林達(dá)彬

摘 要：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升物理教學(xué)質(zhì)量、提升學(xué)生學(xué)科能力素養(yǎng)的重要一環(huán)，但平時(shí)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀，存在不少低效甚至無(wú)效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)象，本文從“演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、探究實(shí)驗(yàn)的落實(shí)、實(shí)驗(yàn)試題的開(kāi)發(fā)”等幾個(gè)方面闡述提升高中物理實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)的途徑，希望從這幾個(gè)方面入手進(jìn)行摸索，不斷提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，從而在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中真正培養(yǎng)學(xué)生的思維和能力。

關(guān)鍵詞：高中物理；實(shí)驗(yàn)；有效教學(xué)；思考和探索

中學(xué)物理課程目標(biāo)明確指出：“中學(xué)物理教學(xué)要注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、思維能力以及運(yùn)用科學(xué)原理和科學(xué)研究方法解決物理問(wèn)題的能力?！痹谖锢斫虒W(xué)中讓學(xué)生“動(dòng)手動(dòng)腦相結(jié)合，探究感悟相結(jié)合”，使學(xué)生能夠主動(dòng)地獲取物理知識(shí)和發(fā)展能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成[1]。中學(xué)物理教學(xué)以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)早已成為物理教育領(lǐng)域的共識(shí)，但是在應(yīng)試教育影響下，黑板上講實(shí)驗(yàn)、習(xí)題中做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象普遍存在，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀堪憂，這對(duì)物理教育產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響，許多實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是低效的，甚至無(wú)效。長(zhǎng)此以往，不僅學(xué)生不會(huì)做實(shí)驗(yàn)，許多物理教師也逐漸喪失設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力。如何才能扭轉(zhuǎn)目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的低效局面，提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性呢？經(jīng)過(guò)不斷的探索發(fā)現(xiàn)，可以從演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)的挖掘、實(shí)驗(yàn)習(xí)題的開(kāi)發(fā)等幾個(gè)方面聯(lián)合入手，同步推進(jìn)，以真正發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的功能，提出如下優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考和實(shí)踐。

1 演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.1 對(duì)教材上演示實(shí)驗(yàn)的加工和處理

實(shí)驗(yàn)是物理課的靈魂，實(shí)驗(yàn)演示能為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)良好的心境，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和作風(fēng)，有利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的形成，能具體形象地展示物理知識(shí)的形成和發(fā)展過(guò)程。

案例一、《自由落體運(yùn)動(dòng)》這一課是學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)了勻變速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和研究方法后的一節(jié)實(shí)例課，對(duì)《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，一般有以下幾種做法：

一是利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶以及重物進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)研究，首先判定該運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)Δh =gT2算出自由落體加速度。二是利用頻閃照片引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。三是利用傳感器記錄物體的速度，繪制速度圖像，分析圖像自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

這些讓學(xué)生進(jìn)行分組探究的活動(dòng)一般要花掉很多時(shí)間。教材中有一幅伽利略“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)的插圖，我們?nèi)粲晌锢韺W(xué)史出發(fā)，再現(xiàn) “經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生除了掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律外，還能體會(huì)伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)的思路和方法[2]。

為了模擬伽利略的實(shí)驗(yàn)，我們利用斜面軌道、節(jié)拍器、小鐵球做模擬“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)，粗略發(fā)現(xiàn)了s∝t2的重要規(guī)律。這個(gè)課本演示實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單再現(xiàn)把課本中一個(gè)插圖如圖1的靜態(tài)信息激活了，學(xué)生的學(xué)習(xí)始終處于積極思考的過(guò)程中，認(rèn)知水平得到深化，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)教材上的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ず吞幚?，?jiǎn)單的演示也可以得到很好的教學(xué)效果。

1.2 巧設(shè)隨堂演示實(shí)驗(yàn)

高中學(xué)生思維敏捷，對(duì)一切新生事物充滿好奇，探秘欲望強(qiáng)烈。教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)充分利用這個(gè)積極的心理因素，創(chuàng)造條件，有機(jī)結(jié)合教材內(nèi)容，巧妙安排現(xiàn)象顯著、趣味性強(qiáng)的演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興意盎然，輕松愉快，課堂效率立竿見(jiàn)影。

