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高中物理实验教学的有效策略

【摘 要】 《高中物理课程标准》内容的重要改变之一就是加强了实验课的教学内容和要求，为此广大高中物理教师转变教学观念，对物理实验也相应地加以重视，并且为此做了大量努力。尽管如此，但是在物理实验教学中仍然存在着低效或无效的现象。针对这一现象，笔者对当前物理实验教学进行了认真的调查与分析，并在实验教学中作了实践与探索。
【关键词】 高中物理 实验教学 现状分析 实践探索

在物理教学中，我们有一个共识——实验是课堂教学极为重要的教学手段，尽管当今多媒体网络的发展为物理课堂教学提供了丰富多彩的平台，但物理实验仍然有其不可代替的地位。当然并不是说在课堂教学中有了实验，我们的课堂教学就一定会是高效的、成功的。在平时的物理课堂教学中笔者发现实验教学中存在的一些问题，现做些初浅的分析与思考，聊作抛砖引玉，恳请专家同行不吝指教。
一、物理实验教学的现状分析
在平时的课堂教学中，我们发现物理实验教学中存在的问题主要与教师的实验功能意识不强、实验教学中缺少有效的教学策略、实验资源的开发能力不够有关。具体表现在以下方面：
1、实验只重视现象与结论，忽视了学生的主体参与和体验，学生处于被动状态，探究的兴趣得不到充分发挥。
2、演示实验平铺直叙，缺乏认知冲突，实验前缺少问题情景的创设，难以激发学生的兴趣。
3、实验数据的处理和实验结论的得出出现教师霸权主义，教师缺乏科学精神。
4、对实验装置“照方抓药”，缺乏改进和创新。
5、实验资源开发单一性，忽略了社会生活资源在实验教学中的作用。
二、对物理实验教学的有效策略
（一）重视实验探究的过程
什么是探究教学？探究教学是否简单地等同于动手实验？思想认识上的误区，会导致实际教学的误区。特级教师吴加澍的教学模式就是一个很好的探究教学的范例：以实验为基础，以过程为主线，以思维为中心，以变式为手段。不难看出，探究的核心是“以思维为中心”，即教师课堂上所用到的手段和方法都应该服务于培养学生思维的发展，即让学生在获取知识的同时获得过程与方法的体验、思维与能力的训练。如果教学中没有真正意识到这一点，就容易使探究流于形式。如果教师能自觉地突出学生的主体地位，而把教师自己看作一个参与者、组织者、指导者、评价者或学习者，并把科学探究看成是一种学习方法，强调学生自己不断发现问题、解决问题，在这个过程中获取知识、体会科学方法、受到情感态度价值观的熏陶。如某位教师关于《楞次定律》的教学片段是这样的：
师：你认为感应电流的方向跟什么因素有关？
生1：可能跟闭合回路中磁通量的变化情况有关，因为感应电流的产生就是磁通量的变化引起的。
师：对。那么，我们应该记录哪些现象？
生2：磁通量的变化情况和感应电流的方向。
生3：在上述实验中磁通量的增加有两种情况：N极插入和S极插入，同理，磁通量的减小也有两种情况，为了全面分析问题，我们应该把这四种情况都记录下来，也就是要记录线圈中原磁场的方向。
师：大家说得非常好。
（教师投影表格1，学生分组实验，记录现象）
表格1
操作方法
填写内容
N极
S极
插入
拔出
插入
拔出
原磁场的方向

线圈磁通量变化

感应电流的方向

学生记录现象后，师：谁能根据实验纪录的内容，说说感应电流的方向又什么规律？
生：……（语塞）
师：我们记录的现象并没有问题，但仍然找不到规律，怎么办？（然后通过生活实例引导：当直接概括某两者关系比较困难时，可引入跟这两者有关的第三者——“中介”来表述这两者的关系，比如亲戚与亲戚的关系）
生4：能否通过感应电流的磁场方向作为“中介”？因为感应电流的磁场方向既与感应电流的方向有关，又跟原磁场的方向有关系。（教师适时投影表2，引导学生分析）表格2
操作方法
填写内容
N极
S极
插入
拔出
插入
拔出
原磁场的方向

