物理实验操作的教学与评价

王爱生

摘 要：在物理教学中需要通过正确的实验操作来获取实验数据，从而分析归纳出实验结论或物理规律.实验操作教学中要注重实验操作的特点、操作的目标层次、操作的内容以及操作的注意事项等.

关键词：物理实验;实验操作;实验教学

文章编号：1008-4134（2019）18-0002中图分类号：G633.7文献标识码：B

要实现实验教学目标，就必须进行正确的实验操作.这样才能观察到物理现象.所谓的物理实验操作就是指在物理实验的实施过程中，物理实验者为了实现实验目的、达到实验要求，依据制订的实验计划，运用物理实验仪器，在一定的实验条件下，使实验对象发生某种物理变化的一系列有序的活动.这一系列规范的活动，主要使用手和上肢的肌肉、骨骼的运动，以及与相应的神经系统部分的活动.为此，苏霍姆林斯基说过：“在人的大脑中有一些特殊的、最积极的、最富有创造性的区域，依靠抽象思维与双手精细的、灵巧的动作结合起来就能激发这些区域积极活动，如果没有这种结合，那么大脑的这些区域就处于沉睡状态.在童年和少年时期，如果没有把这些区域的活力激发出来，那么他们就永远也不会觉醒了.”因此，弗赖登塔也说过：“教任何活动的最好方法都是做.”

1 物理实验操作的特点

物理实验与生产活动一样是属于实践活动的范畴.“动作作为一切概念的基礎”这句话体现了实验操作在教学中的重要地位.实验操作与其他知识相比有着如下不同的特征[1].

1.1 物质性

实验操作，以一定物质形式的客体作为动作对象，如操作仪器、使用工具、组装器材等.物理实验操作可分为细微型、连续型、断续型和往复型，完成这些操作行为需要借助物理实验装置来实现.可见，没有物质化的实验装置就不可能有真正意义的实验操作.因此，马克思说：“物质是在感觉中给与我们客观的实在.”物理实验是具有自然属性的客观对象，是通过感性物质形式或感性形象客观化了的人类精神活动及其产物.实验结论才能得以客观化，成为现实的意识，成为他人可以接受的东西或认识的对象.

1.2 外显性

实验操作是一个活动的过程.在这个过程中操作者应用肢体完成有序的动作进行实验.动作必须切实执行，不能合并、省略或简缩.活动过程要求实验操作具有精确性、定时性、定向性、协调性和稳定性.每个实验步骤或每个仪器的使用都有一定的规范要求，操作过程还需要时间适应，执行操作时动作要配合准确、协调，要适应实验条件的变化.因此，实验操作是可以观察到的.操作是思维的物质外显，学生只有完成实验操作才能产生实验现象并进行观察.可见，操作的外显表现为仪器可见、人体有目的的运动、产生有趣的现象以及可测量的实验数据等.

1.3 思维性

掌握物理概念或物理规律时，实验操作为智力活动过程提供具体的感知经验.因为“内部思维活动是通过外部活动的刺激而产生的.”“逻辑在语言水平上形式化之前是建立在行动的一般协调基础上.”列宁说过：“物质作用于我们的感官而引起感觉.”用自己的双手进行相应的行动和操作后，才会摆脱思维和认识同实物的关系，从而成为具有心理意义的操作.

1.4 有序性

操作活动的过程是一个完整有序的过程.实验操作的有序是以外界因素为条件的.这种有序体现在操作时动作的前后、同时、依次、循环等.有的实验是不能再现的.如高温环境下冰的熔化实验，冰一旦熔化，冰在这个环境中就不能再现，它遵循了热的不可逆性原理.有的实验现象是在前一个操作的基础上才能发生变化的.如弹簧秤的使用，必须先观察和调节指针是否指“0”刻度处.这样调节后测量的值才是准确的.这是符合实验过程的有序.有一些电学实验装置要有预热过程，若不先预热直接加电压就会“烧坏”实验装置.如投影仪的碘钨灯就需要预热后才可以正常使用，否则影响碘钨灯的亮度和使用寿命.

1.5 训练性

实验操作能力的获得是通过对知识的理解、对仪器的使用，将知识与肢体经过学生自己真实的操作体验、思维感悟，内化为生理机体动作的“自动化”.这种“自动化”的动作，只有在真实的实验装置上有目的、有秩序的多次强化训练才能习得.如最简单的选择量程试触操作，学生也要通过练习手拿着的导线与电流表的接线柱“迅速”接触，观察导线与接线柱接触的部位、手拿导线靠近的位置，观察电流表的指针摆动的幅度、手的肌肉“迅速”收缩撤退等实验步骤来习得能力.这些能力只有学生通过多次训练才能形成.

