对高中生物理实验能力进行1+1+1培养

封英 侯恕

1 研究背景

我国的教育一直处于不断改革的进程中，《全日制中学物理教学大纲》（修订本）（人民教育出版社，1990年第二版）明确指出：“物理是一门实验科学.通过演示实验和学生实验，能够使学生理解物理概念、规律的建立与实验的关系，培养学生的物理实验能力.演示实验和学生实验对于培养学生学习物理的兴趣也是十分重要的.”

2003年教育部颁布了《普通高中物理课程标准（实验）》，其中在高中物理课程各模块都安排了典型的科学探究或物理实验，并且明确列举了高中生在科学探究和物理实验中应该达到的要求.

现在，“实验探究”又是热议的“学生物理核心素养”中关键成分的一个要素.综上，新课程改革除了要求学生掌握与实验有关的理论、方法和技能外，还对学生的实验素养、创新精神和创新能力以及实践能力提出了比以往更高的要求，这实际上为高中生物理实验能力的培养指明了方向.

2 理论探讨

2.1 物理实验能力

从心理学角度来讲，能力是顺利地完成某种活动所必备的心理特征.那么物理实验能力就是能顺利进行物理实验并达到物理实验目的要求的个性心理特征.

认知心理学的最新研究成果表明物理实验能力包括两种实验技能：一是动作技能，另一种是智慧技能.智慧技能对动作技能具有发动、指导、定向、监控的作用，而动作技能同时又是智慧技能的结果，可作为反馈为智慧技能的执行提供依据.物理实验活动的顺利开展便是动作技能和智慧技能密切配合、相互制约的结果，且智慧技能的作用随实验任务的复杂程度和难度的增加而增大，并且居于实验能力的核心地位.

2.2 物理实验能力结构

物理实验能力结构是由实验知识结构、实验操作技能结构、实验问题解决能力结构三部分构成，且它们之间是存在相互联系的整体结构.

物理实验能力结构是学生分析、解决实验问题的重要基础，在物理实验能力结构中，实验知识结构是整个实验能力结构的基础，实验知识结构是否丰富完整和组织有序决定着实验操作技能结构和实验问题解决能力结构的发挥.反过来，良好的实验技能结构和实验问题解决能力结构，又会促进实验知识结构的进一步完善.

因此物理实验能力的培养要求师生充分理解物理实验能力结构概念，特别是高中教师要在教学中明确分析物理实验能力结构的各个子结构及其之间的相互联系，在此基础上，依据教学目标，制定出相应的培养高中生物理实验能力的方法；同时对学生来说，知道物理实验能力结构的概念，有助于他们判断出自己物理实验能力结构上的缺陷，从而具有针对性的做出学习上的调整.

3 高中生物理实验能力培养途径

虽然《普通高中物理课程标准（实验）》中对科学探究和实验能力的要求有七项要素， 但新课标下的高考物理实验试题主要考查了其中的四项要素，依次是“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”与“评估”.而“猜想与假设”、“提出问题”与“交流与合作”这三项要素在实验试题中几乎没有体现.所以在这样的背景下，很容易导致师生重视考查的四项要素的培养.而忽略另外三项要素的培养.

本文提出的对高中生物理实验能力进行1+1+1培养是指在物理实验教学中实施“渗透培养”、“分层培养”和“整体培养”相结合的培养途径，具体来说就是在一个物理实验中，可以从“渗透培养”、“分层培养”和“整体培养”这三个视角来对高中生物理实验能力进行培养，并且不同的实验的侧重点不同，下面展开说明.

3.1 课堂演示实验对高中生物理实验能力的“渗透培养”

课堂演示实验是教师在课堂上结合教学内容、教学目标做的一些演示物理现象的实验，目的是加深学生们对物理现象、物理规律的印象.若教师能在物理实验教学中合理增加演示实验，并且在课堂上能恰当选择演示时机、正确选择演示方法，那么就可将物理实验能力诸要素的培养逐渐渗透到课堂演示实验的教学中，其实际培养效果往往比刻意培养更好，又可节约大量的教学时间.

