物理实验教学与学生能力的培养

　　【摘要】  实验教学是物理教学的一个重要的组成部分，我们在强化实验课教学的同时，既要注重实验设计能力、实验观察能力、实验操作能力、归纳总结能力以及升华迁移能力的培养，还要注重在实验中进行养成教育，加强竞争意识等的培养，力求在实验课堂中落实新课标理念，在使学生体验知识与技能、过程和方法的同时，还努力加强对学生的情感、态度与价值观的教育，力求培养全面发展的创新型人才。

　　【关键词】  物理课堂  实验教学  新课标理念  实验能力

　　物理是一门以实验为基础的自然科学，物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础，根据新的课程标准，物理实验既是物理教学内容的一个重要的组成部分，又是物理研究的一种重要方法。新课程标准明确指出要体现生活物理，结合生活，贴近生活学习物理，让学生从身边的事物学起，利用身边的事物进行实验探究，以培养新时代的创新型人才。

　　实验课分为教师的演示实验和学生的分组实验，两者都不能随意，更不能纸上谈兵，敷衍了事，草草收兵，强加、硬塞给学生现象和结论。要注重科学性、实在性和探究性，还要加强实验装置的改进、转换，以便达到最佳效果，做到师生同乐。教者要做好充分准备，设想各种可能出现的现象，并想好解决的办法，精心组织和引导，抓住学生提出的各种问题，加以答疑和激励，最后教者要注意进行课堂反馈和自我反思，以便自我提高和自我完善。如果遇到异常情况不要害怕紧张，而是要头脑清醒地引导学生并帮助学生分析实验失败的原因，晓之以理，让学生充分接受，再次实验，体会成功的喜悦，并让学生懂得科学的探索是艰辛和持续性的工作。下面谈谈我在实验教学中对学生能力培养的点滴做法和体会。

　　一、注重实验设计能力的培养

　　实验设计能力是指在理解与掌握了实验目的、实验原理、实验方法等的基础上，拟定实验方案、选择仪器和设备、进行实验探究的能力。一般来说，在设计实验之前，都要先形成实验的假设，实验的假设应该是以提问的形式出现，“当问题本身属于质疑性的问题时，它还可以有效地配合教学，并使学生学习到物理学的研究方法。”① 这样，便能在实验设计时培养物理研究的能力。

　　1.每次实验都要让学生明确设计实验的目的，掌握正确的实验设计原理。我每次实验课教学开始，首先让学生弄清为什么做实验的问题，有明确的做实验的目的，才能进—步去理解实验原理。

　　2.要求学生掌握实验的基本方法。我在实验课教学中着重训练学生掌握三种基本方法，一是实验归纳法，这是通过实验事实归纳出物理概念和规律的认识方法；二是实验验证方法，这是指根据已有的经验和知识经过推理，提出假设和预见，然后再通过实验来证实的方法，这是一种结论在前，实验在后的科学方法；三是理想实验的方法，这是根据科学抽象的理想纯化作用，有意识地突出研究的主要因素，排除次要因素和无关因素的干扰，在头脑中构思成理想化实验，用以代替难以实现的实验来进行研究的方法。

　　3.教给学生实验设计的基本思想方法。要设计一个物理实验，就要首先对这个实验进行构思。我在实验课教学中，训练学生掌握的实验设计与构思大致有以下几种：一是转换法，就是借助于力、热、电、光、机械等方法之间的相互转换，依据等效的思想，把一些不易观察不易测量的量转换为可观察、可测量的量，如伏安法测电阻就是把测电阻转换为测电压和电流；二是比较法，就是利用异中求同或同中求异，对物理现象或物理量进行比较，在进行对比时常要采用控制变量法，如水和沙石的比较；三是再现法，就是利用实验，模拟自然现象，如利用内能做功的教学时当场烧开水，学生观察现象真切，分析问题就简单多了。

　　二、注重实验操作能力的培养

　　观察能力的培养

　　“观察物理现象的能力，是指在实验中正确选择观察对象，从观察对象中发现物理现象及现象间的本质联系的能力。”②物理观察能力的培养，对于学生掌握知识，增强对知识探究过程的体验，起着非常重要的作用。具体来说，接着学生的观察能力要从以下几个方面着手：

