李冬平

中學(xué)物理新課程標(biāo)準(zhǔn)提出，實驗是物理課程改革的重要環(huán)節(jié).與傳統(tǒng)的實驗輔助、書本為主的教學(xué)方式不同的是，新課程標(biāo)準(zhǔn)要求的實驗教學(xué)強(qiáng)調(diào)率先培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)探究的能力.因此，必須重新調(diào)整實驗的教學(xué)方法，提高實驗教學(xué)的質(zhì)量.

1中學(xué)物理傳統(tǒng)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

中學(xué)物理傳統(tǒng)實驗是指中學(xué)物理教學(xué)體系中重要而典型的實驗，按照長期經(jīng)驗來看，可以將其分為演示性實驗和分組實驗兩種類型，隨著教學(xué)工作的不斷發(fā)展，又產(chǎn)生了一些新的實驗形式，如隨堂實驗、研究性實驗、探索性實驗和主動性實驗等.

傳統(tǒng)實驗多是生活現(xiàn)象的抽象，重在展現(xiàn)物理現(xiàn)象的規(guī)律、數(shù)據(jù)計算和處理，實驗過程要求長期多次觀察，因此有助于激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理、思維能力和耐心細(xì)致的學(xué)習(xí)品質(zhì).在實際物理實驗教學(xué)中，面臨著諸多問題：如分子運動、太陽系恒星的運轉(zhuǎn)等動態(tài)物理現(xiàn)象和過程，由于受時空限制無法演示；設(shè)備落后，精度不高，實驗條件不足，實驗的局限性較大，與預(yù)期的實驗?zāi)繕?biāo)相差甚大；實驗本身具有一定的難度，空間上觀察難度大，時間上細(xì)微變化難以記錄，往往只能定性描述；人眼觀察和手工記錄所獲得的實驗數(shù)據(jù)效率低下，科學(xué)性差.

2中學(xué)物理傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法的改進(jìn)

2.1傳統(tǒng)實驗教學(xué)改進(jìn)的方法

根據(jù)物理教學(xué)的實踐和經(jīng)驗，從實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)、實驗數(shù)據(jù)的處理、誤差處理和學(xué)生備考等四個層面，對中學(xué)物理傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法嘗試性改進(jìn).

在實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)層面上，針對部分變化微小、效果不佳的實驗現(xiàn)象，可以改進(jìn)實驗裝置、環(huán)境等方式，將儀器的尺寸同比放大，調(diào)整適合的儀器擺放位置，調(diào)整實驗環(huán)境的光線和利用不同的方位動態(tài)演示等途徑，將投影效果擴(kuò)大，保證實驗可見度；可以放大或暫停某些演示實驗現(xiàn)象，如研究在無空氣狀態(tài)下羽毛和金屬是否同時落下的實驗，可以用錄像機(jī)拍攝實驗過程，再在課堂中放大或暫停播放；對于無法在現(xiàn)實中實現(xiàn)的實驗，可以借助模擬實驗再現(xiàn)實驗過程.如磁場中磁感線的存在，磁場存在于整個空間中，是立體的，傳統(tǒng)實驗無法體現(xiàn)，借助三維動畫，模擬磁感線在整個地球空間的分布情況，可以明確、立體而動態(tài)地展示實驗過程.

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理層面上，常見的數(shù)據(jù)處理方法有算術(shù)平均值法、逐差法、列表法、圖解法等.數(shù)字化實驗室（DIS）[HJ1.7mm]是包含了傳感器、計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器以及數(shù)據(jù)處理軟件等實驗裝置在內(nèi)的實驗室，能夠很好地完成實驗的測量、采集和處理需求.DIS的數(shù)據(jù)采集器具有智能化、自動化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)單點采樣、連續(xù)采樣以及闕值觸發(fā)采樣等，同時接入了四個傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)不同物理量實驗過程數(shù)據(jù)的同步性，保證實時的數(shù)據(jù)采集和處理工作.在采集過程中，顯示器會通過F-t和x-t動態(tài)圖象，實時顯示和記錄實驗數(shù)據(jù)的變化，且數(shù)據(jù)的測量、采集和處理工作都在DIS內(nèi)完成，實驗結(jié)果更具精確性和科學(xué)性.