例1：在《光的全反射》一課教學(xué)中，可以設(shè)計(jì)如下演示實(shí)驗(yàn)：如圖2，在桌子上放著一枚硬幣，取一個(gè)盛滿水的玻璃杯，把玻璃杯壓在硬幣上，這時(shí)請(qǐng)學(xué)生從杯子的側(cè)面看去，發(fā)現(xiàn)硬幣不見(jiàn)了。誰(shuí)也沒(méi)有把它拿走，但是從杯口向下望的時(shí)侯，硬幣還好好的放在那里。然后趁學(xué)生不注意的時(shí)候，給玻璃杯底沾上一些水。再請(qǐng)學(xué)生來(lái)觀察，這時(shí)一定會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，透過(guò)玻璃杯的側(cè)壁，總能看到一個(gè)閃亮的硬幣。假如你不說(shuō)出這個(gè)秘密，恐怕誰(shuí)也沒(méi)有辦法再讓硬幣消失！簡(jiǎn)單神奇的實(shí)驗(yàn)一下子激起了學(xué)生學(xué)習(xí)光的全反射的熱情。

例2：再如《楞次定律》一課：如圖3，各取一根長(zhǎng)1m左右的空心鋁管和塑料管，各拿一塊強(qiáng)磁鐵，分別從兩管的上端釋放，比較這兩塊磁鐵在管中的下落時(shí)間。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)空心鋁管的磁鐵“非常緩慢”地穿過(guò)，而通過(guò)塑料管的磁鐵則瞬間通過(guò)，學(xué)生感到非常驚訝！設(shè)疑激趣的實(shí)驗(yàn)效果非常震撼！

2 挖掘?qū)W生實(shí)驗(yàn)中的探究功能

案例：在《楞次定律》一課教學(xué)中，課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)是必不可少的。首先要讓學(xué)生感到感應(yīng)電流的方向存在某種規(guī)律?？梢蕴岢鱿铝袉?wèn)題：（1）感應(yīng)電流的方向可能與哪些因素有關(guān)；（2）實(shí)驗(yàn)要記錄哪些數(shù)據(jù)？怎樣設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格？學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，積累了一些有用的素材后再提問(wèn)：①能否用自己的語(yǔ)言總結(jié)一下實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象或規(guī)律？（學(xué)生總感覺(jué)總結(jié)規(guī)律很難）；②如果將感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向標(biāo)出來(lái)，你能否用自己的語(yǔ)言總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]？

學(xué)生在探究過(guò)程中始終面臨未知的問(wèn)題，在教師適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境設(shè)置下，就能在發(fā)現(xiàn)的道路中自由行走，這種學(xué)習(xí)過(guò)程充滿趣味。

3 改驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)

案例：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。傳統(tǒng)做法是對(duì)動(dòng)量守恒定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本實(shí)驗(yàn)可以大膽地改為探究性實(shí)驗(yàn)。

（1）問(wèn)題提出：在各種形式碰撞現(xiàn)象中，有沒(méi)有隱含著什么樣的共同規(guī)律呢？

問(wèn)題引導(dǎo)：力對(duì)物體作用后，會(huì)引起哪些物理量發(fā)生變化？速度v、動(dòng)能■mv2、動(dòng)量mv……

（2）引導(dǎo)：物體之間相互作用后，相互之間有沒(méi)有可能在“傳遞”或者“交換”某種東西，而使系統(tǒng)存在某一個(gè)不變量呢？如果有的話，這種東西是什么呢？是速度？是動(dòng)能？是動(dòng)量？……

（3）猜想：（1）相互碰撞前后，每個(gè)物體的速度都發(fā)生變化，但有可能總的速度不變，即v1+v2=v1′+v2′；（2）相互碰撞前后，每個(gè)物體的動(dòng)能都發(fā)生變化，但有可能總的動(dòng)能不變，即■m1v12+■m2v22=■m1v1′2+■m2v2′2；（3）相互碰撞前后，每個(gè)物體的動(dòng)量都發(fā)生變化，但有可能總的動(dòng)量不變，即m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′……

（4）實(shí)驗(yàn)方案探討：設(shè)計(jì)探究上述猜想正確與否的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)中最困難的是對(duì)碰撞前后速度的測(cè)量。怎樣解決速度測(cè)量的問(wèn)題？（從學(xué)過(guò)的知識(shí)入手進(jìn)行思考），可對(duì)速度進(jìn)行間接測(cè)量，可行的方法有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；擺球在豎直面運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒：測(cè)高度h，求速度v；平拋運(yùn)動(dòng)：測(cè)下落高度h，水平位移s，求速度v；利用氣墊導(dǎo)軌，對(duì)做勻速運(yùn)動(dòng)的物體，測(cè)位移s和時(shí)間t，可求得速度v……（課堂上提供氣墊導(dǎo)軌讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究）。分四小組進(jìn)行研究，各自研究不同的碰撞類型，以尋找共同隱含的規(guī)律。小組一：完成非完全彈性碰撞的研究；小組二：完成爆炸分離的研究；小組三：完成完全彈性碰撞的研究；小組四：完成完全非彈性碰撞的研究。

