物理实验教学各环节的能力培养之我见

黄钦东

摘 要：分析了在物理实验教学过程中教师采用传统方法的弊端，详细地剖析了物理实验教学的各个环节中如何引导学生大胆参与实验过程。在体现学生主体作用的前提下，对如何更好地发挥教师的主导作用探索了一些方法，初步体会到了教师主导作用在物理实验课中的意义。

关键词：物理实验教学；传统弊端；实验教学环节；实验过程；探究能力

物理学是以观察和实验为基础建立起来的一门学科。实验教学在整个物理教学过程中，起着举足轻重的作用。然而多年以来所形成的传统实验教学，是按教材的思路，按照“提出问题→设计实验→进行实验→得出现象或结论（规律）”的程序，基本由教师一手包办，即使是分组实验也仅仅让学生照方抓药，模仿操作。这样的实验教学虽然能达到既缩短教学时间，又能“准确”地得出结论，整个实验教学过程看似“圆满”。但学生对实验及相关的物理知识掌握得不全面，更无法培养学生的提出问题的能力、设计能力、实验操作能力以及创造能力。在教师“重结论、轻过程”的指导下，要求学生死记硬背其结论和规律，并通过大量的练习来达到“提高”教学质量的目的，长此以往，势必加重学生学习负担，失去对物理的学习兴趣，甚至培养出“高分低能”的学生，这与素质教育的要求是完全相悖的。

物理实验教学是完成整个物理教学活动必不可少的环节，应当成为培养学生观察能力、设计能力、操作能力和创造性思维的重要组成部分。在实验教学中应发挥教师的主导作用，突出学生的主体地位，摒弃教师“我做你看”“我说你记”的实验教学方式，采用较为灵活的教学方法，在整个实验教学的各个环节中采用有效的教学手段，逐步将实验教学引导到能有效地激发学生的思维，让学生多种感官参与教学活动，使学生的潜能和创造性充分表现出来的境地，从而让一个活跃且有序、思维发散且目的明确的实验教学秩序在愉快的教学中逐步形成。

实验教学虽然有多种形式，但通常情况下都是按照“提出问题→猜想与假设→制订计划与设计实验→进行实验与收集证据→分析与论证→得出现象或结论（规律）→评估、交流与合作”的程序而展开的。下面是本人在各个环节中对如何引导学生进行实验所进行的一些尝试。

一、引导学生学会“提出问题”是实验教学的良好开端

实验教学的第一环节是“提出问题”。没有探究就没有科学，而提不出问题也就不会有探究，探究源于问题。问题的存在本身就能激发学生的求知欲和探究欲，学生的提问，特别是较高水平的提问，也是解决问题的一个必要方面。在实验教学中一开始让学生提出问题是很难实现的，更谈不上提出与教学目标相关的问题来，这就需要教师有效地设置相关物理情景，即从学生熟悉的生活现象中，提供必要的问题背景，创设合理的、具体的物理情景，展示明显的物理现象，让学生想有所想，从而启发学生发现并提出问题。使学生通过观察、感知、体验后发现问题；或者创设一定的任务，在完成任务过程中点燃智慧的火花，产生探究问题。具体的操作步骤：（1）设置问题情景任务；（2）分析归纳情景体现的内在规律；（3）引导学生提出问题。例如，在探究《欧姆定律》一节时，创设如下情景：

①分别用一节和两节干电池给同一个小灯泡供电，闭合开关，观察现象；

②用导线把小灯泡和滑动变阻器串联在同一电路中，闭合开关，移动滑片，观察现象。

让学生观察现象后分析归纳其内在规律，引导学生思考看到了什么现象，发现了什么问题，并进一步提出问题。通过一步步的深入引导：小灯泡的亮度不同，又属于什么因素影响？进而提出了“通过导体电流的大小跟哪些因素有关？”的问题。

实验探究问题的提出，需要一个较长的适应过程。开始时学生发现和提出的问题不是都跟该课题有关，有时还会出现风马牛不相及的问题，教师要耐心地倾听学生所提的问题，从中发现其闪光点，及时给予鼓励，避免压制。随着学习的深入，他们的“提问题”兴趣就会有较大的提高，思路也随之被拓宽，进而提高学生发现问题和解决问题的能力。

