高中物理電學(xué)實驗課的有效教學(xué)

在新課程標(biāo)準中，明確提出高中物理實驗教學(xué)需從以往的“知識驗證”轉(zhuǎn)向“問題解決”，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“提出問題一設(shè)計實驗一分析數(shù)據(jù)一實驗改進”的全過程，鍛煉學(xué)生自主建構(gòu)的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力.但在現(xiàn)階段物理電學(xué)實驗課中，依然存在很多突出性的問題，如實驗?zāi)繕?biāo)偏離課標(biāo)要求；實驗實施過程形式化，探究活動流于表面；實驗評價單一化，忽視了對學(xué)生核心素養(yǎng)維度的觀測.筆者依據(jù)多年高中物理教學(xué)經(jīng)驗，認為實驗課的實施應(yīng)該遵循新課標(biāo)的要求，以學(xué)生發(fā)展為中心，突出學(xué)生在實踐學(xué)習(xí)中的主體地位，促使學(xué)生真正地內(nèi)化實驗方法，提升解決復(fù)雜問題的實踐能力.

1緊跟課標(biāo)要求，設(shè)立實驗?zāi)繕?biāo)

在新課標(biāo)下，高中物理電學(xué)實驗課應(yīng)緊跟課標(biāo)要求，設(shè)立合理的實驗?zāi)繕?biāo)，激發(fā)學(xué)生的實驗動機，滿足學(xué)生的發(fā)展需求.

例如在教學(xué)“實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，教師可以為本課設(shè)立如下教學(xué)目標(biāo)：

物理觀念目標(biāo)掌握與實驗相關(guān)的電學(xué)知識；體會與實驗邏輯思維相結(jié)合的物理觀念，理解實驗原理.

科學(xué)思維目標(biāo)能夠根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)提出實驗猜想，并設(shè)計實驗思路；具有一定的觀察能力，能準確記錄實驗現(xiàn)象；能夠?qū)Φ玫降膶嶒灁?shù)據(jù)進行處理并對誤差進行分析；能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果推理實驗結(jié)論.

科學(xué)探究目標(biāo)掌握關(guān)鍵的實驗操作步驟，能夠獨立或者小組合作完成整個實驗；掌握導(dǎo)體電阻率的測量過程，能夠借助實驗測量出準確的結(jié)果.

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任目標(biāo) 能夠?qū)⒗碚撝R聯(lián)系實際，解決實際生活中的問題.

基于此目標(biāo)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生準確把握實驗方向，從而提升電學(xué)實驗課程的有效性.

2圍繞實際學(xué)情，促進實驗落地

2.1 情境導(dǎo)入，提出核心問題

情境導(dǎo)人是激發(fā)學(xué)生探究動機、明確實驗方向的有效途徑.教師可以結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗、學(xué)習(xí)經(jīng)驗，創(chuàng)設(shè)貼合學(xué)生認知規(guī)律的情境，引導(dǎo)學(xué)生從生活現(xiàn)象或者知識框架中抽象出核心問題，從而為后續(xù)實驗過程做好鋪墊.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，教師可以創(chuàng)設(shè)情境：在一些老房子里，電路的老化容易導(dǎo)致電路跳閘現(xiàn)象頻繁發(fā)生，所以在進行電線升級改造的時候，工作人員都會對電線進行檢查，評估老化程度.大家知道工作人員主要是檢查電線的哪一項指標(biāo)嗎？由此引出“通過測量不同年代電線的電阻率，判斷其是否符合安全標(biāo)準”.基于此情境，教師可以立足核心素養(yǎng)目標(biāo)，為學(xué)生設(shè)計如下問題鏈：

（1）電線外皮開裂、銅芯氧化變黑，為何會導(dǎo)致

電路安全隱患？（物理觀念）（2）如何通過實驗量化評估電線的老化程度？

（科學(xué)思維）（3）測量電阻率需要用到哪些實驗工具？（實驗探究）

由上述情境問題，啟發(fā)學(xué)生思考，認識線路的老化會讓電路電阻率升高，電線發(fā)熱量增加，因此出現(xiàn)安全隱患；通過設(shè)計導(dǎo)體電阻率測量實驗，可以評估電線的老化程度.

