如何立足高中物理教材挖掘实验教学价值

庄庆华

摘 要： 中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径，从而增加实验教学的价值。教师应发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。

关键词： 高中物理教材 实验教学 拓展 创新 挖掘

诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授曾题词“物理学是以实验为本的科学”。他不仅抓住了物理学的根本特征，更重要的是点出了实验在物理学发展中的重要地位。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。在教学中，学生通过实验过程能有效提高观察、分析、自主设计实验、有效选择仪器、处理实验数据并最终得出结论等综合能力，还能培养科学的探究思想与素养。因此，中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径。

一、立足教材拓展实验教学渠道

教师应有意识对某些教材的施教方式进行大胆处理，尽可能挖掘可让学生进行实验活动的教学环节。例如，笔者对选修3-1“串联电路的分压作用和电压表”及“并联电路的分流作用和电流表”的教学做如下处理。给每组学生分发拆去后盖的电压表、电流表各一个（图1、图2所示），先让学生观察电压表的电路结构并画出电路图（告知图中框格内为灵敏电流计）。学生画出如图3的电路图后，再让学生思考不同量程的电路区别，这样学生就很容易理解串联分压原理是如何应用到电压表的改装中的。紧接着让学生观察电流表的电路结构并画出电路图（比较难，先让学生按不同量程画，然后对比），学生画出如图4、图5电路图。教师适时引入等效内阻的观点，再让学生找出两图的共性，不难发现两者具有如图6电路图的共同效果。这时，学生就很容易发现并联分流原理在电流表中的应用，之后让学生应用并联分流原理分析实际电流表是如何在同一电流计上实现改装成0.6A、3A两个不同量程的。通过这样的教学处理，笔者发现相对原来直接从串联分压、并联分流原理入手讲授表头改装的从理论到理论式传统教法，学生理解更透彻，同时对物理知识在生活中的实际应用也有较深体会，学习兴趣逐渐提高。

图1 图2

图3 图4

图5 图6

二、用创新的实验教学弥补教材存在的缺憾

教材往往因课堂教学条件或学生的认知因素，会对一些知识或认知环节有意规避。经常给授课教师带来一定的教学困扰，也不可避免地在学生学习过程中留下困惑。对于教材中的这种缺憾，教师应充分利用学校现有设备或学生身边可替代的材料进行创新实验教学。

高中物理选修3-4教材在处理“探究影响单摆振动周期的因素”实验中，只体现探究振幅、小球质量及摆长对单摆周期的影响，始终避开探究重力加速度g对单摆周期是否存在影响的内容。这往往会造成学生对单摆周期公式中突兀出现的g有认知上的排斥，通常教师只能用物理学家通过实验得出二者具有相关性进行解释。笔者对这个探究做了个小补充，如图7所示，铁架台上悬挂两个摆长及摆球质量相等的单摆，互相隔开一段距离，在其中一个摆球正下方放置一条形磁铁，然后将两球拉开相同角度释放。学生很明显可以观察到下方有磁铁的摆球摆得快，振动周期小。这时教师只需引导学生从受力差异比较，就能得出其他条件相同时，受到吸引力大的单摆振动周期小，根据牛顿第二定律，没有磁铁的摆球加速度a=（mg）/m=g，有放磁铁的摆球加速度a=（mg+F■）/m=g/（等效重力场，相当于所受重力变大，重力加速度增大）。经过如此处理，学生就能明白为何单摆振动周期与g有关，同时也能掌握等效重力场这种物理学常见的等效思想。课后笔者布置一道拓展题：

图7 图8

如图8所示，有一个带电量为q的摆球，摆长为L，让它在电场强度为E的匀强电场中竖直面内摆动，求该单摆的振动周期。最终学生均能正确完成此题。

三、充分挖掘教材中经典物理实验的科学之魂

高中教材中有些物理学史上的经典实验简介，它们都极其丰富地体现了物理学思想和科学研究方法，最主要的是向我们呈现了物理学家的精妙物理思维。然而由于这些经典实验在课堂教学中的不可呈现性，往往导致教师将其当成科普材料让学生自行阅读，最终导致学生错过了与这些物理学家的一次次“思想与灵魂交流”的机会。物理教师有义务带领学生充分体验和感悟。