二、科学地提出“猜想和假设”是实验教学的切入点

通过创设一定的任务提出了问题，就得想方法解决问题，让学生科学地进行猜想和假设，这是完成实验教学的切入点。科学猜想不同于胡思乱想，假设必须依据科学的方法，在此原则下就需要教师进行适当的引导。在实验教学中教师应该鼓励学生大胆进行猜想，但由于受传统教育思想的影响和学生本身的知识及感性经验的限制，猜想往往会流于形式，学生甚至不加思考，信手拈来，使猜想和假设达不到应起的作用。因此，在提出问题后教师要抓住主要矛盾，引导学生在创设的物理情景下，有方向性地提出科学的猜想和假设，使猜想有明确的指向性，从而做到有的放矢，去繁求精。同时，应注重对学生进行科学“猜想和假设”能力的培养，让学生猜而有路，想而有物，循序渐进，逐步提高。如，在科学探究《摩擦力》一节中，教师引导学生根据所设置的物理情景和日常生活的许多现象，突显“影响摩擦力大小的因素”这个主题，使学生很自然地提出了摩擦力的大小可能与压力大小有关、可能与接触面的光滑程度有关后，又提出了是否还与接触面的大小有关等猜想和假设。再如，在探究《阿基米德原理》的实验中，首先引导学生研究“浮力的大小和哪些因素有关？”要引出这个问题，首先要启发他们从“井里提桶”和“游泳”以及在游泳池游泳和在海水中游泳有何不同等生活经验入手提出猜想。学生很快就归纳出：（1）浮力的大小可能跟物体浸入液体里的体积有关；（2）浮力的大小还可能跟液体的密度有关。在教学过程中，教师要及时对这些猜想和假设进行评价，将学生引导到实验目标的探究方向后保留合理的猜想和假设，为下一步制订实验计划打下基础。

三、有效地“制订计划和设计实验”是实验教学的前提

有效地制定好实验计划和设计实验，是实验教学的前提。在进行科学猜想和假设之后，我们已经充分认识到所探究的内容可能跟什么因素有关，在制订实验计划时，就需要全面地考虑所有猜想和假设，并采用物理学常用的一些研究问题的方法（如控制变量法），从而有的放矢地设计实验和选择器材。如，在科学探究《物质的比热容》一节中，要探究物质的比热容跟哪些因素有关，在引导学生归纳出可能影响物体吸放热的几个假设因素后，在设计探究计划时就需要控制变量。这时教师就需要让学生明确为什么要控制变量、如何控制变量以及怎样控制变量。接着教师继续引导如何设计该实验，该实验中选择了怎样的器材，教材中为什么分别提供两个电热器和两个酒精灯，各有什么优缺点，跟该探究有何关系……通过师生共同挖掘，以及学生小组间进行交流与评价，得到合理解释，从而取得了较为满意的效果。再如，伏安法测电阻中演变而来的一个设计实验：用一个电流表，一个电压未知的直流电源，一个已知阻值的定值电阻，一个开关和若干导线，如何测一个未知电阻的阻值。我在教学中引导学生分析伏安法测电阻的原理，是用電压表测出待测电阻两端的电压，电流表测出通过待测电阻的电流，后用R=U/I求出电阻即可。然而本实验没有给出电压表，也就不能直接测量电压值，只有通过间接的方法测出电压值。如何将未知电阻的电压值转到可用电流表直接测量的电流值来获得，就成了设计的关键。在设计中我没有越俎代庖，而是引导学生进一步回忆串、并联电路的特点，最终较好地完成了该实验，更可喜的是通过该实验有的学生还自发地找到了上述实验的又一变化——将电流表换成电压表后同样也能完成本实验，在老师的引导下学生较完整地将此实验设计并完成了。

制订实验计划以及实验设计是实验教学的难点，是培养学生的设计能力、综合应用物理知识能力的有效手段。在教学尝试中一定要循序渐进，密切注意学生的个体差异。根据学生的特点和认知水平，学生制订的计划和设计的实验，往往还有不完善的地方，教师应该及时让学生体会一个好的实验计划与好的实验设计是做好实验的前提，需要实验过程的检验与不断完善。只有这样坚持有效地引导和训练，才能逐步提高学生的设计能力。

四、成功地“进行实验和收集证据”是实验教学的关键

有了合理的计划，完成实验就有了必要的保证。然而成功地完成实验才是实验教学的关键。教材中的有些实验看似简单，做起来因实验条件的限制就将出现失败或现象不明显等情况，使学生无法获得科学、生动的感性认识，无法得到正确的结论，从而也就达不到实验教学的要求。因此无论是演示实验还是分组实验，除了在实验前精心准备实验器材外，作为引导者的教师就必须明确要得到实验结论成功的要素，并认真研究实验条件，有效地控制实验条件，确保实验一次成功。如，教材中的“引火仪实验”由于受器材限制，用棉球蘸上普通的酒精（或乙醚）放入后，即便压几次也无法引出火来，实验就无法完成。我们知道这是由于下压活塞的机械能转化成的空气内能太小，无法使空气的温度升高到酒精（或乙醚）的着火点。了解实验条件导致实验失败的原因后，我们从改变实验条件入手，首先让活塞和筒壁间密闭但保持润滑，后选择硝化棉，这样就能一次确保实验的成功，让学生正确体会“压缩气体做功使气体内能增加—温度升高—达到硝化棉的着火点而燃烧”的结论。成功的实验需要准确地观察现象和收集数据，因为后者才是接下来分析论证的依据，一个准确、明显的实验现象，一组准确的实验数据是进一步分析和论证的前提，只有充分意识到这些重要性，才能更好地引导学生，确保实验的圆满完成。