　　1.要培养学生的观察兴趣和持之以恒的观察习惯。

　　为了培养学生的观察兴趣，我没有放过一切有利的时机。生动的演示实验可以象磁体吸铁般地吸引学生的注意。只对生动形象的事物产生观察的兴趣是不够的，还必须培养他们对似乎平淡的现象进行搜索观察的兴趣，我经常地介绍—些科学家们从通常人们视而不见的现象中发现真理的故事，以及通过坚持不懈的长期观察而发现真理的故事，像伽单略、牛顿、哥白尼、居里夫人的故事，常会在学生们的心灵中刻下座右铭，以使学生形成良好的观察习惯。“应当认识到，对增强观察能力来说，观察习惯比掌握某一种具体的观察方法更重要，更困难。”③

　　2.要引导学生掌握基本的观察方法。

　　一般来说，对某一个现象进行观察时，应首先从整体来观察，以获得一个大体的轮廓印象；然后再从各个方面和各部细节进行细致的观察，运用分析的方法找出现象各局部的主要特征；进而再注意各方面、各局部的联系，最后获得一个较全面、较深刻的认识。

　　3.要注意培养学生透过表面现象揭发事物本质特征的能力。

　　通常反映事物本质的东西并不显见，而非本质的现象却常常布下迷雾，不具备透过现象看本质的能力就会上当受骗，发现不了规律。例如，让学生观察红棕色二氧化氮与空气，蓝色硫酸铜溶液与水之间的扩散现象，表明分子不停地作无规则运动，又观察阳光下飞舞的灰尘，这时，会有许多学生误以为这也是分子的无规则运动，学生都忽视了分子的数量级10-10m是肉眼看不见的。这个实验教育学生，为了不造成错觉，在观察事物各部分时，必须细致入微，明察秋毫；在观察整体时，又必须把各部分联系起来，切忌粗枝大叶和坐井观天，这样才能在错综复杂的现象中排除表面次要的因素，将本质的特征显露出来。

　　4、要引导学生特别留神在事物发展过程中稍纵即逝的现象、偶然出现的现象以及在由量变转到质变的关节显示出来的现象。

　　为培养学生善于发现问题，我经常引导学生不要放过那些稍纵即逝和不引人注目的现象。例如，在浮沉子的实验中，应注意浮沉子中气体体积的变化；在研究动能大小的决定因素时，应注意速度的方向是否对其有影响，可以把斜面做成各个方向的轨道，比较物体滑行的远近。事物的发展在质变阶段表现的现象是不同于往常的，这是培养学生观察能力的好时机，我们不应轻易放过。例如沸腾是学生几乎每天都要接触的现象，但绝大多数的学生从没有有意识地去观察过这些现象，他们只能很粗略地描述沸腾现象。因此，有必要让学生仔细观察沸腾开始的后的整个过程，打开瓶盖和关上瓶盖进行观察。首先不必给学生提出什么要求，让学生自己去观察和发现沸腾的主要特征，然后教师再进行引导，这样让学生经历一次小小的发现物理规律的过程，比教师一一地指示他们被动地观察收获要大得多。经常教育学生到家里，从自己的身边学习物理，物理就在你的身边，你的身边无处不存在物理，这些话语也能激励学生去探索力的、热的、光的、电的知识，激发学生的学习兴趣，提高了学习效率和效果。

　　5.把观察和思维紧密结合起来。

　　观察和思维是不能截然分开的。观察是正确思维的基础，而深入地观察需要思维指导，因此，培养观察能力应注意把观察和思维紧密结合起来。例如，研究串联电路和并联电路时，不仅观察同一电路中两灯的发光程度，还要观察不同电路中两灯的发光程度的比较，思考为什么，为以后的学习设下伏笔。

　　（二）操作能力的培养

　　实验操作能力是指对实验仪器、工具、实验过程等的动手操作能力，它是实验得以顺利进行的一种动手能力。实验操作能力主要是在实验操作过程中逐渐培养起来的。

　　1.装配仪器，合理排布。有一些较为复杂的仪器需要首先把仪器的各个零部件装配起来，要求装配得正确、合理、充善，每种部件“对号入座”。如安装电动机模型。对于运用多种仪器、仪表的实验要合理排布，其排布的原则为便于接线、便于检查、便于操作和便于观测，正确地把各种仪器仪表连接起来。