例如，笔者在处理卡文迪许实验时，先用课件动画展示实验装置及实验动态过程，然后阐述实验原理。

如图9卡文迪许用两个质量一样的铅球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用准直的细光束照射镜子，细光束反射到一个弧形刻度尺上，标记下刚开始细光束从弧形刻度尺上，照射出的刻度及此时细光束反射所在点的刻度，通过刻度差值可以算出旋转角度。在此基础上，笔者提出问题让学生思考：①装置设计中采用哪些物理原理？②为何采用两个小球而不用一个？③此实验装置如何实现变不可测的微小量为明显可测？④实验设计的核心思想是什么？在哪些环节体现这一思想？最终通过学生、师生间的讨论，让学生理解该实验利用的是二次放大思想设计该实验装置的。一是尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩，使杆能偏转；二是尽可能地增大弧度尺与T型架的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较长弧度，是弧长明显可测。通过这样的教学处理，学生能经历整个实验的设计思考历程，从而了解该实验蕴含的物理思想和科学方法，更深刻地了解卡文迪许的智慧之光。此类经典实验还有物理必修一中牛顿第一定律的伽利略理想实验、选修3-4光学中的托马斯·杨的双缝干涉实验等。

总之，实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要条件和重要课程资源。这就要求教师发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。这将使学生更充分地体验实验教学资源中蕴含的物理思想及方法，也能使学生拥有更宽广的视野，更好地提高学生的科学素养。

参考文献：

[1]安忠.中学物理实验教学研究[M].高等教育出版社，1986.

[2] 廖伯琴，张大昌.物理课程标准（实验）解读[M].湖北教育出版社，2004.4.endprint

摘 要： 中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径，从而增加实验教学的价值。教师应发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。

关键词： 高中物理教材 实验教学 拓展 创新 挖掘

诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授曾题词“物理学是以实验为本的科学”。他不仅抓住了物理学的根本特征，更重要的是点出了实验在物理学发展中的重要地位。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。在教学中，学生通过实验过程能有效提高观察、分析、自主设计实验、有效选择仪器、处理实验数据并最终得出结论等综合能力，还能培养科学的探究思想与素养。因此，中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径。

一、立足教材拓展实验教学渠道

教师应有意识对某些教材的施教方式进行大胆处理，尽可能挖掘可让学生进行实验活动的教学环节。例如，笔者对选修3-1“串联电路的分压作用和电压表”及“并联电路的分流作用和电流表”的教学做如下处理。给每组学生分发拆去后盖的电压表、电流表各一个（图1、图2所示），先让学生观察电压表的电路结构并画出电路图（告知图中框格内为灵敏电流计）。学生画出如图3的电路图后，再让学生思考不同量程的电路区别，这样学生就很容易理解串联分压原理是如何应用到电压表的改装中的。紧接着让学生观察电流表的电路结构并画出电路图（比较难，先让学生按不同量程画，然后对比），学生画出如图4、图5电路图。教师适时引入等效内阻的观点，再让学生找出两图的共性，不难发现两者具有如图6电路图的共同效果。这时，学生就很容易发现并联分流原理在电流表中的应用，之后让学生应用并联分流原理分析实际电流表是如何在同一电流计上实现改装成0.6A、3A两个不同量程的。通过这样的教学处理，笔者发现相对原来直接从串联分压、并联分流原理入手讲授表头改装的从理论到理论式传统教法，学生理解更透彻，同时对物理知识在生活中的实际应用也有较深体会，学习兴趣逐渐提高。

图1 图2

图3 图4

图5 图6

二、用创新的实验教学弥补教材存在的缺憾

教材往往因课堂教学条件或学生的认知因素，会对一些知识或认知环节有意规避。经常给授课教师带来一定的教学困扰，也不可避免地在学生学习过程中留下困惑。对于教材中的这种缺憾，教师应充分利用学校现有设备或学生身边可替代的材料进行创新实验教学。

高中物理选修3-4教材在处理“探究影响单摆振动周期的因素”实验中，只体现探究振幅、小球质量及摆长对单摆周期的影响，始终避开探究重力加速度g对单摆周期是否存在影响的内容。这往往会造成学生对单摆周期公式中突兀出现的g有认知上的排斥，通常教师只能用物理学家通过实验得出二者具有相关性进行解释。笔者对这个探究做了个小补充，如图7所示，铁架台上悬挂两个摆长及摆球质量相等的单摆，互相隔开一段距离，在其中一个摆球正下方放置一条形磁铁，然后将两球拉开相同角度释放。学生很明显可以观察到下方有磁铁的摆球摆得快，振动周期小。这时教师只需引导学生从受力差异比较，就能得出其他条件相同时，受到吸引力大的单摆振动周期小，根据牛顿第二定律，没有磁铁的摆球加速度a=（mg）/m=g，有放磁铁的摆球加速度a=（mg+F■）/m=g/（等效重力场，相当于所受重力变大，重力加速度增大）。经过如此处理，学生就能明白为何单摆振动周期与g有关，同时也能掌握等效重力场这种物理学常见的等效思想。课后笔者布置一道拓展题：

