何文元

加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性分析和對策建議

何文元

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，與物理實驗在科學(xué)研究中的目的不一樣，實驗教學(xué)的目的在于給學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)創(chuàng)造一個基本環(huán)境，使學(xué)生主動獲取物理知識，發(fā)展能力，促進(jìn)科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成。因此，物理教學(xué)應(yīng)該以實驗為基礎(chǔ)。然而，由于各方面的原因，高中物理實驗教學(xué)的效果卻不是很好。本文就從課程標(biāo)準(zhǔn)和物理實驗本身的特點來談加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性，并對如何加強(qiáng)教師這一能力提出對策建議。

一、加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的必要性分析

1.物理實驗的特點及其在物理教學(xué)中的作用

中學(xué)物理教學(xué)必須以實驗為基礎(chǔ)，這是由實驗本身的特點及其在物理教學(xué)中的作用來決定的。(1)實驗?zāi)転閷W(xué)生學(xué)習(xí)物理提供符合認(rèn)識規(guī)律的環(huán)境；(2)實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知愿望；(3)實驗是發(fā)展學(xué)生能力和使學(xué)生得到科學(xué)方法訓(xùn)練的重要途徑；(4)實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的道德素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。正如密立根(Robert Milliken)于1923年獲諾貝爾物理學(xué)獎時所言：“科學(xué)靠兩條腿走路，一是理論，一是實驗。有時一條腿走在前面，有時另一條腿走在前面。但只有使用兩條腿，才能前進(jìn)。在實驗過程中尋找新的關(guān)系，上升為理論，然后再在實踐中加以檢驗?！睆牧硪粋€方面來講，物理實驗是物理教學(xué)的有機(jī)構(gòu)成，是物理教學(xué)的基礎(chǔ)、內(nèi)容、方法和手段。

2.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》對物理實驗提出了更高的要求

課程標(biāo)準(zhǔn)的第三部分給出了12個物理模塊，其內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)提及的實驗達(dá)61處，活動建議中有20處；在第三部分的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)“一、科學(xué)探究及物理實驗?zāi)芰σ蟆敝?，明確提出了對物理實驗?zāi)芰Φ幕疽螅辉诘谒牟糠謱嵤┙ㄗh“一、教學(xué)建議”第四條再次強(qiáng)調(diào)實驗的作用；以及在附錄中，專設(shè)了物理實驗專題?？梢?，課程標(biāo)準(zhǔn)對物理實驗是極其重視的。

3.物理測試增強(qiáng)了實驗內(nèi)容的考評

二、加強(qiáng)物理實驗教學(xué)能力的對策建議

1.加強(qiáng)物理實驗操作能力

操作能力包括觀察能力、動手能力、讀數(shù)能力。從狹義上講，“觀察”指在物理實驗中，對過程出現(xiàn)的現(xiàn)象的觀察。做實驗時，肯定要對出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行觀察，并能做出合理的解釋。摩擦力方向?qū)嶒炛?，可以通過觀察長毛刷的長毛彎曲的方向來體會方向是與相對運動的方向或相對運動的趨勢方向相反。從廣義上講，也指對與物理現(xiàn)象相關(guān)的生活的觀察。物理教學(xué)有一個共識，要求做到從生活走向物理，也要從物理走向生活。課程標(biāo)準(zhǔn)力求貼近學(xué)生生活，通過學(xué)生熟悉的現(xiàn)象揭示物理規(guī)律，并將其應(yīng)用于社會生活的實際，使學(xué)生體會到知識來源于實際，并了解科學(xué)技術(shù)與社會的關(guān)系。譬如，馬路兩邊的人行道往往是用地板磚鋪成的，每當(dāng)雨過天晴時，同一塊地板磚面上四周干得快，而中央表面積大的部分卻干得慢些。還有更普通的，交通燈為什么非得是紅綠燈呢？這些現(xiàn)象都與物理知識有一定的聯(lián)系，可用中學(xué)所學(xué)到的知識進(jìn)行解釋。由此可見，只有在留心生活現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，人的觀察能力才會有提升。正如達(dá)爾文所說“我沒有突出的理解力，也沒有過人的機(jī)智，只是在覺察那些稍縱即逝的事物并對其進(jìn)行精細(xì)觀察的能力上，我可能在眾人之上”。物理學(xué)中的知識都是從物理現(xiàn)象中抽象概括出來的，因此認(rèn)真觀察實驗對學(xué)習(xí)物理而言具有極其重要的意義。

操作能力和讀數(shù)能力可能是物理實驗中最一般的要求了。譬如，在做電學(xué)實驗時，滑動變阻器在正式做實驗前要置于阻值最大端，電表量程的選取，電表的正負(fù)接法等操作要規(guī)范；高中物理除了游標(biāo)卡尺之外，其它的儀器都要估讀，特別是它和螺旋測微器的讀數(shù)是難點。在中學(xué)階段，學(xué)生的操作能力很大程度上是對教師的模仿；教師做不好，當(dāng)然學(xué)生也就不能期望達(dá)到高要求了。因此，教師在操作規(guī)范上來不得半點馬虎，一定要循規(guī)蹈矩；在計數(shù)時，也要做到精確。教師們常說，要準(zhǔn)備一個實驗往往要忙好幾天，而且要課下反復(fù)做好幾遍，就是要做到萬無一失。