线圈磁通量变化

感应电流的方向

感应电流的磁场方向

……
在老师的指导下，完成了本实验，并把实验结果记录到表格中，学生通过分析结果，不难得出这些实验现象所包含的本质联系，本堂课如果放手让学生来做，可能难度较大，学生甚至不知从何下手，甚至乱拨一通，毫无收获，而现在通过一个个问题的呈现，激发了学生的学习兴趣，激活了学生的思维，最终一步一步朝目标迈进。当探究出结果，尤其是验证结果发现都成立时，他们的兴奋是难以掩饰的。这一切美的体验都来之于探究活动的全面、深入、逼真。
（二）重视实验的差异性与冲突性
差异性实验的开发与应用已经成为许多国家科学演示教学的研究课题。如美国哥伦比亚密苏里大学教育学院就有一项“差异性实验”研究计划，作为一种科学教学的探究手段，收到了很好的教学效果。差异性实验是指那些呈现的现象和结果往往是意想不到的、与一般人的“常识”有很大差异的实验。具有趣味性和强烈的认知冲突。
例如，在“内接法与外接法测电阻”的教学中，教师先引导学生分别用内接法和外接法测量同一只大电阻，学生以为同一只电阻的测量值应当相同。但分别用内接法和外接法测量结果相差很大！同样，测量小电阻也有很大差别。学生困惑：为什么用内接法和外接法测量同一只电阻，会产生如此悬殊的结果？这种对比测量结果产生了很强的差异性，引发学生强烈的认知冲突和认知失衡。那么在这种情形下，内接法和外接法的教学就会水到渠成，而且学生印象特别深刻。
（三）重视实验过程中的突发事件
有的老师不喜欢实验，不是怕实验准备麻烦，而是怕实验过程出现意外，影响教学过程，实际上有些实验即使出现意外，它也是课堂中重要的教学资源，尤其是对学生的思维的严密性和科学精神的培养具有重要的意义。
例如，在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系时，变压器的副线圈先选了200匝,并接入一个大灯泡（220V，40W），（原线圈输入电压为23V），副线圈选200匝时灯泡亮度很低，灯丝仅仅发红，而换用800匝后，就能正常发光，为了再次说明这一情况，随手拿了一只小灯泡接入电路，输入电压为4.2V，副线圈选200匝时小灯泡发光，然后副线圈选800匝，结果小灯泡不亮，对这一现象，一下子学生都陷入深思，是操作错误还是书本上错了，同时，我又紧接着做了不接入灯泡时电压情况，结果副线圈上的电压随着匝数增加电压是升高的，接下去与学生一起作深入的分析，原来线圈是有较大电阻的，与灯泡组成闭合回路后，副线圈相当电源部分，线圈的电阻相当于电源的内电阻，当接小灯泡时，小灯泡电阻较小，当线圈的匝数增加时，相当于电源的内电阻增加，小灯泡分得的电压反而减少（当然还有漏磁等其它原因），同时还要跟学生说明以后碰到的线圈往往当作理想线圈（忽略电阻）。
可见，实验过程中出现突发时件并非都是坏事，只要教师利用好这些发生在学生眼皮下的活生生的问题，引导学生分析，鼓励学生参与解决，最后在全班同学合作中作深入分析，最终解决问题。
实验中出现实验数据不准、实验现象偏差，甚至实验失败。这些都是难免的，因为实验本来就在现实的环境中进行，有许多影响实验的不确定因素难以控制。关键是我们老师如何面对实验的误差与失败。在许多的物理实验课堂中，出现了与“课堂要求”不符时，有些老师往往回避或用自身的权威刚性地把课堂进程按既定的方案进行，而将学生的感受放在一边。这种课堂教学看起来像是完整的、高效的，但实际上却丧失了许多有极高价值的课堂生成的资源，同时也不利于学生科学精神和科学态度的培养。
（四）重视实验装置改进与创新
实验装备是实验教学顺利的保障，正所谓巧妇难为无米之炊，没有合适的实验器材就很难使实验教学达到高效。然而，新课程下的物理实验，从内容、数量到形式都有较大的变化。这一新的变化，对我们物理教师提出新的挑战，要求我们物理教师具备实验改进创新的意识和能力。然而在现实课堂教学中，教师对实验设备“等、靠、要”的思想较为严重，按部就班，缺乏改进与创新。
例如，对安培力方向的判断——左手定则探究的过程，一般都按下图1进行实验，但安培力的方向F一般被认为是水平的，但这实际上是有问题的，导体棒向右偏转，并不能说明F水平向右，所以，我尝试进行这样教学。
师：（同样，按下图1安装好实验装置，接通电路，导体棒向右偏转）请问能根据这一现象确定安培力的方向吗?
生：水平向右（一般学生都会这么回答）
师：导体棒向右摆动就能确定力一定水平向右吗？（尤其突出水平两字）斜向上可以吗，斜向下呢？（学生都有点惊讶）
生：不能确定。
师：接下去，我们把这一装置适当的调整一下，将碲形磁铁竖立起来，开口朝上，其它不变，接通电路，让学生观察现象。（如图2）
生：导体棒不动。
师：这说明了什么？
生：导体棒不受力。
师：通电导体垂直放入磁场中不受力可能吗？
生：不可能，受力只能在竖直方向。
师：这就说明安培力方向与B方向及I方向垂直。
这样，左手定则就比较容易得出，这说明对有些实验装置，我们作一些适当的改进或调整，就会起到良好的效果。

