高中物理实验教学的现状分析与组织方法

2023-10-25张强

数理天地(高中版) 2023年20期

张强

【摘要】实验教学为学生提供动手实践的机会，为学生的知识获取提供直接经验，在新课改背景下成为高中物理教学的重要方式.近年来，在教育均衡发展的大背景下，农村的教育教学也进行了深入改革，实验教学开始在农村高中物理教学中得以展开.本文从农村高中物理实验教学的现状出发，对实验教学的组织方法进行探究，以提高实验教学的质量，带动农村高中物理教学质量的提升.

【关键词】高中物理；实验教学；方法探究

农村地区由于缺乏教育基础设施，实验教学的推进一直以来都是一个难点.缺乏所需要的实验器材，只能由教师一人作演示使用，因而即使素质教育理念在农村地区已经有所发展，教育者对实验教学的重视程度也有所提高，但是实验教学的推进仍然十分困难.随着教育投入向农村地区的倾斜，农村也逐渐具有了开展实验教学的基础.因而，现阶段农村实验教学质量进一步提升的关键在于如何结合农村的教育实际来探索出更加适合农村地区的实验教学模式.

1 高中物理实验教学的现状分析

杜威的“从做中学”理念是实验教学的核心，旨在让学生在真正动手实践的过程中掌握物理知识，并产生对物理学习的兴趣，实现动手能力、创新能力等的发展.虽然现阶段多数农村地区也有了实验教学的基础，但是实验教学的实际效果仍然不够理想.归根结底，实验教学作为一种新型教学方式，依然是在传统教育理念的统摄下，学生在实验教学过程中仍然只能够像一个“提线木偶”一样听从教师的安排，因而也就削弱了实验教学的实际作用.

农村地区的实验教学通常是安排在本节知识学完之后，并且在开始实验教学之前，教师通常会为学生发放实验单，上面会有详细的实验流程，包括每一步该如何操作，该使用何种实验器材等.在这样的实验教学中，学生仍然是按部就班地按照教师的指导来进行实验，本质上还是教师完全控制的教学模式.在这种教学模式下，学生没有发挥的空间，也就无从实现综合能力、创新能力的发展，甚至其增加教学趣味性的作用随着实验教学次数的增多也在逐渐减弱.

2 高中物理实验教学的组织方法

2.1 遵循实验教学的一般原则

实验教学作为一种新型教学方式，在具有开放性、灵活性的同时，也要遵循一些原则，才能保证实验教学的实际效果.

其一是科学性原则，即保证实验原理、实验现象以及实验结论是正确无误的，才能够对学生的学习产生积极影响.

例如教师可以让学生在动手操作之前，先结合自己的所学知识与实验目的进行实验设计，之后再将实验设计上交给教师来查验，由教师来进行指导修正.高中生虽然已经有了物理基础，但是实验教学往往是针对新知识的，学生的理解不够深刻，如果让学生来主导进行实验，就有可能因为学生知识储备不足而造成实验的错误，不仅不会帮助学生获取物理知识，甚至还会威胁学生的生命安全.因而让学生在实验前先完成实验设计，并由教师指导修正，就能够确保实验的科学性，既充分尊重了学生在实验教学中的主体地位，也避免了学生因为知识储备不足而造成实验失误问题的出现.

其二是直观性原则，即所选择的实验能够让学生切身体验.高中阶段很多物理实验的现象都不够明显，学生很难观察得到，这样的实验就没有多大的效果.

例如必修一中“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，通过打点计时器，学生进行多次实验就能够找到自己所需要的数据，之后再结合自己的所学知识对小车的速度进行计算即可.这样的实验过程，学生可以直接用自己的眼睛来观察，可以直接用自己的手来触摸、操作等，符合直观性的特点.

其三是趣味性原则，即要确保实验形式多样、实验现象神奇、实验过程有趣.近年来，实验教学在农村高中物理教学中的开展已经比较频繁，学生的新鲜劲已经过去，因而教师就要从实验本身下功夫，多选择一些比较有趣的实验来组织实验教学，提高学生在实验教学中的参与度，也能够起到提高实验教学效果的作用.