　　2.掌握仪器调节的方法。在装配连接好各种仪器后，要对仪器仪表进行预备性调节，要求学生掌据各类仪器的调节方法。

　　3.要按实验规则进行实验操作。要根据实验的要求和各种仪器的使用规则进行正确操作，要逐步训练学生操作动作规范、正确、熟练快捷、动作干脆利落。

　　4.及时排除实验故障，顺利进行实验。当实验做不下去，数据很不合理，说明实验过程出现了故障。出现故障要首先进行故障分析，一般情况下，力学实验与摩擦有关，要检查实验器材是否光滑，水平等；热学实验与散热有关；电学实验与电表量程、正负接线柱的连接，电路的连接等有关。分析实验故障一般可用以下三种方法来寻找故障原因：一是从分析现象入手，推测产生现象的原因；二是从假设某一部分出现故障入手，分析它可能产生的现象；三是边探索边分析，缩小探寻的范围。

　　5.结束实验，整理仪器。实验结束，要按照一定的顺序拆除仪器仪表和整理仪器仪表，各类仪器仪表要调到初接入时的状态。如托盘天平的托盘下方应用橡皮管支起，以防刀口磨损。对于部分学生还可培养其具有一定的仪器维修能力，仪器发生故障时，对损坏的零部件进行修理或调节。另外为培养动手能力，在平时也可多让学生动手拆装一些仪器，如拆装一个常见的机械钟等。

　　三、注重实验分析能力的培养

　　（—）数据分析能力的培养

　　实验数据处理能力是指对通过实验测得的众多数据进行分析处理，以获得某些量的变化规律或量与量之间的函数关系。

　　1.对学生进行实验数据的图线化训练。对于从实验观测中获得的数据，一些简单的情况，可以通过列表分析就获得某些量的变化规律或物理量之间的函数关系，但大多数情况下还需进一步对数据进行图线化。图线化中最简单的图线是直角坐标系中直线图，所以对于各种数据间的关系要尽量使其图线直线化。对于—些不能直接直线化的数据，可以通过适当变换使之直线化，如熔化、凝固、沸腾、伏安法测电阻等，分别作x轴、y轴，描出相应的点，最后作出直线图。一些图线的外延与坐标轴的截距、曲线的斜率、曲线下的面积等都具有特定的物理意义。

　　2.进行误差分析，修正数据。对于实验数据一般地都要进行误差分析。误差的来源有两类：一类是系统误差，是由于仪器的难确性，如零点不准，或实验理论的近似性，或实验条件不能达到理论公式的规定要求，或测量方法本身有缺陷，或者测量者个人的生理、心理影响等产生，系统误差在找到了原因后就可消除或修正。另一类是偶然误差，它的来源主要是感官灵敏度、仪器精密程度、环境干扰和—些不可预测因素。偶然误差服从统计规律，可通过增加测量次数和一些处理偶然误差的理论和方法来进行。在实验操作中减小误差还可以通过提高测量精度，采用较为精密的测量工具，改用更好的测量方法，实验中测准关键量，减少实验干扰因素等来实现减小误差的目的。误差来源找到后，就要对实验数据作出修正。

　　3.从数据或图线上确定某种物理量的变化规律或某些物理量之间的函数关系，并通过物理分析，总结出物理公式和物理规律，达到实验的目的。实验的结果要在实验报告上表达出来。

　　（二）归纳总结能力的培养

　　物理学是一门以实验为基础的科学，它的很多规律来自于实验。我们在教学中应加强学生通过实验观察和数据处理，进行归纳分析，进而发现物理规律的能力。如上“机械效率”—节时，我设计如下一组实验，由学生操作：

　　（1）按教材图示实验，测出弹簧秤读数、重物重力、绳头移动的距离和重物移动的距离。算出拉力做的功和重物提高h米而真正需要做的功。 （2）用一只较大的动滑轮和—根较前粗糙得多的绳子重做上述文验（重物不变，提升高度不变），算出拉力功和重物直接提升功。（3）用第一次实验中的器材，将动滑轮改为定滑轮使用，使重物提高同样高度。算出拉力做的功和重物直接提离h米需要做的功。

　　实验结束后，我引导学生对这三组数据进行比较分析，自然地引出总功、有用功和额外功以及机械效率等概念，同时学生也找出了省力与机械效率高低不是—码事的规律。在此基础上，同学们认识到总功与动力功、有用功与阻力功是一个概念，“功的原理”只是“机械效率”的一个特例，它是一种理想状态。

