， et al. Visualizationtracking experiment of Brownian motion using MvImage vt andTracker[J]. Physical Bulletin， 2023， 4： 126-129. （in Chinese）

[10] 黃紹書.伏安法實驗的創(chuàng)新電路設計與研究[J].物理通報，2017，10：82-83，87.

HUANG S S. Innovative circuit design and research forvoltammetry experiments[J]. Physics Bulletin， 2017， 10：82-83， 87. （in Chinese）

[11] 黃紹書.電橋伏安法及其應用[J].物理通報，1999，5：36，38.

HUANG S S. Bridge Voltammetry and Its Application[J].Physical Bulletin， 1999， 5： 36， 38. （in Chinese）

[12] 黃紹書.“電橋伏安法”測電池電動勢和內(nèi)電阻[J].物理實驗，1998，1（18）：15.

HUANG S S. Measurement of battery electromotive forceand internal resistance using bridge voltammetry[J]. PhysicsExperimentation， 1998， 1（18）： 15. （in Chinese）

基金項目： 2022年教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會大中物理教育銜接工作委員會教學研究課題“三新背景下縣域普通高中物理實驗教學策略研究”（立項編號：WX202242）部分研究成果。