2.2 创新实验教学的主要类型

2.2.1 测量型实验

测量型实验相对来说难度最小，学生能够使用一些工具对某项物体进行测量，有利于学生形成实事求是的科学态度.

例如必修三中第十一章中的实验“导体电阻率的测量”就是典型的测量型实验.在本次实验教学中，教师要先向学生介绍各种测量工具，让学生了解测量工具的结构、作用以及使用方法、原理.本环节已经属于实验教学，因而在执教过程中教师不能采用单纯的讲授法，而是要坚持实验教学的原则，让学生成为学习的主体.

教师可以先为学生提供三种不同的测量工具，并逐一对测量工具进行讲解.在对测量工具的结构进行讲述时，学生需要结合教师的讲授在测量工具中找到相应的位置.在对测量工具的使用方法进行讲授时，学生要跟着教师的提示来一步步使用工具进行测量.第一个实验能够帮助学生了解各种测量工具的使用方法、原理等相关信息，能够提升学生的动手能力，为学生后续实验的进行创造条件.

接着，在“金属丝电阻率的测量”实验中，教师要先向学生介绍实验目的.除了最后要测量金属的电阻率之外，学生还需要掌握螺旋测微器以及游标卡尺的使用方法，还要学会使用电流表、电压表、伏安法来测量电阻的方法.

在明确本次实验目的之后，教师就可以向学生介绍实验原理.本实验相对来说有一定的难度，如果不给学生介绍实验原理，学生在进行实验设计时就可能出现差错.为此，由教师来指导实验原理，提前帮助学生解答一些思维误区，能够减少实验过程中出现问题的可能性，保证实验教学的科学性.紧接着，教师要为学生逐一展示本次实验所需要使用的实验器材，包括螺旋测微器、毫米刻度尺、電压表、电流表、开关、导线等.

以上都属于实验教学的准备工作，接下来才是实验教学的重点，即实验步骤的设计.为了凸显生本教育理念，教师要给学生留出充分的时间来进行实验设计.如，教师可以让学生以小组为单位结合实验目的、实验器材等来设计实验流程.经过小组讨论出来的实验步骤能够凝聚学生集体的力量，相较于学生独立设计，出错的可能性更小.到了时间之后，教师可以让每个小组派出一位代表来说明本组的实验设计，由教师以及其他小组来进行评价调整.这一步综合应用了教师评价与学生评价两种形式，帮助学生对实验步骤进行了调整.

在实验步骤都调整完善之后，学生就可以以小组为单位进行实验，经过测量直径、连接电路、测量金属丝的长度、求解电阻、整理器材的步骤之后，本次实验教学就已经基本完成了.最后，教师还可以引导学生撰写实验报告，让学生回顾实验过程，从中掌握一些基本的实验方法，提升学生的实验素养.

2.2.2 观察型实验

观察型实验就是对物质的外观、实验现象、变化等进行观察，能够帮助学生获得直接的感性认识，能够让学生在观察过程中总结出一般事物的规律，有利于发展学生的科学思维能力.

例如必修二中的“验证机械能守恒定律”就需要学生认真观察实验过程，从中总结出机械能守恒这一客观规律.如教材中的参考案例一就是对自由下落物体的机械能进行探究，在实验过程中，学生观察重物在两点间动能以及重力势能的变化，通过对这一现象的观察，学生才能够验证机械能是否是守恒的.在这样的观察型实验中，实际上是由特例到一般的过程，学生需要从这些现象中来总结机械能守恒定律，这正是观察型实验的一般特点.

2.2.3 探索型实验

探索型实验是难度最大的实验类型，需要学生依据实验目的来借助实验进行自主探究，还要在探究之后对规律进行归纳总结，是培育学生创新思维与创新能力的重要载体.