教师在做课堂演示实验时，学生的注意力往往比较集中，此时教师若能选择恰当的演示时机、正确的演示步骤、方法等，便可轻易的就将高中生物理实验能力的培养渗透到演示实验教学中.恰当的演示时机的出发点是尽可能引起学生的兴趣，调动其积极性，尽可能多的让学生参与到演示实验过程中.正确的演示方法可以借助实物与多媒体演示，给学生以强烈的、真实的感官刺激，此时教师在适时的引导学生猜想、假设、设计与改进演示实验、提出问题、验证假设等，使学生对探究物理规律更感兴趣.下面就七个物理实验能力要素在课堂演示实验中的“渗透培养”作具体说明：

（1）“提出问题”、“猜想与假设”

对于抽象概念引入时，学生由于缺乏感性认识以及足够的知识储备，此时可以先以课堂演示实验设置悬念，引导学生提出问题、猜想与假设.对于复杂的演示实验教学，可以循序渐进的演示，边演示边引导学生提出问题、猜想与假设、再提出问题、再猜想与假设……

（2）“制定计划与设计实验”、“交流与合作”

课堂演示实验虽然是在给定实验器材、实验方案的基础上进行的，一般也不需要学生来制定计划、设计实验，但是教师可以在完成这个实验之后，鼓励学生思考该实验的不足之处，然后在此基础上加以改进，制定计划与设计实验.交流与合作已经贯穿在整个演示实验过程中，所以就不作具体说明了.

（3）“进行实验与收集数据”、“分析与论证”、“评估”

进行课堂演示实验时，教师不要因为让学生自己从数据中得出规律费时，就直接给出结论，而应该在演示实验过程中引导学生仔细观察、收集数据、分析论证，让学生自己得出实验规律.

3.2 学生实验对高中生物理实验能力的“分层培养”

学生实验是培养高中生实验能力和良好科学习惯的重要途径，但由于多方面原因，高中生不可能在每一个实验中都能兼顾到各种物理实验能力的培养，倘若能对所有的学生实验进行合理的教学编排，在某几个实验或某一个阶段重点培养高中生物理实验能力的某一个或多个要素，这种“分层培养”，既结合了课时现状，也兼顾了实验本身及教材的特点，能够起到切实提高教学的有效性和培养效果的目的.

本文将七个物理实验能力要素进行分层，第一层次能力：提出问题、交流与合作；第二层次能力：进行实验与收集证据、分析与论证；第三层次能力：猜想与假设、制定计划与设计实验、评估.例如“探究小车速度随时间变化的规律”主要考查的是学生第一层次能力；“探究平抛运动规律”主要考查的是学生第二层次能力；“探究加速度与力、质量的关系”主要考查的是学生第三层次能力.

具体举例说明如下：

（1）“探究小车速度随时间变化的规律”

该实验是学生进入高中后的第一个探究实验，此时学生们已经学习了打点计时器的相关知识，已经学会了瞬时速度的计算方法，因此在实验中，教师应该引导学生提出问题，让其进行合作交流.在具体实施过程中，逐步使学生从“敢问”、“敢交流”到“愿问”、“愿交流”直至“会问”、“会交流”，最终学会与他人合作.

（2）“探究平抛运动规律”

该实验是在学生已经掌握了运动的合成与分解以及自由落体运动相关规律之后.因此，教师在此理论基础上对学生加以引导启发，让他们运用已学知识去进行探究实验.可看出该实验突出“自主、合作、探究”的教学理念，通过“提出问题、确定方向、设计实验方案、合作探究、交流总结”等实验过程，使学生在自主学习、合作探究中不仅发现新知识，掌握新方法，而且其相应的物理实验能力得到提高.由此可看出对于第二层次能力，重点在完成实验、收集数据、分析与论证上，这时可淡化其它部分，突出培养重点.所以，实验前教师应该要求学生自己去了解所使用的仪器；实验中教师要多巡视，及时指出学生在实验步骤、实验方法、仪器使用、数据收集等方面的错误；实验后教师要让学生总结此次实验的成功与不足.

（3）“探究加速度与力、质量的关系”

在学习该实验之前，高中生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念，知道质量是惯性的量度、力是改变物理运动状态的原因，会分析物体的受力情况.也已经学习了打点计时器的相关知识，即会利用打点计时器研究匀变速直线运动.此时，学生们根据已有的经验已经知道“物体的质量一定时，受力越大，它获得的加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度越大”.因此猜想“a与F成正比”以及“a与m成反比”，此时又考虑到“a与m成反比”其实就是“a与1m成正比”，已知正比例函数图象是一条直线，因此，很容易看出a与m是否成反比.

