多方面优化实验教学 全面提高学生科学素养

张绍桂

（天津市咸水沽第一中学 天津 300350）

当前，基础教育课程改革已经全面展开.这是一场划时代的深刻改革，它的基本理念是“以学生为本”，培养全体学生终生发展的兴趣和能力.高中物理新课程标准反映了现代物理教学鲜明的时代感和使命感.

物理学是一门以实验为基础的自然学科，所有的物理概念、规律和理论，都是在实验的基础上建立起来的.高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验.新课标明确指出，物理实验是人类认识世界的一项重要活动，是进行科学研究的基础.高中物理课程应该促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考，培养学生实事求是、严谨认真的科学态度，养成交流与合作的良好习惯.

新形势对物理实验教学的改革和发展提出了新的要求.在新课改的视野下重新审视高中物理实验教学具有重大的理论和实践意义.在教学中不断优化实验教学，培养学生自主学习能力，培养科学探究的兴趣和能力成为课程改革的重点.课程标准理念为物理实验教学改革提供了新的思想理论.

1 实验在高中物理教学中的地位与作用

实验是人类认识世界的一项重要实践活动，是联系理论与实际的纽带，是进行科学研究的基础.物理学是建立在观察和实验基础上的学科，以实验为基础是物理教学的基本特征.物理实验是研究和学习物理学最基本的方法，它是物理知识的源泉，无论是概念的建立，还是规律的探索和论证都离不开实验.物理实验是中学物理教学体系中不可缺少的元素.

物理实验对激发学生学习兴趣，培养学生的观察能力、思维能力、探索能力，启迪学生思维，培养科学方法和创新精神均能产生积极有效的作用.实验是培养学生求真务实、团结协作等人格品质的重要途径，通过实验不仅可以培养学生的独立性、自主性，还可以培养学生互相协作、取长补短的优良品质以及实事求是的优良作风.

2 《标准》对实验教学的要求

《标准》明确指出：物理实验是高中物理教学的重要内容.物理教学要突出学科特点，发挥实验在教学中的重要作用.实验是了解、研究自然规律的重要方法，它的作用不仅是为了获取信息.要重视学生的实验技能的提高，会使用基本仪器，能根据实验目的和已有条件制定实验方案，能正确考虑实验的变量以控制实验条件，进行正确的操作，能采用多种方式搜集数据，能对实验数据进行正确的处理分析得出结论并会对实验结果进行恰当的解释和描述等等.

《标准》不仅强化了学生的参与性，更强调了实验的过程性.课程标准理念深刻地改变了物理实验教学的目标、性质和模式，从单纯为了学习知识，验证理论，学习操作技能，转变为以全面培养学生科学素质为目标的课程.

3 具体做法个案

3.1 让演示实验活起来

课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分，是物理教学中的一种重要的教学方法之一，也是让学生直接了解物理概念、规律的主要手段.

演示实验应根据不同教学内容和要求，选择合适的实验，合理地进行实验，以便让学生清楚地认清物理概念和规律.

演示实验的效果，主要看它是否能帮助学生在大脑中建立起基础物理现象的鲜明表象，以促进学生理解知识，提高学习物理的兴趣.如，为使学生对磁场磁感线的空间分布有一个直观形象的感性认识，教学中用实验来显示磁场的磁感线分布是很必要的.但是教材中所给出的是平面分布图，通过语言描述，也很难让学生想象出它的空间分布.这时用“磁体的磁感线立体分布模型”（图1），就可以把永久磁铁产生的磁场的磁感线形象生动、直观、完整地展示给学生，空间效果非常明显，而且极大地激发了学生的学习兴趣.

图1 磁体的磁感线立体分布模型

课堂教学是教师与学生共同活动的过程，学生主体的能动作用是取得学习成功的内部因素，起着决定性作用.所以教师在发挥主导作用的同时，应充分调动学生的主动性和积极性.让学生在教师指导下积极参与演示实验，或者在适当的时候让他们成为演示实验的“主人公”，不仅有显示学生实验技能的机会，还能得到科学方法的训练及能力的培养，加深理解和掌握物理概念和规律，同时可领略物理学的思想，培养科学态度和科学方法.某些演示实验可以让学生操作，还有些演示实验在条件许可的情况下，或在可以创造条件的前提下改造为分组实验，让学生通过物理实验来验证或探索某些物理结论.