2.2 合作交流，提出大膽假設(shè)

在電學(xué)實驗課中，合作交流能夠促進學(xué)生思維碰撞，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力.教師可以在實驗前組織學(xué)生展開小組合作，鼓勵他們頭腦風(fēng)暴對實驗核心問題提出大膽假設(shè)，并在思維碰撞中修正認知偏差，形成科學(xué)合理的實驗猜想.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，基于學(xué)生對游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的掌握，教師可以提出驅(qū)動性問題“導(dǎo)體電阻率的測量原理是什么？我們應(yīng)該用什么方法測量導(dǎo)體的電阻率？能否根據(jù)你的設(shè)想繪制電路圖？”由此引導(dǎo)學(xué)生展開合作交流，圍繞實驗?zāi)繕?biāo)，對\"實驗原理、實驗方法、實驗電路圖”等進行猜想.圍繞學(xué)生提出的猜想，教師引導(dǎo)學(xué)生認識導(dǎo)體電阻率的測量原理

由此原理推斷出，實驗需要測量的量：電阻絲的電阻 R 、長度 L 和直徑 d .可以采用的實驗方法有電流表外接法和電流表內(nèi)接法，電路圖設(shè)計如圖1、圖2.

2.3 環(huán)境認識，做好前期準備

實驗前的環(huán)境認知是確保實驗活動安全、高效開展的基礎(chǔ).教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)情，引導(dǎo)學(xué)生熟悉實驗環(huán)境、認識實驗器材，如各個器材的名稱以及功能，同時向?qū)W生明確操作規(guī)范，規(guī)避操作風(fēng)險，提升實驗效率，為后續(xù)實驗做好鋪墊.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，教師可以借助多媒體展示實驗器材，引導(dǎo)學(xué)生認識各個實驗器材并知道它們的用途.如被測金屬絲一根、刻度尺、螺旋測微器一把、電壓表、電流表各一個、學(xué)生電源一個、開關(guān)一個、滑動變阻器一只、導(dǎo)線若干.此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生回顧刻度尺、螺旋測微器的使用方法以及誤差分析方法，引導(dǎo)學(xué)生鞏固所學(xué)知識.其次，教師可以結(jié)合學(xué)生猜想的實驗電路圖，對實驗器材的數(shù)量以及質(zhì)量進行查驗，避免器材的遺漏或多拿.此外，教師還需要強調(diào)電路實驗的安全性，要求學(xué)生根據(jù)教師指導(dǎo)使用實驗器材，不可亂動亂用.教師也可以借助虛擬仿真軟件預(yù)演實驗流程，幫助學(xué)生熟悉實驗步驟，減少錯誤的發(fā)生.

2.4實驗驗證，培養(yǎng)探究能力

實驗驗證是電學(xué)實驗課的核心環(huán)節(jié)，通過電路設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等過程，深化學(xué)生對實驗原理以及物理觀念的理解，同時培養(yǎng)其觀察能力、實驗操作能力及數(shù)據(jù)處理能力（采集、匯總、誤差分析等），從而提升學(xué)生的實驗探究能力.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，教師可以講授內(nèi)接法與外接法帶來的誤差結(jié)果，并進行比較分析，由于本實驗電阻絲的電阻絲較小，所以電流表用外接法.隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)電路圖（如圖3），連接實物圖，為實驗做準備，學(xué)生討論電路圖連接中的注意事項，確保電路圖的連接完整且準確.

在學(xué)生連接好電路后，根據(jù)實驗原理，教師指導(dǎo)學(xué)生按照順序完成實驗操作“電阻的測量、電阻絲有效長度的測量、電阻絲直徑的測量、數(shù)據(jù)處理和計算”.在學(xué)生實驗過程中，教師可以參與其中，并提醒學(xué)生注意正確的操作方法，如在測量電阻絲的長度L 時，為了得到準確的數(shù)值，應(yīng)該反復(fù)測量，取有效長度的平均值；測量電阻絲的直徑時候，可以采用累積法，取一段新的電阻絲，在圓柱形物體上緊密纏繞，再用刻度尺測出總寬度，除以圈數(shù)，從而得到比較精確的電阻絲直徑.

2.5誤差分析，提升邏輯水平

誤差分析是物理實驗探究的深化環(huán)節(jié)，通過查找誤差成因，可以對實驗方案進行進一步優(yōu)化，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維與邏輯推理能力，

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，依據(jù)實驗原理以及實驗數(shù)據(jù)，教師可指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)計算中涉及的變量展開誤差分析，形如：

誤差1：金屬絲的直徑測量會出現(xiàn)誤差.

