物理课堂中有效开展实验教学的分析与实例探讨

董文杰 韦叶平

（江苏省前黄高级中学，江苏 常州 213161）

物理是一门实验科学，对教师而言，物理课堂教学中开展实验教学是实现创新教学、高效课堂的重要途径，实验也是一节好课的有机组成部分.因此，物理教师一致认为，一堂优质课必须有一个创新分组实验，至少是演示实验.但是，在日常教学中，很多教师不能摆脱传统观念的约束，利用题海战术，以抓高考升学率为目标，以致“讲实验”替代了“做实验”.殊不知，这只会扼杀学生学习物理的兴趣，有碍于学生创新思维和创新能力的培养.

1 课堂教学中物理实验开展需求情况调查

1.1 问卷调查的设计

为了进一步了解学生对于在物理课堂教学中开展物理实验的需求和想法，笔者设计了一份调查问卷，面向高一年级近600名学生进行调查、统计和分析，其中收回有效问卷531份.笔者在问卷设计时，有意在其中安排了以下6个特别想要了解并呈递进关系的问题（见表1），并作了认真的统计和分析.

表1

1.2 问卷调查的结果与分析

对有效问卷进行统计，结果如下.

（1）对于课堂教学中的物理实验，喜欢教师口头讲实验和视频播放实验的比例分别是0.75%（仅有4人）和4.9%.据了解，这部分学生主要是担心实验时间较长，影响学习的时间；喜欢教师演示实验、学生独立自主完成实验和学生小组合作完成实验的比例分别是16.4%、17.5%和60.5%.前两者较为接近，分别是87人和93人，学生希望通过小组合作完成实验的意向明显高，有321人之多.

（2）喜欢验证性实验、对比性实验和探究性实验的比例较为接近，分别是32.8%、32.2%和35%.验证性实验只要按部就班地操作、收集和分析数据、验证物理规律，容易得出需要的结论；对比性实验的实验现象比较明显，学生印象深刻；选择探究性实验的人数相对较多，有186人.此类实验有挑战性，学生通过了解实验原理、自主设计实验步骤、记录分析数据、探究实验规律等，全程都由学生主动参与，收获更多，教师仅仅作为组织者和引导者.

（3）对于教材中提供的实验，学生尝试从原理改进方面提出创新性建议的比例是7.3%；从器材改进角度的比例是39.7%；从实验方法改进角度的比例是52.9%.一方面，分析结果表明学生坚信教材中实验原理的正确性，不敢打破设计好的固定思维；另一方面，可以看出教师在课堂教学的导向和高考物理实验考查方法的变革，注重学生创新能力的考查，导致教师和学生在侧重点方面有所偏向.

（4）对于实验失败后的表现，主要集中在后两项，分别是52.2%和29%.没有学生选择第一项，听教师讲实验，听懂便行的学生比例占18.8%.

（5）学生对于在课堂教学中开展物理实验的优势表现出极大的兴趣和认可，各项选择的比例均较高（多数学生为多选），分别是95.1%、58%、92.8%和78.9%.可见，无论是提高学生物理学习的兴趣和积极性，还是培养学生的解题能力、实践能力和创新能力，都应该倡导在物理教学中做好课堂实验，并且教师可以将一些演示实验放手变成学生实验.

1.3 结论

教师要能设计一节高效、有趣的物理课，在教学过程中巧妙设计一个或一系列创新实验是一条可循的途径.从学生角度来看，开展实验教学在培养学生可持续发展上有着其他教学手段不可替代的作用.它有利于使学生养成理论联系实际的研究方法；加强学生间团队协作能力、提高学生自主学习、探究学习的方式等.

但是，笔者观察到除一些评优课中精彩巧妙的实验经常出现，在常态课中开展实验教学还不尽如人意，教师和学生在某些方面的认识上都存在着一些偏差.如教师和学生有开展实验教学的想法但缺少时间保障；学生乐于开展小组协作实验但成了个别学生的舞台，部分学生成了旁观者；学生满足于动手操作但不善于提出问题，反思更少，失去了通过实验培养学生创新能力的功能……课堂教学中如何渗透实验教学并发挥实验教学的功能，值得我们深思.这就需要教师不仅要注重知识与技能的传授，更要突出过程与方法的引导，还要使学生树立正确的情感、态度和价值观，从而使课堂教学更加有效，体现新课程标准下的三维目标.

2 课堂教学中有效开展物理实验的教学策略

只要让学生动手实验便能培养学生的探究能力；只有精彩实验足够多，物理课堂才生动有趣，教学效果才好等，这是教师认识的误区.物理课堂教学中，要恰到好处地安排实验，实验要发挥为课堂教学服务的功能，否则事倍功半.笔者认为，其中也是有章可循的.