2 物理实验操作目标的层次

物理实验操作是学生执行的指向其目标状态的行为.根据物理教学的特征，培养学生的物理实验操作能力应是物理实验教学目标的主要内容之一.制订实验操作目标，就是根据课程标准的要求、学生需求和实验教学条件等具体情况，确定物理基本操作目标水平.按照布卢姆等人的教育目标分类学理论所提供的思路设计，中学物理实验操作目标的水平分类可确定为初步学习、初步学会、熟练、设计四个不同层次的要求，其含义见表1[2].

3 物理实验操作的内容

物理实验操作是从设计实验方案就开始涉及思考的问题，主要有如下4个方面的内容.

3.1 材料的选择和制作

实验是以物质为支撑的活动.根据实验目的和原理选择实验材料是实验操作的准备过程.多数的实验装置都是根据需要进行加工与制作.因此，这种选择与制作是体现教师基本功和创新性劳动的重要指标.

3.2 装置的组装与调试

多数的仪器为了保存或运输的方便，部分部件是分开存放的.使用时我们就要重新组装与调试.有的实验会把好几种仪器或装置进行连接或组合起来使用.因此，仪器的组装与调试操作，要做到正确合理、科学完善.如天平的使用，一是选择水平桌面;二是取下夹在托盘架与底座之间的胶垫;三是将托盘放在托盘架上;四是将游码移到标尺左端的“0”刻度线处;五是调节横梁水平.这样就完成了天平的组装与调试，为称量做好了准备.在这里要特别强调，教师或学生进行实验仪器或装置的调试时需要认真细致，应做到装置已经进入实验初始的准备状态.

3.3 调整变量进行操作

当以上的预备操作完成后就要进入施加变量操作然后观察现象的环节.这一环节是实验操作最关键的过程.教师或学生一定要按照实验操作的有序程序单独进行，不能颠倒或丢落操作步骤.如天平的称量过程中，加减砝码的操作，只能按由大到小的顺序来添加，不能无规则的乱加乱减.

3.4 整理实验器材操作

实验结束，也应该按照一定的实验操作步骤和顺序进行拆卸和整理.不能随意的无序整理，否则会损坏仪器或发生事故.因此，一定要在实验结束时养成良好的整理实验装置和仪器的科学习惯.如采用加热的方式来收集气体时，一定先把导管从水中移出，然后再撤去热源.实验过程中产生强大的压强或物体发生大幅度的形变时，整理实验仪器时要减弱这些物理量的变化，以防产生危险.

4 培养实验操作的策略

实验操作能力是一种个体技能，学生想要获得技能就要有一个严格和有序训练的过程.因此，培养学生的实验操作要有如下的策略.

4.1 欣赏实验操作之美感，唤醒喜欢操作的欲望

动手操作能力的培养是物理实验教学的重要内容之一，是实验能力的主要部分.其实，绝大部分学生都喜欢做物理实验，都有意愿自己动手试一试，这是人类的一种天性，也是好奇心使然的缘故.因此，在物理实验教学中，教师要充分抓住学生的这种心理，做好从近景性学习动机入手，实现为科学本质的远景性学习.因此，实验不能以简单的获得知识或产生奇异的实验现象而告终，而是教师要以科学本质的神奇魅力来感染学生，引导学生欣赏实验的美.

4.2 学生体验操作成功，增强个体自我效能感

在实验操作的教学中，做到人人动手，相互讨论，反复练习，达到人人能独立操作的目的.研究表明，自我效能感高的学生，在学习一项新的操作时会更加积极、主动，练习坚持的时间也越长，在面对困难时也会想方设法克服，会努力实现自己的目标.相反，自我效能感低的学生在练习时缺乏主动性，坚持的时间也较短，在练习过程中遇到失败和挫折时，便开始怀疑自己的能力，降低自己的期望水平，减弱其努力程度甚至选择放弃.因此，在实验操作教学中，教师应采取体验成功操作的方法，提高学生的自我效能感.如创造条件使学生成功，教师提供积极的反馈与评价，充分发挥榜样的作用，帮助学生建立积极乐观的情绪等.例如设计简单易成功的实验，从安全可靠的实验和好玩有趣的实验操作开始.

