基于新课程标准下中学物理实验研究的教学内容改革

潘俊晓 杨小军 曹雷明 赵阿可

[摘           要]  在分析现有中学物理实验研究课程内容现状的基础上，提出增加现代化实验仪器、自制教具、独立设计创新小实验、“以学生为中心”的教学实践环节等内容，提升学生的现代化仪器操作能力和教学能力。

[关    键   词]  中学物理实验研究;教学内容;实验

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）28-0014-02

一、引言

在物理学科中，物理实验是重要的组成部分，通过物理实验的演示和探究，使原本枯燥无味和艰涩难懂的理论知识变得丰富、直观和有趣。近年来，随着新课程改革的不断深入，物理实验在物理学科中的作用越来越大，地位越来越凸显，对中学物理教师在这方面的要求也越来越高。目前，中学物理教师主要面临以下问题：（1）如何巧妙设计一系列物理实验加深学生对物理规律的认识;（2）如何通过改进中学物理实验来直观地呈现物理规律的内涵和本质;（3）如何通过创新物理实验的设计和制作来提高中学生的创新能力和创新思维。因此，培养出适应新时代的高水平教师是师范类院校面临的重要问题。

洛阳师范学院作为一所高等师范院校，承担着培养基础教育师资的任务。中学物理实验研究是物理学专业的必修课，是新课标下物理师范专业的一门重要课程，通过对课程的学习，巩固学生的基础实验知识，提高学生的实验操作能力、实验教学能力以及创新实验能力，为以后学生进入一线教师行列打下坚实的基础。但是，以目前的教学内容还远远达不到这样的要求，因此，对该课程内容进行重新思考和改革，是适应现状的要求，也是新时代对教师的要求。

二、课程内容现状

目前，中学物理实验研究课程延续了多年前的教学内容，主要内容是初高中基本实验和基本的物理实验教学技能。结合本人多年在一线城市高中物理任教的经验，在上课过程中发现该课程内容存在以下问题：（1）学生主要学习中学基本仪器的使用，对于现代化的实验仪器这部分内容没有涉及。（2）按照高中课本实验操作步骤，有些实验在演示过程中会出现现象不明显的问题，达不到预期的教学效果，对于这种情况，需要教师重新设计演示实验，进而要求教师具备自制教具和独立设计创新实验的能力，本课程缺失了这部分内容的讲授和实践环节。（3）在一线城市的中学校园里，创新实验室是该校的特色建设项目，是反映学校创新能力的一项重要指标，因此，教师要学会如何建设和管理实验室。本门课程中没有涉及实验室建设和管理这部分内容。（4）一线教师如果希望成为新时代的优秀教师，整个课程的设计过程必须采用“以学生为中心”的设计思路，通过引导、启发等方式达到预期的教学目的，本课程缺失了“以学生为中心”这种教学设计环节的讲授以及学生用该课型进行实验教学的实践环节。

三、改革内容及方案

（一）增加现代化实验仪器尤其是传感器方面的内容

近年来，传感器由于测量数据准确、灵敏度高等优点已普遍应用于初高中物理实验中。因此，本门课程不仅需要讲授传感器的分类、实验原理、使用方法等，还需要让学生进行实践操作。例如，在学生操作《探究滑动摩擦力的大小》这个实验时（如图1）抽动木板，当滑块相对木板滑动相对桌面静止时，弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小，记录数据。在实验过程中，由于弹簧测力计的示数不断变化，示数不稳定，因此，记录数据困难，实验误差大;将弹簧测力计换成力学传感器后[1]（如图2），抽动木板，数据会自动记录在电脑里，学生只需要保存即可，记录数据准确，大大减小实验误差;在学生操作《探究加速度、力和质量的关系》的实验时，实验装置如图3所示。首先让学生用传统的实验方法操作实验，当小车质量远远大于钩码质量时，小车受到的拉力近似等于钩码的重力，拉力数据误差大;当在小车上安装力学传感器[2]（如图4），力学传感器记录的数据就是小车受到的拉力，实验数据准确，误差减少。

（二）增加自制教具和独立设计创新实验环节

在上课过程中，讲授一些创新实验的内容，包括实验设计、实验原理、操作、实验优点等，逐步引导学生设计一些简单的创新小实验。例如，在讲述合力大小与分力夹角关系时，通过制作一个小教具（如图5），只需在课堂上演示一下即可，既提高了课堂效率，又能直观得出结论;在《用单摆测定重力加速度》的实验中，实验误差主要是小球做圆锥摆运动，通过将单摆设计为双线摆就可以解决这个问题（如图6），实验误差大大减小。在《验证焦耳定律》这个实验中，教材中无法定量验证焦耳定律，学生只能定性通过金属丝发热验证焦耳定律，实验缺乏完备性;通过引入带探头数字温度计这一实验仪器[3]（如图7），达到定量验证的目的，实验操作简单，实验现象直观。这些自制的创新小实验，实验难度小，学生接受度高，容易入门。

（三）增加实验室建设尤其是创新实验室的建设和管理

传统实验室采用封闭式管理，学生只能在规定时间才能进入实验室，在实验室中也只能操作特定的实验，学生的时间和动手能力受到限制;创新实验室是培养学生创新和实践能力的重要途径，通过创建物理创新实验室，学生可以在其中自主探究和实践，提升学生的创新和动手能力。本课程增加创新实验室的空间规划、展示内容、引进仪器等方面。可以向学生展示一些创新实验室的空间设计构造图，讲解空间各分区的划分和功能。例如，空间可分为学生休憩区、优秀创新实验作品展示区、多功能工具区、学生演算区等;展示内容可以是优秀的创新改进实验仪器、学生精彩瞬间、伟大的物理学家简介等内容;创新实验室通过视頻监控器和人脸识别技术实现开放式管理，学生可以自由出入，合理利用时间，为以后培养创新型人才奠定基础。