誤差2：金屬絲的長度測量會出現(xiàn)誤差， 誤差3：電壓表、電流的讀數(shù)會出現(xiàn)誤差.

誤差4：電壓表、電流表的內(nèi)阻會影響測量的數(shù)據(jù)結(jié)果.

誤差5：通電時間過長的時候，電阻絲會發(fā)熱，導(dǎo)致阻值發(fā)生變化，從而帶來測量誤差.

基于上述誤差診斷，教師可以鼓勵學(xué)生撰寫誤差分析報告，從“實驗設(shè)計”“操作規(guī)范”“數(shù)據(jù)處理”三方面總結(jié)實驗過程中存在的不足，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)表述能力，提升學(xué)生的邏輯水平.

2.6 實驗拓展，激發(fā)創(chuàng)新思維

實驗拓展是打破思維定式、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的延伸環(huán)節(jié).教師可以就實驗中發(fā)現(xiàn)的問題或出現(xiàn)的誤差，鼓勵學(xué)生對實驗進行修正設(shè)計，從而將所學(xué)電學(xué)知識遷移至真實問題解決中，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，根據(jù)上述誤差分析，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的方式探究解決誤差問題或者減少誤差的方案.例如：測金屬絲直徑，可以通過變換不同的位置和角度測量，通過求平均值減小誤差；通過小組多人讀數(shù)的方式，降低電壓表、電流表的讀數(shù)錯誤；為了降低電流表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響，可以采用外接法降低誤差；實驗時間不宜過長，可以準備多個相同的電阻絲，降低電阻絲因發(fā)熱導(dǎo)致的誤差.

3開展實驗評價，促進綜合發(fā)展

實驗評價是核心素養(yǎng)落地的重要保障.在傳統(tǒng)的實驗課評價中，很多教師過于重視學(xué)生完成的實驗成果（如實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)論），卻忽視了對學(xué)生探究能力與科學(xué)思維的觀察，導(dǎo)致評價片面化，不利于學(xué)生發(fā)展.

例如在教學(xué)\"實驗：導(dǎo)體電阻率的測量”的時候，教師應(yīng)該積極落實過程性評價，并采用學(xué)生自評、小組互評等方式記錄學(xué)生的實驗表現(xiàn)，并開展針

對性的反饋.具體可如下：

實驗準備環(huán)節(jié)評價學(xué)生對基礎(chǔ)概念、公式是否知曉；是否認識實驗器材，會用實驗器材；

實驗探究環(huán)節(jié)評價學(xué)生是否理解內(nèi)外接法對實驗帶來的誤差大?。荒芊裾_進行實驗操作并記錄數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)評價學(xué)生實驗數(shù)據(jù)處理能力是否過關(guān)；實驗誤差來源分析是否達標(biāo).

通過多維度評價，教師可以為學(xué)生提供個性化成長建議，同時對本次實驗課進行優(yōu)化設(shè)計，從而發(fā)揮實驗評價的價值，促進“教一學(xué)一評”一體化的建設(shè)和學(xué)生的綜合發(fā)展.

4結(jié)語

綜上所述，在高中物理電學(xué)實驗課中，教師應(yīng)該緊跟課標(biāo)要求，明確實驗?zāi)繕?biāo)；并圍繞實際學(xué)情，設(shè)計遞進式探究任務(wù)，推動學(xué)生在真實問題解決中實現(xiàn)知識遷移與能力進階；此外，教師應(yīng)該做好實驗評價，關(guān)注學(xué)生在實驗過程中科學(xué)態(tài)度、協(xié)作能力與創(chuàng)新思維的發(fā)展，促進學(xué)生綜合能力的提升.在未來，教師還應(yīng)該進一步對物理實驗課的活動形式進行創(chuàng)新探索，如利用人工智能技術(shù)開展虛擬仿真實驗，引導(dǎo)學(xué)生探究更加復(fù)雜的電學(xué)知識；強化多門學(xué)科、多個領(lǐng)域之間的聯(lián)系，讓學(xué)生在真實的情境中運用所學(xué)知識解決問題.通過持續(xù)的教學(xué)改革，讓電學(xué)實驗課成為學(xué)生發(fā)展的核心陣地，從而推動物理教育的高質(zhì)量發(fā)展.

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