4.3 严格单项操作训练，扎实学生的操作基本功

在实验教学中教师要使学生明白，正确完成每一个简单规范的实验操作都是一种技能，是通过有目的的多次长期训练而习得的一种“动作”能力，而不是看看就可以完成的.因此，教师要以科学的态度操作实验，以规范的动作展示实验、以成功的操作彰显实验魅力.并以单项实验训练打好学生实验能力的基本功.单项实验训练包括以下几种.

（1）专一计量工具的正确使用.如刻度尺、温度计、弹簧秤、电流表、电压表，这些计量仪器都是比较精密的，要认识仪器的结构，观察仪器上标识字母、量程、分度值，学会调零、检测仪器的好坏情况等.要求做到“六会”，即会合理选择、会调试校正、会正确使用、会准确读数、会科学记录和会判断故障.

（2）专用器材的正确使用.如使用滑动变阻器、酒精灯、打孔器，药品的存放、倒取等.这些专用器材都有自己独特的使用方式和要求.因此，要注意操作的规范，否则就会产生实验误差或导致实验失败甚至发生危险.

（3）专项基本功的训练.一是物理实验中特殊性的操作，如电学实验中学生要规范地去掉导线上的塑料皮，露出适当长度的铜丝，并按顺时针方向旋转拧好，以便备用.还有很多接线柱上的螺丝帽，通过训练能体验到手拧螺丝时的紧、松程度或旋转方向的感觉.二是物理实验中专业作图，如电路图、力的示意图和实物图等图示的设计.

（4）养成操作过程的规范化.操作过程主要包括：一是仪器的装配与布局的合理.如实验的组装要符合先下后上，先里后外，先左后右的原则进行训练;二是仪器的调整与优化.如安装萘的熔化实验装置时就要控制调节好酒精灯外焰与石棉网高度的距离才能有效加热;三是按照规定的步骤操作.如在演示用电流表测电流强度时需要提出操作要领：“断开开关，顺序连接;电流表串联，正进负出，检查无误，通电试触;选择量程，接线读数”;四是故障的检查与排除.一般实验故障排除可用以下3种方法：从现象入手，推测原因，动手排除;从假设元件损坏入手，动手操作更换元件试之;边分析边探索，缩小范围;五是结束实验，整理仪器.如最基本的要求是实验前仪器如何摆放，实验完成后就要恢复原来的位置.还要注意观察药品的标簽是否向外、仪器的表盘是否向外、体积小的仪器是否摆放在体积大的仪器外面等.

4.4 努力创设操作的机会，稳固实验操作的技能

学生操作的熟练程度以及能力的形成和多种活动密切相关，但离开了实验操作和生活实践活动，无论是操作，还是实验能力都无从谈起，也无法得以实现.因此，教师要多创设动手实验操作的机会，一是把简单有趣的演示实验变为学生动手实验，验证性实验变为探究性实验.二是根据所学的知识与内容要开展小制作等多种形式的实践活动.如自制能投影的电流表、会发音的电压表等.比赛谁把电路连接得又准确又完好等竞赛活动.只有这样多动手多操作才能形成稳定的操作能力.物理实验操作是中学物理教学中基于物质的一种特殊形式的学习实践活动.在这种学习实践活动中，教师要讲解并进行示范，学生进行物理实验的基本操作练习，并逐渐达到动作定位，最后，形成熟练的自动化的实验操作.这种学习实践活动对学生的能力，尤其是观察能力和思维能力的培养起着重要作用.如把一个生鸡蛋用手拿着大头向下立在桌面上，稳稳地稍待一会，手离开时一慢二轻，这样生鸡蛋就立住了.这一现象的原因在于生鸡蛋的蛋白和蛋黄可以流动，过一段时间后，蛋黄会向下移动，这样鸡蛋的重心降低，增大了稳定性.同时大头与桌面接触面积较大，容易形成三个受力点而达到平衡状态.

5 实验操作教学中的注意事项

皮亚杰说过：“要让学生动手做科学，而不是用耳朵听科学或用眼睛看科学.”因此，在教学中教师要充分地让学生动手学习经历过程和获得经验，丰富认知.为了使物理实验教学更加有效，我们在教学中需要注意以下几点.

