提升物理实验教学有效性的探究

张骏

摘 要：实验教学在物理学科的教学中起着至关重要的作用，但目前物理实验教学还存在着不足，影响了物理教学的有效性。本文提出了现阶段物理实验教学过程存在的三方面的问题，通过利用现代信息技术和发挥学生的自主创新，提出了有效的解决办法。

关键词：物理实验;信息技术;有效教学

一、物理实验的重要性

物理学科的理论性和系统性强，对于学生的抽象思维能力要求较高，为了让学生既能学懂物理知识，同时还能够对物理学科保有一定的学习兴趣，大量物理实验被引入到平常的教学过程。物理实验是物理学科研究中最基本、最必要的手段，同时也是整个物理知识体系能够建立的基础。在教育部制订的最新版课程标准中，不仅重申了物理实验原有的重要性，还强调了基于现代信息技术背景下的实验探究及创新[1]。对于那些超出人类感官极限的自然现象，对于学生难以亲身经历或具有某种危险性的科学探究过程，可以利用现代信息技术进行仿真模拟。

二、物理实验教学过程中存在的问题

在现在阶段的物理实验教学过程中，常规的教学方式存在着许多的问题和不足，从而影响着教学的有效性。以下是对物理实验教学常见问题的分析：

（一）物理实验教学模式僵化，教学方法陈旧

在常规的物理实验教学过程中，对于不便于利用实验室器材完成的实验，或者实验的过程中危险性较大的实验，老师多数情况下是以播放实验视频的方式让学生观看学习，让实验动手操作变成了用脑模拟，无法锻炼学生的动手能力。而对于可以在学校实验室操作进行的，大部分的教学模式都是以老师演示实验操作，学生模仿老师的实验步骤，按部就班地完成实验操作。由于实验步骤、实验方法、实验设备完全一致，得出的结论也没有差别，则会出现部分学生一味的模仿他人做法，难以实现实验教学的有效性[2]。

（二）忽视了信息技术的发展给物理实验教学带来的优势，没有将其很好的融合到物理实验教学中去

对于常规的演示实验，有些时候会出现实验的过程耗时较长，测量的难度大，不便于学生观察实验的过程。而伴随着信息技术的发展，“数字化信息系统（Digital Information System）”“智能移动设备”其实可以很好的解决这些问题，学生通常也对新的信息技术比较感兴趣，容易激发学习兴趣。但目前多数情况下，部分老师会习惯于传统的实验教学方式，将信息技术摆在一边。

（三）拘泥于常规实验器材，没有充分发挥学生的自主创新能力

老师在开展物理实验教学时，通常以学生在学校进行过实验操作为教学的完结点。这样学生则完全依赖老师提供的实验器材进行实验，没有利用所学的理论知识结合生活中的物品自行设计实验器材，因而限制了学生的自主创新能力。学生无法将物理知识与日常生活联系起来，无法亲自动手实践去创造、观察和体会物理现象，失去了培养观察能力和动手实践能力的机会，进而影响到学生对物理知识和规律的理解和掌握，无法达到物理实验的教学目的。

三、解决办法

建构主义认为：真正的学习是在一定的情境中发生的，不仅是因为真实的学习任务有利于激发学习者的主动性，而且是因为客观活动是个体构建知识的源泉[3]。在物理实验的教学过程中，老师为达成有效的教学，更应该积极搭建合适的情境和创建必要的活动。针对日常物理实验教学中遇到的问题，可以采用以下三种方式来寻找有效的解决办法。

（一）将数字化信息系统（DIS）融入物理实验教学

在日常的实验中，存在着一些难以详细观察的实验现象，以及不方便测量的实验数据，可以借用数字化信息系统来帮助解决此来问题。例如，在学习物质的融化和凝固物理知识中，温度变化的测量是一个重要的环节，常规的方法是利用温度计测量（如图1），然后学生数据记录，这样很难把融化或者凝固的温度变化规律直观的呈现出来，但是借用朗威DISLab数字化信息系统，通过温度传感器的采集（如图2），可以在电脑显示器上实时的显示出温度的变化，从而可以让学生直观的看到晶体与非晶体的融化和凝固规律（如图3图4）。

此外，朗威DISLab数字化信息系统还可以进行其他很多的实验，结合力学、电学、磁学和光学等不同类型的传感器，将其融入到物理实验教学过程中，可以极大的提高物理实验的直观性，使得学生能够清晰的观察到准确的实验数据，并且能够快速到找到物理量之间的关系，从而提高学生的学习效率。

（二）利用智能移动设备和各类学习软件app来模拟物理实验

随着第四代移动通信技术和无线网络技术的完善和普及，智能手机和平板电脑已经成为人们生活的必需品，使用智能手机和平板电脑进行学习已经成为教育界的热门话题。智能手机和平板电脑上可以安装多种多样与学习相关的app，使得信息技术得以越来越多地融入教学活动中，为物理实验教学带来了极大便利。学生可以在这样的平台中，进行平时难以切身体会的或者有危险性的物理实验。实例：“物理实验课”app，学生可以利用这款app开展电学、磁学和天体物理的模拟实验。

智能设备本身所具有的硬件配置同样可以为实验的开展提供服务。实例：利用智能手机的摄像功能，可以拍摄遥控器发射的肉眼不可见的红外光[4];利用摄像的慢镜头功能，可以清楚的观察到轻重物体在牛顿管中下落快慢的情况;利用手机自带的传感器测量物体的加速度。

（三）巧用生活中的常见物品，自制物理实验器材

自制物理实验器材在国际上被称为“Non cost”（无价）物理实验器材或者“Low cost”（低价）物理实验器材，这是因为自制的实验器材具备经济实用的特征，倡导学生利用身边常见的生活用品来制作实验器材，更能让学生体会到物理学习的趣味性。自制的实验器材应该以实验操作便利和实验效果明显为目标。实例：学生利用塑料瓶、铜丝和锡箔纸制作电容器（如图5）。

还可以采用逆向设计的方法，鼓励学生根据已有的物理知识储备，发挥创意，自主设计实验器材，将已学的物理知识应用到作品中。例如：在学过安培力的知识后，可以让学生自制简易电动机，探究日常的电动机工作原理。实例：学生利用干电池、铜丝和圆形磁铁制作电动机（如图6）。

四、结语

物理实验教学对于学生物理知识的学习和理解至关重要，不可拘泥于传统的物理实验教学方式，忽视了现代信息技术带来的实验教学变革，更忽视了学生的主观能动性。在教学过程中，老师可以激励学生，发挥学生的主观能动性，在家里自制实验器材，加强学生物理知识与生活的联系，还可以以信息教育背景下的信息技术为手段，来开展“无边界化”的物理实验教学[5]，从而大大提升物理实验教学的有效性。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011版）[M]. 北京师范大学出版社，2011.

[2]郭德志.对中学物理实验教学问题的思考及对策[J].教师博览（科研版），2014，11：49.

[3]张雅军.建构主义指导下的自主学习理论与实践[M].華中师范出版社，2012.

[4]徐春晓.基于智能手机的初中物理实验开发与应用[J].中学物理教学参考，2015，44（2）：71.

[5]周秀娟，等.大学物理实验“无边界化”教学模式的研究与探讨[J]. 科技视界，2019（29）：93.