（5）結(jié)果：（1）有的小組關(guān)于碰撞前后兩物體的速度之和不變的猜想不成立；（2）有的小組關(guān)于碰撞前后兩物體的動(dòng)能之和不變的猜想成立；（3）有的小組關(guān)于碰撞前后兩物體的動(dòng)能之和不變的猜想不成立；（4）各小組關(guān)于碰撞前后兩物體的動(dòng)量之和不變的猜想均成立。

通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)能讓學(xué)生親自經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，讓學(xué)生主動(dòng)參與整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，包括解決問(wèn)題、決策、小組討論、評(píng)價(jià)等過(guò)程，將已有的知識(shí)應(yīng)用到未知的領(lǐng)域，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)力的影響將是終生的。

4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)習(xí)題的開(kāi)發(fā)和拓展

高考物理的能力要求之一是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。在平時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要重視對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題的開(kāi)發(fā)和拓展，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)試題有效提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

例1 多用電表歐姆檔的改造——改為電子溫度計(jì)，設(shè)計(jì)如下：

某同學(xué)利用滿偏電流為500μA的電流表、熱敏電阻等制作電子溫度計(jì)。

（1）制作的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)出該電流表 的內(nèi)阻Rg，所用的電路如圖4，主要步驟是：①接通開(kāi)關(guān)S1，調(diào)節(jié)變阻器R1，使 指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度；②保持R1不變，再接通開(kāi)關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R2，使 指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，讀出此時(shí)R2的阻值為299.0 Ω，可認(rèn)為Rg=R2。實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖4電路中的變阻器R1和電源有下列器材可供選擇：

A.變阻器（0～200 Ω）

B.變阻器（0～20 k Ω）

C.電源（1.5 V，內(nèi)阻不計(jì)）

D.電源（9 V，內(nèi)阻不計(jì)）

為了使測(cè)量Rg盡量精確，R1應(yīng)選 ，電源應(yīng)選 。（填選項(xiàng)前的字母）

（2）溫度在0～300范圍內(nèi)，某熱敏電阻的阻值Rt隨溫度t（℃）的變化情況為Rt=200+50t（Ω），把這個(gè)熱敏電阻、標(biāo)準(zhǔn)定值電阻、電池、開(kāi)關(guān)與電流表 串聯(lián)起來(lái)，電路如圖5，電流表 的表盤(pán)如圖6。用該熱敏電阻作探頭，將 表盤(pán)上的電流刻度值改成對(duì)應(yīng)的溫度值，就制作成簡(jiǎn)單的電子溫度計(jì)。已知電池的電動(dòng)勢(shì)E=1.5V，內(nèi)阻r=1.0 Ω，標(biāo)準(zhǔn)定值電阻的阻值R0=2500 Ω，根據(jù)（1）中測(cè)得的Rg值和閉合電路歐姆定律，得出電流表 表盤(pán)上500μA刻度處對(duì)應(yīng)的溫度刻度值是0℃，300μA刻度處對(duì)應(yīng)的溫度刻度值是 ℃。

（3）由于用圖4電路測(cè)定電流表 的內(nèi)阻Rg在原理上存在一定的系統(tǒng)誤差，因而制作的電子溫度計(jì)在測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)量值比真實(shí)值 （填“偏大”或“偏小”）。

[答案：（1）B、D （2）40 （3）偏大]

設(shè)計(jì)說(shuō)明：本題以某同學(xué)利用電流表、熱敏電阻等制作電子溫度計(jì)為試題情境，要求考生能理解有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件，能運(yùn)用已學(xué)過(guò)的相關(guān)物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，本題主要考查考試大綱中要求的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ械妮^高部分。

第（1）題要求考生正確選擇電源和變阻器，主要考查對(duì)測(cè)量電流表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解，正確控制實(shí)驗(yàn)條件。第（2）題要求考生根據(jù)某熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，將這個(gè)熱敏電阻與電流表、電池、開(kāi)關(guān)串聯(lián)起來(lái)，用該熱敏電阻作探頭，將電流表表盤(pán)的電流刻度改成對(duì)應(yīng)的溫度，制作簡(jiǎn)單的電子溫度計(jì)?？疾檫\(yùn)用已學(xué)過(guò)的閉合電路歐姆定律，多用電表（歐姆表）的原理和實(shí)驗(yàn)方法，處理新的問(wèn)題的能力。第（3）題要求考生根據(jù)測(cè)定電流表內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差，分析制作的電子溫度計(jì)在測(cè)量溫度時(shí)的誤差。