图7 图8

如图8所示，有一个带电量为q的摆球，摆长为L，让它在电场强度为E的匀强电场中竖直面内摆动，求该单摆的振动周期。最终学生均能正确完成此题。

三、充分挖掘教材中经典物理实验的科学之魂

高中教材中有些物理学史上的经典实验简介，它们都极其丰富地体现了物理学思想和科学研究方法，最主要的是向我们呈现了物理学家的精妙物理思维。然而由于这些经典实验在课堂教学中的不可呈现性，往往导致教师将其当成科普材料让学生自行阅读，最终导致学生错过了与这些物理学家的一次次“思想与灵魂交流”的机会。物理教师有义务带领学生充分体验和感悟。

例如，笔者在处理卡文迪许实验时，先用课件动画展示实验装置及实验动态过程，然后阐述实验原理。

如图9卡文迪许用两个质量一样的铅球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用准直的细光束照射镜子，细光束反射到一个弧形刻度尺上，标记下刚开始细光束从弧形刻度尺上，照射出的刻度及此时细光束反射所在点的刻度，通过刻度差值可以算出旋转角度。在此基础上，笔者提出问题让学生思考：①装置设计中采用哪些物理原理？②为何采用两个小球而不用一个？③此实验装置如何实现变不可测的微小量为明显可测？④实验设计的核心思想是什么？在哪些环节体现这一思想？最终通过学生、师生间的讨论，让学生理解该实验利用的是二次放大思想设计该实验装置的。一是尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩，使杆能偏转；二是尽可能地增大弧度尺与T型架的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较长弧度，是弧长明显可测。通过这样的教学处理，学生能经历整个实验的设计思考历程，从而了解该实验蕴含的物理思想和科学方法，更深刻地了解卡文迪许的智慧之光。此类经典实验还有物理必修一中牛顿第一定律的伽利略理想实验、选修3-4光学中的托马斯·杨的双缝干涉实验等。

总之，实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要条件和重要课程资源。这就要求教师发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。这将使学生更充分地体验实验教学资源中蕴含的物理思想及方法，也能使学生拥有更宽广的视野，更好地提高学生的科学素养。

参考文献：

[1]安忠.中学物理实验教学研究[M].高等教育出版社，1986.

[2] 廖伯琴，张大昌.物理课程标准（实验）解读[M].湖北教育出版社，2004.4.endprint

摘 要： 中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径，从而增加实验教学的价值。教师应发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。

关键词： 高中物理教材 实验教学 拓展 创新 挖掘

诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授曾题词“物理学是以实验为本的科学”。他不仅抓住了物理学的根本特征，更重要的是点出了实验在物理学发展中的重要地位。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。在教学中，学生通过实验过程能有效提高观察、分析、自主设计实验、有效选择仪器、处理实验数据并最终得出结论等综合能力，还能培养科学的探究思想与素养。因此，中学物理教师应在认真解读教材的基础上，尽可能创造机会，让学生有更多参与实验、领悟实验思想的途径。

一、立足教材拓展实验教学渠道

教师应有意识对某些教材的施教方式进行大胆处理，尽可能挖掘可让学生进行实验活动的教学环节。例如，笔者对选修3-1“串联电路的分压作用和电压表”及“并联电路的分流作用和电流表”的教学做如下处理。给每组学生分发拆去后盖的电压表、电流表各一个（图1、图2所示），先让学生观察电压表的电路结构并画出电路图（告知图中框格内为灵敏电流计）。学生画出如图3的电路图后，再让学生思考不同量程的电路区别，这样学生就很容易理解串联分压原理是如何应用到电压表的改装中的。紧接着让学生观察电流表的电路结构并画出电路图（比较难，先让学生按不同量程画，然后对比），学生画出如图4、图5电路图。教师适时引入等效内阻的观点，再让学生找出两图的共性，不难发现两者具有如图6电路图的共同效果。这时，学生就很容易发现并联分流原理在电流表中的应用，之后让学生应用并联分流原理分析实际电流表是如何在同一电流计上实现改装成0.6A、3A两个不同量程的。通过这样的教学处理，笔者发现相对原来直接从串联分压、并联分流原理入手讲授表头改装的从理论到理论式传统教法，学生理解更透彻，同时对物理知识在生活中的实际应用也有较深体会，学习兴趣逐渐提高。