如在“力的合成”教学中，把演示实验改为分组实验.学生在教师的指导下，动手、动口、动脑，积极参与教学过程，通过“猜测、实验、归纳、总结”的完整过程，得出“平行四边形定则”.变被动地接受知识为主动探索新知识，自觉、主动地和教师、同学、教具相互作用，进行信息交流，自我调节.形成一种和谐亲密、积极参与的教学气氛，一个思维活跃、鼓励创新的环境产生了！满足了学生成为“发现者”的愿望，激发成就感.学生的思维在开放、发散中涨落，在求异、探索中又趋于有序；培养了学生独立操作能力，发展了学生的思维能力、创造能力，让学生做到步步有序，环环相扣.

3.2 让实验教学和现代科技一起进步

现代科学技术的飞速发展，使人类社会进入了信息时代，也使更多功能完善、特点各异的现代教育媒体进入物理课堂，教学环境焕然一新.下面例举我们在实际中的一些应用.

视频展台是物理教学中最普遍、最常规、最有效的电化教学媒体，它容易操纵和控制，经济而又方便，可将教学所需的插图、图表、示意图等直接投影使用，如图2所示，可以投影放大教学实验的动态过程.

图2 利用投影仪放大教学实验的动态过程

随着计算机技术的进步，视频演示也已经可以随心所欲地在课堂上发挥它应有的作用，如在讲解“探究力的平行四边形定则”的实验步骤时，我们用微机上的摄像头对实验进行实拍投影，学生就能清楚地看到实验全过程发生的现象，增强了实验的说服力.

计算机具有强大的模拟功能，能对很多不易看到的、现象不明显的、学生很难观察或不便做的实验，制成课件，进行仿真模拟.通过模拟，使学生很好地理解物理教学中的重点和难点.学生在轻松愉快的气氛中学习，在直观形象的情境中求知，可极大地集中注意力，有助于学生对知识全面、准确地理解，提高效率.如可以采用如图3所示的flash动画进行“探究运动的独立性”的教学.其中C，D 为两个电磁铁，轨道的高度可调，始终保证AC ＝BD 以使两球在轨道出口处的水平初速度相等.如两小球分别由C，D 两点同时释放，它们总能在AE 轨道上的某点相碰，说明竖直方向的运动和水平方向上的运动是互不影响的［1］.

图3 利用flash动画进行教学

数字技术的普及为物理教学提供了全新的技术手段和教学平台.DIS系统的功能全面增强，也为物理实验教学的调整带来机遇.如借助于传感器和计算机不仅可以精致地显示两物体之间相互作用的关系，而且可以准确地显示出运动中两物体间相互作用力的关系，这是常规实验很难达到的.

视频影像能够真实全面地记录整个物理过程或教学内容.由于受学生知识水平、设备条件等多方面因素的限制，学生不可能对与物理知识相关的所有实际现象都有深刻的印象，甚至对有的现象没有丝毫的感知，这时就可以利用视频进行教学.如必修2“宇宙航行”一节，可播放“神州六号发射”视频把人类向宇宙进军的成果展示给学生.这些逼真的镜头不仅可以扩大学生的视野，帮学生生动、形象、具体地认识天体及其运行规律，还能让学生体会到人类向宇宙进军的伟大壮举而受到巨大的鼓舞.再如，必修2中用砂轮打磨下来的炽热微粒的运动方向演示“做曲线运动物体的速度方向”时，不可能在课堂上现场演示，而相关的视频可以非常清晰地将微粒的运动方向展示出来.

把多种媒体优化组合后的教学不仅有利于激发学生学习兴趣和知识的传授，更重要的是能用它帮助学生建立物理模型，让学生更好地观察物理现象，分析思考物理过程，使教师的教和学生的学都变得轻松自如，也正因如此多媒体技术在物理教学中的地位越来越重要.比如，利用“平抛竖落仪”（图4）演示平抛运动在竖直方向为自由落体运动时，可以结合“平抛竖落仪”、实物投影和大屏幕非常清晰地演示出“同时从同一高度平抛和自由落体同时落地”，也可以用数码相机的连拍功能在大屏幕上回放，效果也很好.

