潘俊曉 楊小軍 曹雷明 趙阿可

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在分析現(xiàn)有中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究課程內(nèi)容現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出增加現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)儀器、自制教具、獨(dú)立設(shè)計(jì)創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)、“以學(xué)生為中心”的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)等內(nèi)容，提升學(xué)生的現(xiàn)代化儀器操作能力和教學(xué)能力。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究;教學(xué)內(nèi)容;實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）28-0014-02

一、引言

在物理學(xué)科中，物理實(shí)驗(yàn)是重要的組成部分，通過物理實(shí)驗(yàn)的演示和探究，使原本枯燥無味和艱澀難懂的理論知識(shí)變得豐富、直觀和有趣。近年來，隨著新課程改革的不斷深入，物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科中的作用越來越大，地位越來越凸顯，對(duì)中學(xué)物理教師在這方面的要求也越來越高。目前，中學(xué)物理教師主要面臨以下問題：（1）如何巧妙設(shè)計(jì)一系列物理實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí);（2）如何通過改進(jìn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)來直觀地呈現(xiàn)物理規(guī)律的內(nèi)涵和本質(zhì);（3）如何通過創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和制作來提高中學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。因此，培養(yǎng)出適應(yīng)新時(shí)代的高水平教師是師范類院校面臨的重要問題。

洛陽師范學(xué)院作為一所高等師范院校，承擔(dān)著培養(yǎng)基礎(chǔ)教育師資的任務(wù)。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究是物理學(xué)專業(yè)的必修課，是新課標(biāo)下物理師范專業(yè)的一門重要課程，通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)，鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為以后學(xué)生進(jìn)入一線教師行列打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，以目前的教學(xué)內(nèi)容還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這樣的要求，因此，對(duì)該課程內(nèi)容進(jìn)行重新思考和改革，是適應(yīng)現(xiàn)狀的要求，也是新時(shí)代對(duì)教師的要求。

二、課程內(nèi)容現(xiàn)狀

目前，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究課程延續(xù)了多年前的教學(xué)內(nèi)容，主要內(nèi)容是初高中基本實(shí)驗(yàn)和基本的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能。結(jié)合本人多年在一線城市高中物理任教的經(jīng)驗(yàn)，在上課過程中發(fā)現(xiàn)該課程內(nèi)容存在以下問題：（1）學(xué)生主要學(xué)習(xí)中學(xué)基本儀器的使用，對(duì)于現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)儀器這部分內(nèi)容沒有涉及。（2）按照高中課本實(shí)驗(yàn)操作步驟，有些實(shí)驗(yàn)在演示過程中會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)象不明顯的問題，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果，對(duì)于這種情況，需要教師重新設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而要求教師具備自制教具和獨(dú)立設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力，本課程缺失了這部分內(nèi)容的講授和實(shí)踐環(huán)節(jié)。（3）在一線城市的中學(xué)校園里，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是該校的特色建設(shè)項(xiàng)目，是反映學(xué)校創(chuàng)新能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此，教師要學(xué)會(huì)如何建設(shè)和管理實(shí)驗(yàn)室。本門課程中沒有涉及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理這部分內(nèi)容。（4）一線教師如果希望成為新時(shí)代的優(yōu)秀教師，整個(gè)課程的設(shè)計(jì)過程必須采用“以學(xué)生為中心”的設(shè)計(jì)思路，通過引導(dǎo)、啟發(fā)等方式達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的，本課程缺失了“以學(xué)生為中心”這種教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的講授以及學(xué)生用該課型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

三、改革內(nèi)容及方案

（一）增加現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)儀器尤其是傳感器方面的內(nèi)容

近年來，傳感器由于測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)已普遍應(yīng)用于初高中物理實(shí)驗(yàn)中。因此，本門課程不僅需要講授傳感器的分類、實(shí)驗(yàn)原理、使用方法等，還需要讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作。例如，在學(xué)生操作《探究滑動(dòng)摩擦力的大小》這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)（如圖1）抽動(dòng)木板，當(dāng)滑塊相對(duì)木板滑動(dòng)相對(duì)桌面靜止時(shí)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于滑動(dòng)摩擦力的大小，記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于彈簧測力計(jì)的示數(shù)不斷變化，示數(shù)不穩(wěn)定，因此，記錄數(shù)據(jù)困難，實(shí)驗(yàn)誤差大;將彈簧測力計(jì)換成力學(xué)傳感器后[1]（如圖2），抽動(dòng)木板，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)記錄在電腦里，學(xué)生只需要保存即可，記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，大大減小實(shí)驗(yàn)誤差;在學(xué)生操作《探究加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系》的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。首先讓學(xué)生用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法操作實(shí)驗(yàn)，當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量時(shí)，小車受到的拉力近似等于鉤碼的重力，拉力數(shù)據(jù)誤差大;當(dāng)在小車上安裝力學(xué)傳感器[2]（如圖4），力學(xué)傳感器記錄的數(shù)據(jù)就是小車受到的拉力，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，誤差減少。

（二）增加自制教具和獨(dú)立設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

在上課過程中，講授一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理、操作、實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)等，逐步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一些簡單的創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)。例如，在講述合力大小與分力夾角關(guān)系時(shí)，通過制作一個(gè)小教具（如圖5），只需在課堂上演示一下即可，既提高了課堂效率，又能直觀得出結(jié)論;在《用單擺測定重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)誤差主要是小球做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，通過將單擺設(shè)計(jì)為雙線擺就可以解決這個(gè)問題（如圖6），實(shí)驗(yàn)誤差大大減小。在《驗(yàn)證焦耳定律》這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，教材中無法定量驗(yàn)證焦耳定律，學(xué)生只能定性通過金屬絲發(fā)熱驗(yàn)證焦耳定律，實(shí)驗(yàn)缺乏完備性;通過引入帶探頭數(shù)字溫度計(jì)這一實(shí)驗(yàn)儀器[3]（如圖7），達(dá)到定量驗(yàn)證的目的，實(shí)驗(yàn)操作簡單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀。這些自制的創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)難度小，學(xué)生接受度高，容易入門。

（三）增加實(shí)驗(yàn)室建設(shè)尤其是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室采用封閉式管理，學(xué)生只能在規(guī)定時(shí)間才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室中也只能操作特定的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的時(shí)間和動(dòng)手能力受到限制;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的重要途徑，通過創(chuàng)建物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在其中自主探究和實(shí)踐，提升學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力。本課程增加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的空間規(guī)劃、展示內(nèi)容、引進(jìn)儀器等方面?？梢韵?qū)W生展示一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的空間設(shè)計(jì)構(gòu)造圖，講解空間各分區(qū)的劃分和功能。例如，空間可分為學(xué)生休憩區(qū)、優(yōu)秀創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品展示區(qū)、多功能工具區(qū)、學(xué)生演算區(qū)等;展示內(nèi)容可以是優(yōu)秀的創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器、學(xué)生精彩瞬間、偉大的物理學(xué)家簡介等內(nèi)容;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室通過視頻監(jiān)控器和人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)開放式管理，學(xué)生可以自由出入，合理利用時(shí)間，為以后培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。