图1 图2

图3 图4

图5 图6

二、用创新的实验教学弥补教材存在的缺憾

教材往往因课堂教学条件或学生的认知因素，会对一些知识或认知环节有意规避。经常给授课教师带来一定的教学困扰，也不可避免地在学生学习过程中留下困惑。对于教材中的这种缺憾，教师应充分利用学校现有设备或学生身边可替代的材料进行创新实验教学。

高中物理选修3-4教材在处理“探究影响单摆振动周期的因素”实验中，只体现探究振幅、小球质量及摆长对单摆周期的影响，始终避开探究重力加速度g对单摆周期是否存在影响的内容。这往往会造成学生对单摆周期公式中突兀出现的g有认知上的排斥，通常教师只能用物理学家通过实验得出二者具有相关性进行解释。笔者对这个探究做了个小补充，如图7所示，铁架台上悬挂两个摆长及摆球质量相等的单摆，互相隔开一段距离，在其中一个摆球正下方放置一条形磁铁，然后将两球拉开相同角度释放。学生很明显可以观察到下方有磁铁的摆球摆得快，振动周期小。这时教师只需引导学生从受力差异比较，就能得出其他条件相同时，受到吸引力大的单摆振动周期小，根据牛顿第二定律，没有磁铁的摆球加速度a=（mg）/m=g，有放磁铁的摆球加速度a=（mg+F■）/m=g/（等效重力场，相当于所受重力变大，重力加速度增大）。经过如此处理，学生就能明白为何单摆振动周期与g有关，同时也能掌握等效重力场这种物理学常见的等效思想。课后笔者布置一道拓展题：

图7 图8

如图8所示，有一个带电量为q的摆球，摆长为L，让它在电场强度为E的匀强电场中竖直面内摆动，求该单摆的振动周期。最终学生均能正确完成此题。

三、充分挖掘教材中经典物理实验的科学之魂

高中教材中有些物理学史上的经典实验简介，它们都极其丰富地体现了物理学思想和科学研究方法，最主要的是向我们呈现了物理学家的精妙物理思维。然而由于这些经典实验在课堂教学中的不可呈现性，往往导致教师将其当成科普材料让学生自行阅读，最终导致学生错过了与这些物理学家的一次次“思想与灵魂交流”的机会。物理教师有义务带领学生充分体验和感悟。

例如，笔者在处理卡文迪许实验时，先用课件动画展示实验装置及实验动态过程，然后阐述实验原理。

如图9卡文迪许用两个质量一样的铅球分别放在扭秤的两端。扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用准直的细光束照射镜子，细光束反射到一个弧形刻度尺上，标记下刚开始细光束从弧形刻度尺上，照射出的刻度及此时细光束反射所在点的刻度，通过刻度差值可以算出旋转角度。在此基础上，笔者提出问题让学生思考：①装置设计中采用哪些物理原理？②为何采用两个小球而不用一个？③此实验装置如何实现变不可测的微小量为明显可测？④实验设计的核心思想是什么？在哪些环节体现这一思想？最终通过学生、师生间的讨论，让学生理解该实验利用的是二次放大思想设计该实验装置的。一是尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩，使杆能偏转；二是尽可能地增大弧度尺与T型架的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较长弧度，是弧长明显可测。通过这样的教学处理，学生能经历整个实验的设计思考历程，从而了解该实验蕴含的物理思想和科学方法，更深刻地了解卡文迪许的智慧之光。此类经典实验还有物理必修一中牛顿第一定律的伽利略理想实验、选修3-4光学中的托马斯·杨的双缝干涉实验等。

总之，实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要条件和重要课程资源。这就要求教师发挥自身的引领作用，充分利用教材，挖掘出有价值的教学资源，特别是实验教学资源。这将使学生更充分地体验实验教学资源中蕴含的物理思想及方法，也能使学生拥有更宽广的视野，更好地提高学生的科学素养。

参考文献：

[1]安忠.中学物理实验教学研究[M].高等教育出版社，1986.

[2] 廖伯琴，张大昌.物理课程标准（实验）解读[M].湖北教育出版社，2004.4.endprint