2.1 做好实验，更要充分利用好实验结果

图1

常态课教学中设计的实验，教师要引导学生理解实验方案、设计思路和研究方法，让学生多观察、多思考、多讨论.学生在探究中得出结论才能真正提高实验探究能力，达到实验的目的.如探究作曲线运动的条件时，笔者做了如图1所示的实验.没有强磁铁的情况下，小球沿轨道滑下在水平面上作直线运动；放了如图所示的强磁铁后，铁球运动方向发生偏转并记下其轨迹，最后分析得出结论.但笔者并没有到此为止，而是引导学生进一步思考：是否可以建立恰当的坐标系，研究曲线运动过程中的一些物理量，顺其自然地过渡到研究曲线运动的方法中去，学生更容易接受和理解知识，这才是这个实验的闪光之处.

2.2 透视物理实验考查方向，谈课堂教学中物理实验的教学策略

随着新课程改革的不断深入，高考物理实验的考查特别注重立足教材，依据考试说明的要求在实验方案的设计、数据处理、误差分析、实验结论的分析和评价等方面进行创新.近年，笔者一直关注高考物理创新实验试题所反馈的信息.近年物理高考创新实验具有两大特点.

（1）实验素材取于实验室的基本仪器.实验原理源于教材及考试说明规定的实验，实验条件和方法适当变化，要求学生善于发现问题、找出异同、解决问题，培养其探究精神和创新能力.

（2）以生活现象、社会实际、新科技应用为背景，考查学生用已学过的实验原理、研究方法解决教材未涉及的创新型实验，让学生了解科技前沿，考查学生从理论到实际的应用创新能力.

由此可看出课堂教学中可采取如下教学策略.

（1）以教材基础实验为原型进行拓展创新是创新实验教学的前提.必须理解和掌握教材和考试说明上要求的基本实验，为学生实验创新思维的发展夯实基础，从而适当拓展创新.如熟练基本仪器的操作和使用基础上进行拓展；掌握基本实验的原理、方法、步骤、数据处理、评价等基础上改造创新；掌握与中学物理实验相关的基本物理规律前提下对物理实验进行创新探究.

（2）以学生动手实验为基础，突出在实验探究教学中培养学生的发散思维.摆脱纸上实验的现状，让学生亲自动手实验并真正理解和掌握.这样对于考试中新情境、开放性的实验问题，也能尝试改进和完善实验方案，逐步养成发现问题、提出问题并解决问题的探究能力.因为其实质往往都是对基本实验原理、方法的迁移和灵活运用.教师在教学中，要培养学生多角度、多方位思考问题的思维方式，逐步形成独特新颖、灵活多样的思维品质.

2.3 利用信息技术辅助实验教学，拓展数字化实验系统的探究功能，优化课堂教学效率

将信息技术与物理实验有效结合，是物理实验现代化的发展方向之一.信息技术在计算机实时测量、获取实验数据、处理实验数据、分析实验结果等方面具有独特的优势.在常规实验的基础上出现的“数字化实验系统”的构成如图2.

图2

笔者在“探究加速度与力、质量的关系”一课教学时，对人教版《物理》必修1第73页提供的两个参考案例作定性分析的基础上设计了图3所示的演示实验.在正确安装实验装置（如平衡摩擦力；使桶和砝码的总质量远小于小车的质量等）的前提下，利用光电门传感器测出遮光片经过光电门的时间，并记录数据.

图3

评析：教材提供的参考案例1，实验时较难控制，误差较大；参考案例2利用打点计时器测量计算小车运动的加速度，数据记录和计算过程较繁琐，且很难清晰、完整地展现3个物理量之间的关系.笔者设计的这个实验有以下优点.

（1）改变教材中参考案例1“用比较法定性探究加速度与力的关系”为定量探究，具体直观，更具有说服力.

（2）数字化实验系统结合Excel的数据处理与制图等功能，实现了数据采集、记录和分析同步进行，师生可以从数据读取、记录、公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解放出来.

表2

图4

（3）设计Excel表格（表2），编辑公式从而在记录实验数据的同时，得出加速度的大小.再利用Excel表格的制图功能，作a－F的图像，如图4.容易看出加速度与力成正比，且误差较小，效果明显.同理，改变小车的质量，容易发现加速度与质量成反比，即，简捷方便.（4）让学生体会现代教育技术对科学研究的巨大作用，培养学生探究、创新能力和热爱科学的精神.

3 结束语

物理课堂教学中的经典实验，只要巧妙设计与课堂教学内容和教学目标的达成有机结合，便能发挥实验的功能优势.笔者倡导利用身边的物品或实验室简单易取的器材开发物理实验，也能够具有现象新奇、有趣、有效的特点，对学生掌握概念、拓展知识、培养动手能力、拉近师生间的距离有重要功效.教师在设计实验的过程中，也拓展了实验探究的视野，丰富了教学资源，真正体现从生活到物理、从物理到社会的理念，打破了物理的神秘感.因此，教师要合理地设计和利用好实验，使课堂教学生动活泼且丰满有效.

1 韦叶平.高中物理教学中创新实验的设计与实践的研究，物理实验，2012（3）.