　　当然，教师在进行实验教学的同时还要注意情境的设计，以便尽快激发学生的学习兴趣，结合以上做法达到最佳实验效果。

　　（三）升华与迁移思维能力的培养

　　创设情境，设置疑问；设计方案，探索研究；观察现象，分析数据；得出结论，完成报告。以上是常规的实验步骤。在我们实施分层教学的学校，对实验班可以同时进行升华与迁移，把学生难懂的，难理解的知识贯穿在实验中，让学生通过先实践，眼见为实，从表象上认识、承认现象的存在，即讲求实在性，然后引导学生运用已学的知识进行分析、讨论，达到升华与迁移的目的，从而完成理解层次的知识点。实践证明，这样能帮助学生突破难点，又不觉得畏难，激发了学生迎难而上的攀登科学高峰的精神，从而激发学生更多的创造欲望和潜能，适合当今新形势下的教学模式。

　　四、注重实验品质的培养

　　没有规矩，无以成方圆。养成教育不仅适用于平时的行为习惯，也适用于学生的学习习惯的养成。那些在班级中有良好的学习和行为习惯的学生，往往是学习的佼佼者，加上自身的资质和强烈的竞争意识，大多数学生都是出类拔萃的。

　　在每次新带一个班级进行分组实验前，我都会做好下列准备工作。第一，按照学生的成绩、表现、操作能力、男女比例协调搭配分组并打印成表格，让学生迅速找到自己的座位，开始初次的合作，从心里认识实验课不能随意，进行科学研究工作更不能麻痹大意；第二，在黑板上写好实验名称、目的、原理、器材、抄骤、注意事项、研究讨论的问题等等，学生整体了解实验报告的格式，并能创造性、高效地完成探究活动；第三，教师进行创造性工作，在黑板上写好组次，对学生的纪律和实验情况，在巡视中发现的优点、不足，以及学生的实验报告，及时在组次上做标记，评出第一、二、三名及优秀报告奖，激发学生的竞争意识和奋发向上、你追我赶的进取心，这样有助于良好习惯的养成，也提高了实验效率和达到人人动手操作、思考问题的效果，更激发了学生的创造潜能，我发现学生有时会有挖掘教材高难度的能力，部分学生的思维能力和反应速度已超过我们的授课速度，他们中存在吃不饱的现象，因此，在我所教班级中我主张学生拥有参考书进行自学，以便摄取更多的课外知识，以满足他们的求知欲。这些都符合新课程、新教材的理念，即强调面向全体学生，而不仅仅是少数尖子生，这样我们就要关照个别差异，让每个学生获得成功的同时，给吃不饱的学生另外提供补充性挑战。

　　新课程改革要求我们每个教育工作者改变过去那种过于注重知识传授的倾向，转向注重学生的能力培养，引导学生形成积极主动的学习态度，使学生在获得知识与技能、过程和方法的同时，学会学习和形成正确的价值观，即从单纯过重传授知识转变为引导学生学会学习、学会合作、学会生存、学会做人，关注学生“全面”的发展。我们知道，过去的教育体制忽略了对学生能力的培养，而侧重于知识结果的传授，学生缺乏应有的社会责任感、健全的人格、创新精神和实践能力，因此以关注学生“全面发展”为目的的新课程改革，成为历史的必然。我们要牢牢把握新课标的尺度在实验课中大胆实施开放性的课堂教学模式，大力培养学生各方面的能力，使每个学生都能成为有用之材。

　　【注释】

　　①《物理能力测量研究》续佩君著  广西教育出版社1999年版第41页

　　②《物理学习论》梁树森著  广西教育出版社  1998年版第209页

　　③《物理能力测量研究》续佩君著  广西教育出版社1999年版第28页

　　【参考文献】

　　[1]、中华人民共和国教育部：《物理课程标准（实验稿）》      人民教育出版社

　　[2]、陆炳炎 王建磐：《素质教育的理想与目标》 华东师范大学出版社 2001年2月

　　[3]、梁树森    《物理学习论》    广西教育出版社   1998年5月

　　[4]、续佩君    《物理能力测量研究》  广西教育出版社     1999年3月

　　[5]、李建平    《新课程实验如何深入地进行》  《人民教育》  2004年6月