探索型实验在高中物理教学中出现的次数很多，如必修一中“探究小车速度随时间变化的规律”“探究加速度与力、质量的关系”，必修二中“探究平抛运动的特点”等属于探索型的实验类型.这类实验都需要学生先结合自己的学习经验进行预设.在本次实验中，学生需要采取控制变量法，在探究加速度与力的关系时，需要保证物体质量是不变的，在探究加速度与质量的关系时，需要保证物体所受的力相同.保证物体质量不变比较容易，但是如何才能让物体在实验过程中所受的力是相同的呢？这就需要学生结合以往的学习经验来进行探究.

此外，为了直观清晰地表达加速度与力、质量间的关系，学生还需要对数据的处理方式进行探究.多数实验的数据记录一般都是在表格中，但是本次实验仍然将数据简单地记录在表格中无法直观呈现三者之间的关系.因而，本次实验还需要学生掌握利用图像来处理数据的方法，学生需要合理安排图像中横纵坐标所表达的含义，之后再将实验中的数据绘制在表格中，观察加速度与力、质量的关系.本次实验需要学生探究的内容很多，对学生各项能力的考查也十分深入，能够从多方面来提高学生的综合能力，有利于学生物理核心素养的培育.

2.3 优化实验教学的设计流程

2.3.1 确定课题

受传统教育观念的影响，农村地区高中物理实验教学往往是按照教材中的实验流程直接进行的，缺乏必备的教材分析与学情分析等，这是限制实验教学效果的主要原因.针对这一问题，教师必须优化实验教学的设计流程，以保证实验教学的实际效果.本部分以必修三中第十二章中的实验“电池电动势能和内阻的测量”为例.

实验教学都是围绕一个课题展开的，简单地说就是实验的名称.实验课题的确立需要经过教学内容分析与学情分析两个步骤.

该实验位于“电能能量守恒定律”一章中，新课标多个方面的要求都与本章的教学存在重合之處.比如，理解闭合电路欧姆定律，学会测量电源的电动势与内阻，这些都是最为基本的.此外，在“能源与可持续发展”一栏目中，学生还需要了解能量间的相互转化，认识环境污染的危害，了解有哪些方式可以达到节能的效果.因而本实验的设计需要从电路部分以及能源部分两个角度来进行.

现阶段高中物理所使用的是新教材，与旧教材相比，新教材中的章节更少，但是却能够对应旧教材中的很多知识.比如，第一节中“电路中的能量转化”对应着旧教材中的“焦耳定律”，第二节“闭合电路的欧姆定律”则对应旧教材中的“电动势”“欧姆定律”“闭合电路的欧姆定律”以及“多用电表的原理”.对新教材中这些变化进行分析，不难发现其满足了新课标对能量学习的纲领性要求，也凸显了核心素养中的能量观.对此，实验课题的确定可以结合学生的实际情况，沿用教材中的实验名称.

2.3.2 确定教学目标

结合本实验在教材中所处位置，以及新课标的要求，可以将实验教学目标确定为掌握使用电压表以及电流表测量电源电动势以及内阻的方法，并且学会使用图像法来求解电源的电动势和内阻.

2.3.3 实验设计

实验设计的进行还是需要学生发挥主观能动性，教师可以先为学生讲解实验原理，之后再引导学生完成实验步骤的设计.比如，教师可以为学生讲解伏安法、伏阻法和安阻法三种方式，让学生来自由选择一种方式来进行实验步骤的设计.

2.3.4 实验反思总结

教师要引导学生撰写实验报告，包括姓名、班级这些基本信息，还有实验名称、实验目的、实验过程、实验结果等.

3 结语

实验教学作为高中物理教学的重要方式，在新课改背景下已经成为提升学生物理核心素养不容忽视的手段.在教育高质量发展的背景下，教师要从农村地区的教学实际出发，探索实验教学的科学方式，以让学生在实验教学过程中实现物理素养的提高.

参考文献：

[1]张春猛.核心素养培养下高中物理实验教学模式的改进[J].新课程，2021（36）：62.

[2]吴正飞.学科核心素养融入高中物理实验教学的策略探究[J].数理化解题研究，2021（24）：70-71.

[3]陈志伟.新高考背景下高中物理实验教学有效性的思考[J].新课程，2021（31）：20-21.