图4 利用“平抛竖落仪”做演示

再如，在高三电路实验复习课中，笔者就将包含实验、视频、实物投影、课件等多种媒体根据课堂教学需求灵活地优化组合.器材的选择、实验方法和过程的设计都交给学生决定，让学生自主通过讨论、实验、探究得出结论，使学生在学习过程中不仅学习了课本知识，更体验到“发现”和“探索”的乐趣，锻炼了动手能力.学生充分利用课下的时间分组进行准备，在动手的同时又动脑，独立地发现问题，真正成为学习的主人.这样的教学设计既提高了学生的实验技能、主动获取信息、处理信息的能力，又活跃了学生的思维，培养了学生的科学态度和探索精神、合作精神，有效地提高了复习的效率，增强了学生的科学素养，增强了学生的能力.

3.3 让自制教具在物理教学中大放光彩

李政道博士说过，“自制的教具，永远比买的好”.自制教具有不花钱或少花钱，制作简单，使用方便，实用性强等特点，更具有亲切感，如果鼓励学生自创实验，自制实验器材，就更有利于渗透创造性的教育.

例如，“质点在平面内的运动”一节要求学生观察相互垂直的两个匀速运动的合运动，课后要求学生自制如图5所示装置进行自主探究.

图5 用自制仪器自主探究“质点在平面内的运动”

如图6所示，在坐标系xOy 中描述小重物运动，x 轴为直尺方向，y 轴为竖直方向，铅笔沿直尺移动，小重物在水平和竖直方向有相同的位移，如果铅笔匀速运动，小重物在水平和竖直两个方向以相同的速度匀速运动，可观察运动的合成.

图6

3.4 让学生在探究实验中学习进步

探究性学习是一种让学生自己查阅资料、自己探究发现、自己搜集处理信息、直接体验学习过程的一种学习方式.探究教学给予师生很大的自主空间，新课程理念要求教学要贴近学生的生活实际.

在探究性学习过程中学生可以用类似科学研究的方式，主动地获取信息，运用已学知识分析、讨论、解决实际问题，这样就可以改变学生单纯、被动地接受教师传授知识的学习方式，帮助学生形成一种对知识主动探求，并重视解决实际问题的积极学习的方式［2］.在探究性学习过程中全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力及合作能力；培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识.

例如，高中物理中有关重力加速度的知识.学生在学过力学以后对重力加速度的概念有了初步的了解和认识.如何进一步加深对科学概念的理解和对已有的相关规律的重新认识以及有效进行复习，重力加速度起到了一个“穿针引线”的载体作用.教学中通过组织引导学生根据学过的物理规律自选实验器材，自主设计实验测定当地的重力加速度（学生分别选择了平衡法、单摆法、打点计时器法、滴水法、匀变速规律法等多种方法）.学生通过实验既可以了解科学探究给科学带来的理性的生命力，使学生在小小课堂上有“科学家”的亲身体验，知道科学不是被动地吸收过程，也不是死记硬背一些知识，而是将它作为一项研究，亲身感悟其科学结论的得出过程，又可以提高学生动手动脑能力，最终达到知其然更知其所以然的良好效果.

把探究性学习活动融入物理教学的过程，实际上也是物理教法、学法改革的过程.在“教”与“学”双边互动中，学生不仅能理解物理知识，掌握基本技能，培养一定的科学素质，创新意识，而且学会学习，可以适应社会发展的需要；教师在参与指导学生的过程中也会受到创新的启发，吸纳新知识，更新科学观念，适应新的课程变革，适应教育改革新形势的要求.

高中物理实验教学的改革是物理教学改革的重要组成部分，是落实物理课程三维目标，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资源.任何事物都是在改革中创新，在创新中发展的，实验教学也不例外，还有许多新的规律等待着我们去探索、研究、发展、完善.

1 徐小飞.基于课堂教学的实验改进.数理化解题研究，2012（12）：54

2 邱石.探究性学习综述.呼和浩特：远方出版社，2005.1