五、如实地“分析与论证”是实验教学的重点

如实地记录结果，是培养严谨的科学素养的基本要求，同时也是实验教学的重点。无论是演示实验还是分组实验，所有的数据和现象的记录任务都可以让学生完成，这样既提高了数据的可信度，又培养了学生的观察能力，同时也有效地培养了学生实事求是的科学态度。有了现象和数据，如何进行现象和数据分析与论证，就成了得出物理原理和规律的关键。在教学实践中，有些实验数据，往往因为实验条件的限制以及不可抗拒的外部条件，跟得出实验结论的所需数据有差距，这样就无法直接从数据得出物理原理和规律。如，探究“电功率跟哪些因素有关”的实验，教材意图是通过电源供电的电阻丝发热放出热量（即电能转化为内能）使瓶中的煤油温度升高，通过测定煤油的质量m、初温t1、末温t2以及已知煤油的比热容c=2.1×103J/（kg·℃）代入公式Q=cm（t2-t1），求出煤油吸收的热量，再利用电流做的功即为消耗的电能转化为内能，放出的热量全部被煤油吸收，即Q放=Q吸=W。最后求出P=W/t，并用这个结果跟UI的乘积进行比较，试图用实验的方法推出这个公式。但是电流做功的过程不可能全部转化为内能而产生热量，也不可能全部被煤油吸收（部分热被容器和空气吸收）。这显然是一个不能完成的实验推导方法，通过分析我们已经知道Q吸

六、准确地“得出现象和结论”是实验教学的目标

无疑，准确地得出现象和结论是实验教学的最主要目标。教师切忌包办代替，其实，有了前面的分析论证，有了教师的引导和启发，经过多次有效的训练后，大多数学生还是能较顺利地得出结论直至归纳出原理和规律。然而实验过程不能仅仅为得出结论而实验，更重要的是让学生学会科学地分析归纳方法，培养他们的发散思维能力，全面提升逻辑思维能力和创造性思维能力。如，在收集到探究“欧姆定律”的数据后，分析数据得出结论时，我们首先要分清哪些是控制变量、哪些是因变量和自变量，在形成结论时引导学生明确控制变量一般即为条件，通过分析因变量和自变量的关系，很自然地得出：“当电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。”和“当电压一定时，导体中的电流跟它的电阻成反比。”的结论。

通常情况下，一个物理实验一般都是得出一个现象、结论或测量一个物理量。然而有的实验，却存在着进一步的延伸空间，这就需要教师的引导。如，用伏安法测小灯泡的功率的实验，是整个初中电学的实验的整合，该实验涵盖了电路的设计、串联电路的连接、滑动变阻器的连接和作用、小灯泡实际功率和额定功率的关系以及电流表、电压表的使用等。我在学生明确实验的原理、自行设计好电路图后，引导他们选择器材、连接电路、按实验步骤进行实验，让学生明确为什么要控制实验条件：即电压表的示数为额定电压，读出对应电流表示数并及时在预先设计的表格上做好记录，同时引导学生用眼睛观察小灯泡的亮度、用手触摸小灯泡感觉其温度，并做好记录。而后继续控制实验条件：让小灯泡两端的电压（即为电压表示数）低于或略高于额定电压值时重复上述实验并做好记录。通过对实验数据的分析处理，求出额定电功率和实际功率值。在完成好本次实验后，设置了两个问题：（1）本实验跟“伏安法测小灯泡的电阻”有何异同？（2）灯的发光程度与实际功率间存在什么关系？最后计算出两种情况的电阻值并分析其阻值变化的原因。通过引导，学生一举多得，较好地获得了感性认识，使知识得以拓展，能力得以提高。

七、愉快地“评估、交流和合作”是实验教学的延伸

愉快地进行“评估、交流和合作”是实验教学的延伸和拓展，是实验教学中不可或缺的一个环节。通过“评估、交流和合作”，将使学生对实验现象和结论作进一步理解，使其逻辑思维能力得以提升，同时在实验教学中合作学习还是提高合作精神的一個重要组成部分。具体操作时，我采取了先将学生分成4人实验小组：前后桌组成一组，允许在课前自由组合，根据需要由教师作适当的调整，尽量使分组能达到具有异质性，这样交流起来就更具有挑战性和批判性。在4人小组中，每人都轮流任组长，使每位学生都得到锻炼的机会，组长除了组织好本次的交流和合作外，还要对本次实验的交流“成果”做好记录，并在全班交流中展示出来。在这一环节中，教师更应发挥引导的功能，密切注意学生在交流中的表现，及时鼓励和评价学生的表现，使“评估、交流和合作”真正对学生的学习产生积极的影响。

提倡以学生为主体，不能将所有的问题都丢给学生，而忽视教师主导地位的作用。实验教学过程中既要考虑学生的主体地位，也要注意教师在实验教学中的主导作用。“教师搭台，学生唱戏”的前提就是先要搭好“台”，这是基础。老师只有过硬的本领，认真探索新的实验教学方法，处理好各实验环节之间的关系，不断充实自己，提高自己的执教能力，真正搭出好“台”，并成为优秀的“导演”，才能引导学生唱一出好“戏”来。

编辑 董慧红