走向开放的物理实验教学

陈鲁明

开放式实验教学是以学生为中心。学生独立制定方案，自主选择时间、实验室等进行实验的教学方法。它与常规实验教学的最大区别不仅在时间和空间上，而且在实验内容和仪器使用等方面都提供充分的开放，让学生在实验过程中充分发挥想象力和主观能动性，独立完成实验，使实验活动成为一种积极主动探索的过程，使学生自主学习能力、探究能力和创新能力得到有效的提高。

1物理实验教学走向开放的必要性

常规意义上的实验教学至少存在以下几方面的缺陷。

1.1缺乏探索性

常规的物理实验教学，从实验原理、实验设计、实验仪器、实验的操作、一直到实验数据的处理方法，都是书上现成给出的，它不需要学生为了解决问题自己去设计研究方案，选择研究所需的仪器设备，确定研究的具体步骤与方法。学生体会不到实验的探索性，更不用说挑战性。

1.2缺乏自主性

常规的物理实验教学，强调实验的规范性。实验设计、实验操作、实验数据处理、实验报告，等等，都要统一规范，其结果是学生的自主性和主动性被扼杀了。

1.3缺乏开放性

常规的物理实验教学。无论是内容、方法还是组织形式，都过于封闭。从实验内容来看，常规实验的内容过于单一，只要完成既定的任务即可，缺乏开放性；从实验方法来看，实际上是一种对固定程式的模仿，缺乏开放性；从组织形式看，任何一个实验，基本上在一节实验课内完成，很少有教师会组织学生对自己在实验过程中感兴趣的问题再进一步实验和研究，更不可能让学生根据自己的兴趣爱好自由支配和安排实验的时间，因此实验的组织形式实际上也缺乏开放性。

1.4缺乏实践性

常规的物理实验教学。实验研究的对象要么本身就是比较清晰简洁的，要么已经作了纯化和简化处理，因而在实验研究过程中不再需要对研究对象进行分析判断，对于经过纯化和简化处理后建立起必要的实验模型这一关键性的工作缺乏实践性，对提高学生解决实际问题的能力帮助不大。

2物理实验教学走向开放的六条途径

2.1实验设计的开放

实验设计的开放，是开放式实验教学的首要环节。在中学实验室所具有的仪器范围内，实验的方法可以有许多种，因此我们完全可以开放实验的设计方法，让学生自己来设计实验方案，具体的操作可以这样：①学生进实验室了解实验室能提供的仪器；②根据实验室提供的实验仪器情况设计方案，选择仪器；③根据自己设计的方案确定实验步骤。完成实验。

如“研究平抛物体的运动”，教材中使用的仪器非常简陋：一块木板、一张白纸、一块带缺口的铁片、一个小铁球加一支铅笔就是实验的全部仪器。从实验的设计思想来看，当然是可取的，但实验教学的能力培养应该是多元的，因此，我们可以鼓励学生用其它的仪器来研究这个问题。我们可以用数码摄像机和计算机配合起来进行研究，这样可以让学生熟悉数码摄像机的使用、怎样把数码摄像机和计算机连接起来、怎样利用计算机进行数据处理等。很明显，在这样的过程中，实验的研究方法才能呈现出多样性，研究的氛围也会显得更加浓厚。学生可以学会很多在常规实验方法中学不到的技术。

2.2实验内容的开放

实验内容的开放，我们主要从下面三方面展开。

2.2.1拓展延伸实验的内容

把实验的内容进行拓展和引伸，是使实验更具有探索性的有效方法。因为引伸和拓展的内容相对来说自主性更强，需要学生独立完成。

如“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验，教材的要求只要根据给定的电路和仪器画出小灯泡的伏安特性曲线即可。如果实验只是到此为至，那么我们认为无论是实验的内容还是实验的探索意义都显得狭隘了一些，为此我们可以进一步给出下列任务让学生来完成：①给出一段电炉的电阻丝，通过实验画出它的伏安特性曲线；②给出一定量的食盐水，通过实验画出液体导电时的伏安特性曲线。

很显然，当我们把实验的内容进行引伸拓展，实验的探索意义会明显增强。

2.2.2迁移实验的方法用以解决新的问题

当教材中规定的物理实验完成之后，若能将实验中所用到的研究方法通过迁移用以解决新的实际问题，这样的物理实验能营造出一个十分浓厚的探索氛围。

如“测量平行玻璃砖的折射率”这一实验，由于教材对实验的设计和具体的操作方法都已交待清楚，一般的学生都能按部就班地完成。但如果实验就此结束，无论是对学生探索能力的培养还是研究思想的体验都是欠缺的。为此我们可以把实验的研究思想进行迁移，提出一些新的课题来让学生进行探索和研究：①给出一块三棱镜，请测出棱镜玻璃的折射率；②给出一块半圆柱形玻璃砖，要求测出玻璃砖的折射率。

2.2.3拓展课后小实验拉近物理实验与生产生活的距离

课后小实验从原理的设计、材料和仪器的选用、实验的操作都是学生自主进行的，因此对学生的自主探索能力的培养有着极大的意义，同时课后小实验所用的大部分知识与学生在课堂上所学的知识有着密切的联系，因此它既是理论联系实际的一种有效方式。又十分有利于学生对所学知识的理解和巩固。