在減小實驗誤差層面上，由于測量必然存在一定的差距，因此誤差不可避免，一般包括系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種類型.對于偶然誤差，可以通過多次測量，以平均值作為測量結(jié)果可以改進(jìn)，而系統(tǒng)誤差與實驗本身缺陷相關(guān)，處理難度相對較大.一般可以通過改進(jìn)實驗設(shè)計、修正測量之后的理論計算等方法來改進(jìn).如加速度與力和質(zhì)量間的關(guān)系，引入運動學(xué)的公式，x=0.5at2，將傳統(tǒng)的一輛小車牽引改成兩輛相同的小車牽引，通過對比兩輛小車的實驗結(jié)果，判斷出誤差范圍.

在學(xué)生備考層面上，近年來高考對物理實驗的考察越來重視.考察對象主要有：基本儀器如游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用；數(shù)據(jù)處理如數(shù)據(jù)的描點作圖、根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)論；實驗結(jié)論的應(yīng)用；誤差的分析；對實驗基本方法的考查和實際創(chuàng)新等.可以看出，既有對實驗基礎(chǔ)知識的考查，也有對實驗綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新的考查.首先必須重視教材大綱的基本實驗教學(xué)，讓學(xué)生掌握基本的儀器使用、觀察、測量和讀數(shù)能力，加強(qiáng)訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和實驗條件控制及故障排除的能力，重視學(xué)生對實驗原理的理解，還必須在重視理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實驗操作，提高學(xué)生的實驗?zāi)芰退季S創(chuàng)造力.

2.2教學(xué)實例分析

這里以自由落體運動的教學(xué)為案例探討對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的改進(jìn)，改進(jìn)內(nèi)容主要是對實驗的可視性和趣味性以及數(shù)據(jù)處理等方面.

2.2.1教材和學(xué)情分析

教材內(nèi)容來源于人教版實驗教科書《物理》中第二章中的《勻變速直線運動的研究》中第四節(jié)的《自由落體運動》.學(xué)生已經(jīng)在前面的教學(xué)中掌握了瞬時速度、平均速度和加速度等概念，在紙帶上打點測量加速度，基本認(rèn)識理想模型，對Excel處理數(shù)據(jù)有一定了解.

2.2.2教學(xué)目標(biāo)

掌握重力加速度的概念、自由落體運動的條件、性質(zhì)、規(guī)律等，培養(yǎng)觀察和邏輯推理、探求知識的能力等.

2.2.3教學(xué)過程

首先，引入新課.利用“測反應(yīng)時間尺”，進(jìn)行“測反應(yīng)時間”游戲，要求學(xué)生在抓住尺的同時測出對應(yīng)長度所用的時間.

其次，開始新課.演示和學(xué)生自己實驗來認(rèn)識紙張、粉筆等的落體運動，要求學(xué)生探求決定落體運動速度快慢的因素，通過牛頓管實驗得出結(jié)論，物體下落速度受空氣阻力的影響，而不是物體本身重量的影響.要求學(xué)生自主分組實驗，利用打點計時器記錄物體的下落過程，利用Excel處理記錄的數(shù)據(jù)，得出自由落體運動的規(guī)律和重力加速度.

最后，課堂總結(jié).可以請學(xué)生概括本堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容、結(jié)論和學(xué)生的反思，學(xué)生和教師共同點評，完成教學(xué).

在對傳統(tǒng)實驗教學(xué)改進(jìn)的過程中存在諸多問題，在教師培訓(xùn)、學(xué)生的實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)、實驗資源共享和中學(xué)的實驗評價等方面還有諸多欠缺，在今后的教學(xué)和理論研究中，還需要進(jìn)一步探討.