5.1 教学中要注意遵循操作的遗忘规律

关于实验操作遗忘规律的研究表明：实验操作与一般的思维操作不同，在遗忘的进程上有其特殊性.应在学习操作动作后两三天内有组织地指导学生练习.加强动作表象的训练，提高动觉控制能力，使获得的动作操作在记忆中巩固下来，形成动力定型和高度自动化.考虑到这一点，进行实验操作的学习与训练时，实验操作训练或实验课的安排时间不宜太近或太远，每周两次训练为宜.训练时间可根据实验操作难易程度和内容的多少而定.有的甚至在上课之前用几分钟也可以.如电流表的正确使用，学生新课前测定一下某段电路中的电流大小，该操作用2～3分钟完成即可.[3]

5.2 要注重实验操作训练的多样性

操作技巧的形成靠练习，但练习的效果不只和练习时间有关，而且和练习过程中活动形式、活动方法及意愿有关.反复单调的操作很容易使人产生疲倦，失去兴趣.教师应不断改变活动方式，激发学生的积极性.除了让学生个体单独操作练习外，还可以让学生到讲台上操作演示表演，请其他学生就其操作进行评议或者使训练的操作成为竞赛的项目，在学生与学生之间，组与组之间，班与班之间展开操作竞赛.特别是一些小制作与小发明的比赛更能激发学生的动手积极性，在制作中学生不知不觉地形成了操作能力.

5.3 教学中要善于迁移实验操作能力

迁移亦是培养技能的方法之一，已有的操作对学习新操作的影响可能是积极的，也可能是消极的，积极的影响能促进新操作的形成，叫做正迁移;消极的影响，不利于新操作的形成，叫做负迁移.因此，在实验操作培养的过程中，正确促进正迁移抑制负迁移有利于新技能的形成，起到触类旁通事半功倍的效果.特别是第一次使用计量仪器时，就要认真而严格地进行专业的操作训练，以便形成稳定的操作习惯，这样可以迁移到其它计量仪器的正确使用.如刻度尺的正确使用就是一个很关键的环节，因为平时学生都用过刻度尺，所以就认为不用学.若教师深刻认识认真对待，多次强调，使用前要有三个观察，那么使用其它计量工具时，也有对应的三个观察，这样处理的好处是学生不仅理解正确操作的重要性，而且会将此操作不知不觉地迁移到其它计量仪器的正确使用中.

5.4 操作训练与操作考试评价相结合[4]

严格进行实验操作考核，这是提高学生实验操作能力的一项重要的有效措施，传统的实验考试为笔试，不利于培养和考查学生的实验操作能力.因此，对学生的实验操作考查进行改良具有深远的意义.现阶段对实验操作考核已经有了很好的考试模式，如中国香港每年都有理化生实验操作考试.这也是对实验教学改革的重大突破.我们在平时的教学中要注重落实到实處，每学习一个实验操作，就要进行平时的考核，如学习完弹簧秤的使用后，就要在本周内上课之前进行考核，并记录成绩，以便与期末实验操作考试成绩一起成为学生的实验操作成绩.在期末的物理成绩中，实验操作考试要占一定的比例（一般规定占20%），实验操作的考试方式是让学生在实验操作前抽签选择实验题目，教师根据其操作的正误情况和熟练程度评定等级.这样可以促使学生平时在实验课中积极主动地动手操作，从而更有利于培养学生的操作能力.

5.5 教师要规范实验操作

教师的操作具有示范性.因此，教师要科学规范地进行操作，给学生的学习起到一种标准的示范作用.并且教师的操作要做到力量适度、速度适中、角度适当易观察、动作娴熟优美，其表现为内心的认真，外在的优雅.只有这样的实验操作才能让学生感受到实验操作不仅是一种科学活动，更是一种艺术的享受.

实验操作能力是学生科学素养中不可或缺的一部分.因此，在教学中要防止学生有动手操作没思维，不能让动手操作过程完全替代了物理思维过程.只有操作过程没有物理思想的提升，会使操作的经验剥削理性的形成.只有动手操作没有学法创新，没有起到培养学生心智的作用，要让学生形成动手操作也是一种学习的态度，而不是单纯为满足动手的简单愿望.

参考文献：

[1]林勇，李正福，李春密.高中生物理实验能力评价体系的建构[J].中国现代教育装备，2010（16）：66-68.

[2]王旭.化学实验操作技能遗忘进程的实验研究[J].化学教育，2007（05）：30-32+52.

[3]阎蒙钢.化学实验操作技能测量与评价的方法浅析[J].化学教育，2006（02）：10-12.

[4]李春密.物理实验操作能力的结构模型初探[J].学科教育，2002（06）：39-42.