教材上就“怎样测量（或比较）物体的加速度”给出了两种方法，对于物体做初速度为零的匀加速直线运动，一种是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由公式a=

2xt2

算出；第二种由于a=2xt2，如果测出两物体相同时间内发生的位移x1、x2，即位移之比就是加速度之比.教材中就“如何为运动的物体提供一个恒定的合力”也给出了两个案例，为学生实验方案的设计提供了参考.综上，可看出此实验对学生重点考查的能力要素是：猜想与假设、制定计划与设计实验、评估.因此实验前教师应该鼓励学生大胆的猜想，同时也得教会学生们如何进行科学的猜想；实验中鼓励学生们根据猜想制定详细计划并设计实验；实验后引导学生对不同实验方案进行合理评估.

综上所述，“分层培养”看似破坏了物理实验能力培养的整体性，但其实质是为了让各个能力都能得到重点培养，最终实现高中生物理实验能力的整体提高.

3.3 课外探究实验对高中生物理实验能力的“整体培养”

该模块指的是结合课外探究实验对学生物理实验能力的七个要素进行整体培养，因此在探究实验过程中学生必须经历7个要素的完整过程，整体提高自己的物理实验能力.由于该模块是学生们主动探究的模块，学生是主体，知识是客体，教师作为媒体从旁起帮助作用，所以各种探究活动都需要学生自己去研究、探索，充分发挥学生的主动性、积极性.在该模块，教师还应了解学生的心理特征和认知结构，这是为了更好的把握探究内容的难度以及探究重心，由于高中生的物理知识结构还不完善，在这种情况下，课外探究实验设计的重心应立足于引导学生发现问题并探究相应的物理规律，以达到培养学生的物理实验能力的目的.所以如果课外探究实验能很好的贴近学生的生活，不仅可以提高学生对物理实验的兴趣，而且可以让学生感觉到物理贴近生活，从而产生对物理的亲切感.

针对“整体培养”的目的，在课外探究实验中应注意以下要领：

（1）提出问题

教师要引导学生针对所要研究的课题，从不同角度提出问题，而提出问题的途径有很多，比如观察现象、分析原因、提出问题；通过归类、找出共性、提出问题；通过类比、找出异同、提出问题等

（2）猜想与假设

在确定实验课题后，教师可引导学生通过已学的物理知识，结合日常生活经验进行猜想和假设.

（3）制定计划与设计实验

在确定了研究内容之后，学生们必须结合所要研究的课题，制定详细的探究计划，然后根据假设确定实验目的，根据实验目的思索实验原理，最后再根据实验原理确定实验器材（此处应该提供尽量多的器材供学生们选择）以及实验步骤.该过程由于学生们思维方式、认知水平的差异，将会制定出不同的实验方案，对于学生的设计方案，不能简单的用“好、坏”来衡量，而应该提一些建设性意见，供学生参考，让学生们自己去分析研究.

（4）进行实验与收集证据

学生进行物理实验时，对实验仪器的使用必须严格规范，并且要学会收集数据的方法，提前设计好数据记录表格，实验过程中如实、科学的记录数据

（5）分析与论证

数据处理时，学生可能收集了大量数据，但不知如何处理或处理不当，导致无法得出结论.因此教师要有意识的教导学生分析数据的思路和方法，并且鼓励学生借助图象、列表以及计算机等方式来处理物理实验数据.

（6）评估

在探究实验结束后，引导学生对整个实验过程进行评估，主要看实验方案、实验原理是否科学、实验步骤是否合理、实验仪器是否有利于数据的测量、实验结论是否与预想一致等.通过这些评估，找出优缺点，吸收经验，进一步改进实验方案，同时在评估时建议实行师对生评估、学生自我评估、学生间互相评估等方式.

（7）交流与合作

在该模块，交流与合作贯穿整个实验，教师既要鼓励学生之间的交流与合作，又得适当控制，避免学生之间出现闲谈现象.

综上所述，课外探究实验不仅可以从整体上对学生物理实验能力进行强化培养，而且可以检验在课堂演示实验中“渗透培养”以及学生分组实验中“分层培养”的效果.