如学习了电容器的知识后，我们可以布置下面的课外小实验：①自制一个平行板电容器，研究平行板电容器电容与哪些因素有关；②通过实验说明增大和减小电容器电容的方法；③在上面两点实验要求的基础上，我们进一步做如下拓展：根据电容器电容变化的特点，请你制作一个简单的电容传感器，将不便于测量的非电物理量转化成电学物理量；④设计一个怎样将机械秤改为电子秤的方法。

3实验组织的开放

3.1允许学生有自由支配实验的时间

对于学习能力强，实验兴趣高的学生，只要他们具备了进行实验所必须的基本知识，我们应该允许学生提前进行实验，这样做我们认为至少有三个好处：一是增加实验的自主性；二是提前实验预习培养学生的自学能力；三是增加学生的实验时间，使他们进行更深层次的研究和探索。对于学习能力相对弱一些的学生，在弄清了实验的目的、原理等必要的准备工作之后再进行实验，在规定的实验时间完成不了的，允许在课后继续进行。

3.2允许学生完成不同层次的实验

由于学生之间存在个体差异，对于学习能力较强的学生，可以要求他们用不同与教材提供的方法来进行实验，在完成了教材所要求的任务之后进一步拓展。使实验的内容更加丰富，研究的方法更加具有探索性。

4实验过程的开放

对于演示实验，学生本来是一个“旁观者”，实验仪器的选择和实验方案的确定都是现成的或者是教师设计的。但如果把这个任务交给学生，将会成为学生一个非常好的锻炼机会。

如探索自感现象，如果学生只是观察一下课本中的演示实验，然后通过理论上分析得出自感的概念。这样自感的概念是建立起来了，但这样的知识对实践的指导作用不会很大。因为学生对研究自感现象的方法究竟有哪些，什么样的线圈能产生明显的自感现象，用什么方法、什么仪器能

观察到这种现象等实际问题以及相关的方法性知识将会一无所知。但如果让实验过程开放，让学生直接参与实验的设计和操作，这不但提高了学生的实践能力，而且可使学生获得了大量的直接经验。虽然学生设计的实验方案可能不是最佳的方案，甚至可能还带有明显的缺陷。但这完全可以通过学生在自己动手实践的过程中逐渐认识和加以改进。一旦我们把实验的主动权还给学生，积极性和创造性就会得到充分发挥。

5实验结论的开放

教材中的每一个实验都有明确的结论，而且，实验的结论往往是唯一的。在实验教学中学生会遇封很多问题，特别是遇到一些与教材中的实验结论不相符的现象。面对这些问题，教师往往习惯依据实验原理，从理论一一进行分析，排除其他情况，根据教材给出现成的正确结论，这样不利于学生思维能力的培养。从开放实验教学要求出发，我们积极探索对实验过程、步骤、现象、方法等问题的开放式教学。教会学生敢问、善问。特别是敢于对教材中的实验结论的质疑。组织实验教学时，注重激发学生问的兴趣，教给学生问的方法，培养学生问的意识，开掘学生问的潜能，创造学生敢问的环境。鼓励学生多问，师生多议、多辩。让学生在自由的辨析中得出实验结论，深刻理解物理学知识。

6实验评价的开放

开放式实验教学对实验的评价，应是“重过程，轻结果”，不能简单地依据实验的结果，用肯定或否定两种方式来进行评价。而应从下面几个方面来进行综合评价。

6.1实验的情感与态度

在实验过程中的情感与态度，包括两个方面：一是对实验的兴趣，二是对实验的投入。不论学生的研究结果如何，只要学生在研究的过程中对实验充满着热情，并能做到严肃认真、一丝不苟，我们都应该给以高度的评价。

6.2实验的思想与创意

对于中学生而言，要想他们在实验的过程中有大的创新和突破是不太现实的，因此对学生来说只要在某些方面设计比较巧妙或者有一定的新意，我们都必须给予鼓励和表扬。

如在设计电磁振荡演示实验时，电容器要不断地交替进行充放电，因此需要一个能持续工作的单刀双掷开关，这个开关的选择也正是本实验的难点，有的学生选用了电磁打点计时器并稍加改装，十分完满地解决了这一难题，设计可谓巧妙。

6.3实验的务实性

实验务实性主要是指学生所设计的实验是否与实际问题的需要相一致。在解决真实的实际问题中，无论是对实验精确度的要求，还是实验方法的应用都是有所不同的。因此实验设计必须与现实的情况相匹配。我们认为这一点是以后解决实际问题所必须要考虑的首要问题。

6.4实验的能力训练度

一个实验无论是成功的还是失败的，是完成了还是没有完成，都不是评价的主要指标，关键是看学生在实验的过程中各种能力有否得到了充分的训练。一个失败的实验不等于一个没有价值的实验，如果实验虽然失败了。但在实验的过程中学生获得了很多正反两方面的教训，从而明白了在解决实际问题时什么样是可行的。什么样是不可行的。那么实验的教学功能仍然是具备的，或许它的意义更大。