2.加強(qiáng)物理實驗分析論證能力

物理實驗的分析論證能力包括數(shù)據(jù)處理能力、分析和解決問題能力、發(fā)現(xiàn)和提出問題能力、探究問題能力等等。對于實驗活動來說，不管是對過程還是結(jié)果甚至是實驗的準(zhǔn)備工作，其分析論證都是不可或缺的。教師不要為了趕進(jìn)度而讓學(xué)生未經(jīng)思考就草率地得出結(jié)論，應(yīng)安排足夠時間讓學(xué)生對各種想法、觀點進(jìn)行必要的充分的歸納總結(jié)。這樣學(xué)生才能根據(jù)實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及其它信息得出規(guī)律或結(jié)論，并引起對物理現(xiàn)象和結(jié)論的反思。教師可以根據(jù)學(xué)生實驗的具體情況加以糾正、指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

物理教師必須要做好物理實驗，并且要加強(qiáng)和提高自己的分析論證能力。如伽利略的理想斜面實驗記載，“讓一個小球沿斜面從靜止?jié)L下來，小球?qū)L上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨取?。長久以來，不少教師都認(rèn)為這種表述是準(zhǔn)確無誤的，顯然沒有從現(xiàn)實情況去分析。有文獻(xiàn)指出，伽利略的理想斜面實驗，其假設(shè)條件不應(yīng)該是“如果沒有摩擦”，而應(yīng)該是“小球只滾不滑，且小球與斜面都為理想剛體”，文中給出了文字說明，從定性方面給出了其原因。而文獻(xiàn)[5]則從對伽利略斜面實驗中的小球進(jìn)行了較詳細(xì)的力學(xué)分析，指明了小球的受力、運動狀態(tài)、能量轉(zhuǎn)化，并澄清了相關(guān)的模糊認(rèn)識；同時提出了相應(yīng)的教學(xué)建議。高中階段對物理實驗結(jié)果的分析與處理，很多時候又是跟函數(shù)(往往是函數(shù)的圖像)聯(lián)系起來的。譬如，對電學(xué)實驗結(jié)果的處理，常根據(jù)E=U+Ir(伏安法)，E=IR+Ir(安阻法)或E=U+(U/R)r(伏阻法)經(jīng)過變形函數(shù)關(guān)系式，找到一次函數(shù)或正比例函數(shù)線性關(guān)系式，再由圖像的斜率及截距的物理意義來求得電動勢和內(nèi)阻。所以，教師要從更高的角度加強(qiáng)物理實驗?zāi)芰Φ姆治稣撟C能力，這是教好物理實驗的基礎(chǔ)。

3.加強(qiáng)物理實驗設(shè)計和開發(fā)能力

物理實驗的設(shè)計和開發(fā)能力是指從實驗原理出發(fā)，并聯(lián)系教學(xué)和生活實際，要么對已有的實驗重新利用再改進(jìn)，要么是設(shè)計開發(fā)新實驗，從而同時達(dá)到實驗?zāi)康暮徒虒W(xué)目的。

課程標(biāo)準(zhǔn)和教材所要求的實驗，由于存在這樣或那樣的限制，并不是每個學(xué)校都能做。無論如何，實驗當(dāng)然還是做得好，這就要求教師根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，動腦動手對物理實驗重新設(shè)計甚至開發(fā)新實驗。比如，在講摩擦力的方向時，不管是靜摩擦力，還是滑動摩擦力，可以用雙手及課桌面完成。具體做法是：(1)單手掌按在桌面，往一個方向拖動。當(dāng)手掌保持靜止時，感受桌面對手掌的阻礙作用；當(dāng)手掌滑動時，仍有阻礙作用。(2)兩手掌手心相對，以一掌背和桌面接觸，另一手掌壓住它。當(dāng)處于中間位置的手掌抽出來(注意用力的程度)，感受桌面和上面手掌對它的阻礙作用。還有，在講杠桿的平衡條件時，也可由肢體來體驗。具體做法如下：右肢彎曲，以肘關(guān)節(jié)為軸(支點)，使臂彎成一定角度(約為90o)，手掌展開且手心向上。往手掌添加書本，感受到肌肉緊張的程度。當(dāng)書本往肘關(guān)節(jié)靠近，再感受肌肉緊張程度(力的作用)。雖然這個實驗也有弊端，但這樣做卻可以讓學(xué)生對平衡條件的認(rèn)識有個體驗過程。

[1] 閻金鐸.中學(xué)物理教學(xué)概論[M].北京：高等教育出版社，2003

[2] 中華人民共和國教育部制訂.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗) [M].北京：人民教育出版社，2003

[3] 張大昌.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗稿)》簡介[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2003，3：26

[4] 陶洪.物理實驗論[M].廣西：廣西教育出版社，1996

[5] 何述平.伽利略斜面實驗的分析[C].第三屆全國物理及其應(yīng)用，2006

[6] 俞紅幟.雞蛋在初中物理實驗中的妙用[J].物理教學(xué)探討，2004，12：31

[7] 嚴(yán)德友.利用日常器具做初中物理實驗的嘗試[J].物理教學(xué)探討，2005，1：10

稿件編號：P1110039

何文元，本科，中教高級，校長。

甘肅省民勤縣第四中學(xué)。

在所見到的近年的高考試卷中，對實驗題目的考查范圍(特別是綜合試卷的實驗題)廣泛，從基本儀器的操作到對實驗結(jié)果的分析，再到實驗的設(shè)計；從分值上看，所占比重也有逐年增加的趨勢。除此之外，很多省級教育部門還規(guī)定了理科生在高考前必須參加物理實驗操作能力的考核。雖然其成績尚不計入總成績，但可作為高校選拔人才時的參考。

綜上所述，不管是物理教學(xué)對實驗的內(nèi)在要求，還是實驗內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)中的進(jìn)一步強(qiáng)化，都對加強(qiáng)實驗教學(xué)提出了更高的要求。作為一名高中物理教師，必須加強(qiáng)物理實驗?zāi)芰Γ挥羞@樣才能切實提高教學(xué)能力，進(jìn)而實現(xiàn)物理教學(xué)的目的。