在中学物理教学中培养学生的实验能力

在中学物理教学中培养学生的实验能力

李道鑫

贵州省遵义市民主初级中学,贵州 遵义563000

摘  要：本文结合中学物理教学的实际情况，探讨了如何培养学生的实验操作能力、实验观察能力、数据处理能力和实验设计能力，从而有效的培养和提高学生的实验能力，有利于学生更好学习和掌握物理知识。

关键词：操作能力；观察能力；数据处理；实验设计

1 引言

物理学是以实验为基础的科学，实验可以帮助学生掌握物理概念，加深对物理规律的理解，促进学生动手能力的发展，提高学生分析问题和解决问题的能力。然而，就中学物理教学的现状而言，在对理论知识进行巩固，巩固，再巩固的同时，对实验却实施的却是“减瘦计划”，使本来就很薄弱的实验教学在提高升学率的目标下达到了可有可无的地步。这种情况下培养出来的学生面对探究性问题，缺乏对信息的收集、处理能力，缺乏运用知识对问题进行分析、评价和解决的能力。就物理学科而言，学生非常薄弱的实验能力是当前中学物理教学中面临的重要问题。因此，在中学物理教学中怎样培养学生实验能力显得尢为重要。学生的实验能力主要包括实验操作能力、实验观察能力、数据处理能力、实验设计能力等几方面。

2 操作能力的培养

实验是一种手脑并用的实践过程，这个过程需要把各种仪器、器材安装组合起来，需要对仪器进行调节，这些都离不开操作。因此，操作能力是实验能力中的一个极其重要的方面。例如,在使用仪器之前对基本仪器的认识；按实验原理组装仪器和设备；仪器安装好之后，对仪器进行必要的预备性调节；在实验操作过程中进行手脑协调配合以及主动排除故障等，都能有效地培养学生的操作能力。

3 观察能力的培养

物理实验过程中必须通过观察去获得相关信息。在实验教学中培养学生的观察能力是实验教学的重要任务之一。例如，在稀薄气体的放电现象实验中，由于为防止感应圈及放电管过热而损坏，稀薄气体放电时间不宜过长，在有限的时间内，要求观察7只管内压强各不相同的管子内的放电现象，就需要观察既具有全面性又具有选择性，既要求可靠性又有效率，观察现象又不拘泥于现象。

4 数据处理能力的培养

为了获得有效的实验结果，必须进行数据处理。因此正确合理地对实验数据进行处理也是物理实验中很重要的一个环节。虽然中学阶段数学手段有限，处理数据的能力要求不高，但是通过物理实验教学，可使学生掌握各种简单的数据处理方法，不断积累，从简单到复杂，由低级到高级的逐渐地学习和掌握各种数据处理方法，培养学生的数据处理能力。

5 设计能力的培养

如果我们的教育是单纯地进行知识灌输和技术传授，那么，培养出来的学生只会机械地学习和工作，社会将不会进步，社会之所以不断进步，就是因为社会中的创新型人才的创新精神和创新能力。在物理实验中，实验设计能力就体现了学生的创新精神和创新能力。实验设计能力是实验能力的重要组成部分，是学生实验能力的更高体现。同学们自己的实验涉及，对他们来说，显然愿意去试一试。对此应尽可能地予以帮助，包括开放实验室、帮助同学选择器材、完成实验，让学生体验成功的喜悦。

例如，楼梯电灯的电路设计。

虽说市场有各种各样的开关，可以不用安装这种电路。但是，对于学生来说，这是全新的东西，教师应把这个电路的优点告诉大家后，同学们跃跃欲试的说明学生的兴致是高涨的。学生采用目标反推法完成电路设计，过程如下：

目标：楼上楼下同时控制一盏电灯。

要求：必须在楼上楼下各装一只开关。

器材选择：①普通的单向开关——不能达到目标。

②单刀双掷开。

连接方式：两只开关与电灯串联。

图1.楼梯电灯电路设计图

电路图如图1所示。电路安装对同学说来是件最兴奋的事情，可作两步完成。第一步，用实验室的单刀双掷开关和学生电源、小灯泡完成模拟实验。第二步，用市场上购得的双开关、灯泡在市电下完成实验。有第一个实验做铺垫，这个实验完成得很快，只是强调在供电上注意安全即可。

另外，让学生体验实验探究的全过程也是培养学生实验设计能力有效手段。

例如，焦耳定律的演示实验。

实验设计如下：

1．问题情境

（1）电炉发热时，电炉丝的温度很高，而与电炉相联的导线却只是有点暖。

（2）电灯亮了，不久灯泡就会很烫，而与灯泡相联的导线却不会热。

以上两种情形，部分学生有较完整的体验，多数学生有部分体验，必要时可通过演示。通过引导学生分析、比较。

提出问题：电流通过导体，产生的热量与哪些因素有关？

2．分析问题，提出假说

电炉与导线、电灯与导线都是路障在一起的通过的电流大小相同，通电时间相同，只是电阻不同，因为导线是铜线，电阻很小。

假说1：电流产生的热量可能与导体的电阻大小有关。

假说2：电流产生的热量可能与其通电时间有关。

3．设计研究计划

（1）验证假说1：可以用同一电阻，增大电流（增大电压）的方法。

（2）可对同一电阻、电流不变的情况下，增长时间的方法。

（3）设计电路，画出电路图。选择适当的器材，组装电路。

其余步骤与常规演示实验操作相同。

在进行实验设计时，有以下几个方面的要求：

1．要保证实验因素的可控制性，实验方案一定是针对可控制因素的。

2．要保证实验因素的可观测性，否则就无法完成实验。

3．要保证实验结果的可靠性。并且要遵守对照性原则、随机性原则和重复性原则，促使学生有目的地进行实验。

另外，实验设计的思路有以下几个方面：

1．明确实验目的。

2．根据实验目的，找出理论依据（实验原理），确定待测的量。

3．根据待测的量选用器材。

4．组装实验，进行实验验证。

5．根据实验情况还要进行分析与反馈。事实说明同学们经过模仿、尝试、体验三个阶段的训练，对实验设计能力有较大的提高，并掌握了一定的技能和方法。

6 结束语

丁肇中教授在荣获诺贝尔物理奖时特意用中文发表了一封信，他在信中写到：“中国有一句古话：‘劳心者治人，劳力者治于人。’这种落后的思想，对发展国家中的青年们有很大害处。由于这种思想，很多在发展中国家的学生们都倾向于研究，而避免实验工作。事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是，物理学是从实验产生的，我希望由于这次得奖，能够唤起在发展中国家的学生们的兴趣，而注意实验工作的重要性”。这充分说明，在提倡素质教育的今天，培养和提高学生的实验能力有利于学生更好的学习和掌握物理知识，形成技能，为提高中学物理教学质量打下良好的基础。

参考文献：

胡小平.物理教学探讨[J].重庆：西南师大出版社，2005年第4期．

韩景春，张俊玲，刘艳春．物理实验教学研究[M]．银河出版社．

张晓娟．物理教学与素质教育[J]．中学物理教与学，2002年第10期．

郭奕玲，沈慧君．物理学史[M]．北京：清华大学出版社．