實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υ诟呖嘉锢碇幸恢闭加邢喈?dāng)重要的地位?！犊荚嚧缶V》把實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ鳛橐豁?xiàng)考核能力，實(shí)驗(yàn)題在高考物理中所占比例約為13%，表明了對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榈闹匾?。該?shí)驗(yàn)題的命題在兩個(gè)方面做了探索，一是打破教材的限制，利用考試大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)中所列實(shí)驗(yàn)的原理、方法和器材重新組合新的實(shí)驗(yàn)；二是把實(shí)驗(yàn)的考查重點(diǎn)放在學(xué)生對(duì)考試大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)器材、測(cè)量的原理方法、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論獲取的方法的理解上，鑒別考生獨(dú)立地解決新問(wèn)題的能力、“遷移”能力。

例2 電橋平衡測(cè)電阻的改造——用非電橋平衡測(cè)電阻。設(shè)計(jì)如下：

某實(shí)驗(yàn)小組利用如下器材粗測(cè)電壓表的內(nèi)阻RV：

一個(gè)待測(cè)電壓表V，兩個(gè)已知阻值的固定電阻R1、R2，一個(gè)電阻箱R，電源E（內(nèi)阻很小）、一個(gè)靈敏電流計(jì)G、開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干。

（1）該小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如圖7，實(shí)驗(yàn)方法如下：

連接好電路，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，直到靈敏電流計(jì)G的讀數(shù)為零，記下此時(shí)電阻箱的讀數(shù)為R0，則待測(cè)電壓表的內(nèi)阻RV=______。

（2）該小組進(jìn)一步研究若不提供靈敏電流計(jì)G，如何測(cè)量RV。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法如下：取固定電阻R1=400Ω，R2=550Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E=1.5V。實(shí)驗(yàn)電路改為如圖8，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

步驟一、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱電阻R從100-900Ω變化，記錄下電壓表對(duì)應(yīng)的讀數(shù)U1，如表1所示；步驟二、閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱電阻R從100-900Ω變化，記錄下電壓表對(duì)應(yīng)的讀數(shù)U2，如表1所示；步驟三、在坐標(biāo)紙上并分別做出S斷開(kāi)和閉合時(shí)的U～R圖像。

根據(jù)以上步驟，完成下列問(wèn)題：

①如圖9，S斷開(kāi)時(shí)的U～R圖像a已畫(huà)好，請(qǐng)根據(jù)表格數(shù)據(jù)在圖10上畫(huà)出S閉合時(shí)的U～R圖像b；

②根據(jù)a、b兩條圖線可知，開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，當(dāng)R約為_(kāi)_______Ω，開(kāi)關(guān)S無(wú)電流通過(guò)；

③ 測(cè)得的RV約為_(kāi)_______Ω。（保留三位有效數(shù)字）

[答案：（1）■ （2）①如圖10 ②210～240 ③288～330]

對(duì)實(shí)驗(yàn)試題的開(kāi)發(fā)和拓展提升學(xué)生的解題能力。適當(dāng)?shù)牧?xí)題訓(xùn)練是幫助學(xué)生理解鞏固物理知識(shí)的重要手段之一。學(xué)生碰到有創(chuàng)新性的問(wèn)題往往無(wú)從下手。其主要原因是平時(shí)教學(xué)缺少對(duì)傳統(tǒng)問(wèn)題的深入思考，疏于拓展，缺少聯(lián)想，不會(huì)靈活運(yùn)用已有知識(shí)。通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)試題的設(shè)計(jì)、分析，能幫助學(xué)生建立起清晰的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，有利于克服片面性，提升解題能力。

5 實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的課外延伸

案例：在學(xué)完《自由落體運(yùn)動(dòng)》一節(jié)后，學(xué)生理解了在無(wú)阻力情況下物體下落的規(guī)律。但實(shí)際物體下落過(guò)程中是會(huì)受到一定的阻力的，那么如何利用這一“阻力”呢？我給一個(gè)課題讓學(xué)生思考：如何讓雞蛋從高空下落到地面又完好無(wú)損呢？并組織進(jìn)行了一次高空落蛋比賽。學(xué)生的設(shè)計(jì)除了給雞蛋做種種的保護(hù)措施外，還從如何增大下落過(guò)程中的阻力做文章，設(shè)計(jì)五花八門(mén)，創(chuàng)意無(wú)限，通過(guò)活動(dòng)把課堂的學(xué)習(xí)延伸到課外，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。

物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的根基，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)意識(shí)教育，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)完成好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不斷改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式方法，追求實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化，提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，這樣既能開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，又能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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