新课程下物理师范生实验教学能力的培养

姚秀伟 高红 王景聚

随着国家《基础教育课程改革纲要（试行）》的颁布与实施，标志着新课程改革在全国范围内全面展开.然而，要实施基础教育课程改革，教师是关乎改革成败的重要因素，因为教师是教育的实施者、教育教学改革第一线的执行者，好的教学理念、思想要靠教师来实践.物理实验教学能力是基础教育课程改革对未来物理教师提出的新要求.肩负为基础教育提供合格师资重任的高等师范院校，必须面对基础教育课程改革的新要求，培养学生具有较高的实验教学能力.本文以《中学物理实验研究》课程为例，提出了培养师范生综合实验素养和实验教研能力的方法和策略.

1 新课程改革对物理实验素质的新要求

2010年以来，根据教育部规定，我国在全国范围内开展高中新课程改革工作.新课程改革的目标之一是让学生具有适应终身学习的基础知识、基本技能和方法，培养学生的创新精神和综合实践能力.

物理实验是物理学科教学的重要组成部分，其在培养学生基本技能、基本方法以及培养学生的创新精神和综合实践能力等方面的作用是不言而喻的，因此物理实验部分的教学在新课程改革中越来越被重视.纵观近几年的高考物理实验命题，会发现高考对物理实验部分的考核也充分体现了新课程改革的基本思想，考核不仅越来越细致、深入，而且对基础性和方法性的要求越来越高，考核内容和形式更是越来越“活”，除了对实验过程和数据处理方法进行详细考核这样的常规考法外，近几年出现更多的是将实验的某个环节进行拓展，或者将几个相似的和相互关联的实验进行“拼装”合成一个综合实验来考核，也有只给出基本的目的或要求，由学生设计完成实验方案的情况.即侧重对创新和综合实践能力的考察.这些都反映出新课程改革对学生活学活用、学以致用、整合创新的更高要求.为达到这样的要求，不仅需要学生能够灵活掌握实验原理和实验过程、熟悉实验之间的联系，更应该具备改造实验、拓展实验和根据要求设计实验等综合实验素养.

而要培养学生的综合实验素养，就需要物理教师尤其是未来的物理教师自身首先具备这样的综合实验素养和一定的教学研究能力.

2 改变教学方法，培养师范生的综合实验素养

《中学物理实验研究》是为物理师范生开设的一门选修课，旨在强化他们规范使用中学常用实验仪器、处理实验故障等技能，同时提高他们灵活运用各种实验方法、改进实验方案的基本思维能力.为了更好地培养未来物理教师——物理师范生的综合实验素养，笔者在教学中强调了以下几点：

2.1 深入研究和挖掘实验原理

中学物理实验的原理往往对应于一个公式或一条定律，显得比较简单.所以很多人对此没有“深究”的习惯.对实验原理的深入研究和挖掘有助于更好地理解实验方案和实施细节，避免实验的盲目操作；深入探究实验原理还可以透析物理规律或公式的得出过程，其探究方法可以迁移到其他的物理问题中去，对于实验设计和实验创新也是大有裨益的，更可以为学生的终身学习奠定方法和能力上的基础.因此，我们在课程中引导师范生从实验原理的核心公式出发，把挖掘出来的问题绘制成思维导图.经过一段时间的训练，师范生逐渐养成了深入研究和挖掘实验原理的习惯，也具备了深入研究和挖掘实验原理的能力，受益很大.

2.2 关注实验细节和实验间的联系

无论是演示实验还是分组实验，学生往往更加重视实验结果，而一些实验细节往往被忽略，以至于分析问题和解决问题的能力得不到有效提高.以《探究加速度与力、质量的关系》实验为例，一提到这个实验，学生很容易想到“平衡摩擦力”和“保证小车质量远大于悬挂重物质量”这两个关键步骤，但为什么如此、是否必须如此等细节问题，很多学生都不曾仔细思考.