图1 图2
（五）重视生活中实验教学资源开发与利用
高中物理新课程标准强调指出，课程实施要贴近学生生活和联系社会实际，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。所以，教师既要注重开发和利用生活和社会中的实验教学资源，又要发动学生，也使得他们成为实验教学资源的开发者。这也不仅可以开发和积累更多的新的实验教学资源，而且又能培养学生的创新精神和实验探究能力。
例如，在讲摩擦起电时，我们可以用塑料吸管来做这个实验（塑料吸管随处可见），让学生用食指和中指摩擦一根新的塑料吸管，会看到该吸管可以吸在自己的手心。再把经手指摩擦过的塑料吸管放在倒扣在桌上的一次性杯子上，再摩擦另一根吸管，当两吸管靠近时，会出现相互吸引或排斥现象。然后，让学生思考手和吸管为什么会相互吸引，两根吸管又为什么会相互排斥，在思考和解决问题中学生就会有很多收获，而且，吸管到处可见，学生平时还可以做，效果自然更好。
另外，有些实验课堂能做，现象也比较明显，但趣味性不强，体会也不够深，若充分利用一些社会资源，效果就会更好。
例如，做“静电屏蔽实验”时，有的老师轻小的绝缘丝线粘在金属笼的内侧和外侧，给金属笼加上高压电后，观察到金属笼外的丝线张开了，而金属笼内的丝线纹丝不动，说明了笼内不带电，实验现象明显但是趣味性不够。改进实验把小鸟放在金属笼内，外面加上高电压，外面加上高电压，高压放电发出可怕的声音，还有耀眼的弧光立即吸引了全班学生的目光，学生都替小鸟担心，但是笼子内的小鸟却安然无恙，这时若再提出问题，试想如果是学生自己在笼子里呢？这个实验一定会更加刺激有趣。然后介绍科技馆当中就可以完成这样的大型实验，让学生在假期去尝试一下，这样印象就会很深刻。
实验教学是构建物理知识、概念和规律的重要途径。在教学实际中,有针对性的对物理实验课堂的教学方法、教学模式进行研究，切实提出实验教学改革策略，有效地激发学生学习物理的兴趣和好奇心，萌发学生强烈的问题意识和探究欲望,从而让学生的天性得到充分发挥,这真是新课标提出的“以学生发展为本”的教学新理念。

参考文献
[1] 朱铁成 《 物理课程与教学研究》 浙江大学出版社 2008年
[2]《实验教学与仪器》2009年第1期
[3]《物理通报》2008年第2期
[4] 皮连生 《教与学的心理学》华东师范大学出版社

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