为了提高师范生对实验细节的关注度和讲解能力，我们在《中学物理实验研究》中有意设置了关于实验细节的分析、讨论和交流环节.通过分析，以往需要刻意记忆和复习的诸如“为什么要平衡摩擦力”、“用什么力平衡摩擦力”、“平衡摩擦力时是否悬挂重物连上纸带”、“怎样确定摩擦力是否平衡恰当”、“摩擦力平衡过大或平衡不够会出现什么现象”、“改变小车质量或重物质量时是否需要重新平衡摩擦力”、“什么情况下不必平衡摩擦力”、“什么情况下不必满足小车质量远大于悬挂重物质量”等问题变得水到渠成、迎刃而解；通过交流和讨论，师范生们还发现如果不平衡摩擦力，反而可以测量出接触面的最大静摩擦力和动摩擦因数，达到深化和拓展实验的效果.可见关注实验细节，可以提高实验探究的深度、广度和精度，真正提升学生的实验操作能力、分析能力和整合创新的能力.

物理知识和规律通常都不是孤立的，而是存在着各种各样的联系.物理实验也是如此，一些关键性的实验器材、实验步骤，实验方法等往往都是相通的.比如必修部分有多个实验都要用到“一端附有定滑轮的长木板”、“打点计时器”等实验器材；《探究加速度与力、质量的关系》实验和《探究功与速度变化的关系》实验都涉及“平衡摩擦力”；很多电学实验都需要选择“分压式电路”等.关注实验间的联系，可以触类旁通，顺利地完成知识和方法的迁移，切实提高师范生利用物理解决实际问题的能力，而这种能力恰恰是新课程改革所提倡的，有助于他们更多地学习与生活、科技相联系的“活”的知识.

3 鼓励实验创新和教具研制，培养师范生的实验教研能力

师范生是未来的师资力量，对于他们来说，“会教” 比“会学”更重要.所以在《中学物理实验研究》课程中，我们鼓励师范生以模拟授课的形式进行实验分析和交流，更引领和鼓励他们进行实验创新和教具研制，以培养和提升其实验教研能力.

3.1 拓展和创新实验内容或方法

实验拓展是实验创新的第一步，也是师范生比较容易实现的.实验拓展不拘泥于分组实验，演示实验的拓展具有更高的自由度和发散性，同时具有提高课堂教学效果的实际意义.如超重和失重是《高中物理必修1》中比较重要又不太直观的知识点之一，恰当的演示实验可以提高学生兴趣和理解程度，但针对此知识点又适合在课堂上演示的实验不多，而现象直观明显的实验更少.师范生利用力学实验的拓展，将长木板和力学传感器相结合开发了半定量的“失重超重演示实验”（图1），将硬弹簧和串联电路相结合设计了“失重超重演示电路”.

在实验拓展过程中，往往还会派生出实验的创新方法和创新设计.如 “天平法测量磁感应强度大小”实验和“楞次定律可视化展示”等实验都是师范生实验拓展时的创新型收获.

在实验创新过程中，师范生将亲身体验从“提出实验课题”、“确定实验方案”、“选择实验器材”到“设计实验步骤”、“反复实验改进和创新方案”等研究过程， 其经历对今后的教研和科研都有巨大的借鉴和指导作用.

3.2 以比赛为依托，改进、自制实验器材和教具

教具是展现知识（原理）产生、演变过程，实现信息传递与交换的载体，同时也是促进知识的媒体.新课程离不开合适的实验器材和自制教具.近几年，笔者以“全国大学生与研究生自制教具与设计实验展示（比赛）”为依托，鼓励并指导师范生改进实验器材和自制教具.

师范生在学会深入研究、挖掘实验原理和关注实验细节、实验联系之后，很容易发现现有的一些实验器材存在的局限性和新课程改革对自制教具的需求，这将激励他们去改进实验器材或尝试自制实验器材和教具.比如，师范生研究平衡长木板的摩擦力时，传统的方法是用垫块将长木板一端垫起一定的角度，而当小车在木板上滑动时，木板容易窜动而引起角度变化导致摩擦力平衡不准确.针对这一问题，师范生自制了一套实验器材，让长木板沿金属滑道在竖立固定的扇形板上滑动来调节长木板的倾角，这样倾斜角度可连续改变、易于位置固定，消除了小车滑动对倾角的影响，从而减小了实验误差；扇形板的外缘刻有角度标线，倾角的大小可直接读出，所以这套装置还可以测量最大静摩擦力和动摩擦因数等.

改进器材、研制教具的过程是一种创造性的活动，在提高师范生的创新精神和实践能力的同时，也更新和丰富了教学和实验用具，提升了师范生的教研能力尤其是实验教研能力.