初中生物理观察能力与实验能力的探究

莫海云

观察现象和学生实验，能够使学生对物理事实获得更具体的、明确的认识，这是理解概念和规律必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力，培养实事求是的科学态度，引起学生的兴趣，具有不可代替的作用。在中学物理教学中，必须充分注意抓好实验这一重要培养学生观察思维能力的教学环节，为培养学生敏锐的洞察力和动手能力打下良好的基础。下面笔者从四个方面对初中生物理观察能力与实验能力进行探究。

一、在实验中对学生观察能力的培养

观察是一种有目的、有计划、较持久的知觉。实验的任务就是人为地创造条件进行观察。观察能力主要包括：（1）全面性。即详尽地观察到所要研究的所有物理现象及其各个方面。（2）准确性。既要进行定性观察，又要进行定量观察，而且必须达到一定的准确度。（3）及时性。观察的速度要快，能捉住那些稍纵即逝的物理过程。（4）深刻性。实验的目的就是要揭示出事物的本质，实验的过程是去粗取精、去伪存真的过程。因此，善于摒弃那些浮于事物表面的非本质的特征，有选择地捉住主要的观察目标，尤其是较为隐蔽不为人注意的现象。

演示实验是物理教学中很重要的一个环节。所谓演示实验是指把物理现象直观地向学生展示的过程。除了通常用物理仪器和实物进行的实验演示之外，还包括教师出示的模型、实物；用投影教具、模拟教具进行的操作演示；放映物理录像片、电影片、幻灯片等声像教学以及利用微机进行的模拟实验等。演示实验是培养学生观察、思维、创新能力，提高他们发现、分析和解决问题能力的有效途径。因此演示实验应该精心准备、反复演练，还要注意以下几点。

1．从观察实验仪器入手，抓好起步教学

培养学生敏锐的观察思维能力，先要培养他们熟练地观察仪器、仪表的能力。教学实践中发现，有些初中毕业学生对各种仪器、仪表都不会读数，最小刻度不会区分，有效数字不会估读等，导致实验中对仪器、仪表读数的变化无法应对或无视存在。因此，从最基本的“长度测量”开始，抓好起步，每学一件新仪器都要做到：清楚量度单位、最小分度；清楚量度范围、零刻度的位置是否要校正；掌握其读数的方法和原则。一般，在教学中引导学生采取列表归纳的方法，把各种测量仪器的使用细则图表化，从而加强学生观察测量仪器的基本训练。

2．观察任务具体化

在教学实验演示中，教师首先要考虑到学生的感知水平，根据教学的要求，把某些物理过程放慢或加快、放大或缩小，引导学生细致地观察，以便突出事物的本质，使学生获得完整、鲜明的感性知识。在实验过程中，每一步都要告诉学生观察什么，考虑观察到的结果，引导学生思考，弄清这些现象说明什么，可以得到什么结论等等，使学生在观察演示实验时，要做到目的明确、客观存在，既有整体观察，又能选择观察重点；既能理解实验现象，又能保证精细观察，从而培养学生良好的观察心理品质。例如：在研究物体的微小量形变的实验中，就可以利用椭圆形的大墨水瓶中装满染红色的水，用一个带毛细管的瓶塞密封住瓶口，毛细管后衬白色纸屏。演示前，就要说明用带毛细管瓶塞密封瓶口的目的是为了利用水压使红色水柱上升，因此同学们在观察时就要注意不同方向挤压时红色水柱的高度变化。演示时，在瓶子的截面短轴方向挤压，观察到红色水柱明显上升，学生此时就有疑问：温度计水银面的升降是因为水银的热胀冷缩而引起的，那么玻璃瓶水面的变化是不是由于手的温度导致玻璃瓶内的水热胀冷缩而引起水面的变化呢？这时在瓶子长轴方向挤压，观察到红色水柱明显下降，从而证明水面的变化不是水的热胀冷缩，否定了学生想法，也证实了玻璃瓶由于弹性力（手的挤压）而产生了形变。如果教师在演示实验中只是自己边讲边做边记录数据，学生看不清或是体会不到，那演示实验就失去了演示的效果和意义。

3．培养学生正确对待实验的误差和失败

教师作演示实验，操作要规范，身传胜于言教，对学生要起到良好的示范作用。通过实验演示，不但要教给学生物理知识，培养学生的观察能力和实验技能，还要锻炼学生养成科学的学习态度。实际上，实验误差是无法绝对避免的，如在实验中出现较大的误差或是失败了，决不能掩饰或拼凑数据，而应该引导学生正视误差，探讨误差产生的原因，寻找减少误差的新方法和新途径，把排除意外的过程变为传授知识和培养思维能力的过程。

4．培养学生勤于观察的好习惯

在我们生活中存在大量的物理现象，同学们虽然熟悉，却往往视而不见或不甚理解，总认为“事情本来就是这样的”，不去认真分析和研究，往往对客观事物的认识有失偏颇。物理教师的职责就是要有意识结合教学内容，引导学生从观察物理现象入手，激发他们的学习兴趣和求知欲，全面分析其物理情景和模型，进而进行实践探究，拓展思维能力。如雨过天晴后，机动车开过的积水表面往往反射出彩色光，而人走过的积水处却无此现象。部分同学知道是因为机动车的机油掉在积水中形成油膜的缘故，到底怎么形成的彩色光，就无人会答了。因此在教学关于光发生薄膜干涉的内容时，就可以提前让学生留心观察，把问题带到课堂上，当学生学习完了薄膜干涉原理，懂得白光在油膜前后表面发生干涉，形成稳定的干涉彩色条纹时，也就豁然开朗了。这样对培养学生的物理学习兴趣和观察思维能力很有益处。

二、培养学生实验的操作能力

物理实验应具备的最基本的操作能力应包括以下几个方面：

1．会拿仪器

即要学会仪器的正确拿取方法。例如使用天平，拿取砝码时要用镊子；拿温度计不要用手握住玻璃泡；拿弹簧秤时不要使弹簧秤与外壳接触；拿透镜时手指应夹住毛面，而不应夹住光学面。

2．会放置仪器

对仪器的放置方法有一定的要求。如刻度尺的放置要注意与被量长度重合或平行，刻度尺尽量贴近被测物体并应放正；使用天平时，天平应放在水平桌面上，被测物体应放在左盘，砝码应放在右盘，以便增减；测液体温度时，不能顺手将温度计放入容器中，而应拿住温度计，使得温度计的玻璃泡既浸没在液体中与液体充分接触，又不与盛液体的容器壁或底接触；安培表与伏特表要放在水平桌面上，且使刻度盘正对自己。

3．会调试仪器

有的仪器在使用前要进行调节与校正，调节要有一定的顺序。例如，物理天平的调节可分二步，第一步调节底板水平（调节部位为底板螺钉，校准部件为重垂线的重锤尖端与其下的小锥体尖端对正），第二步调横梁平衡（先使游码对准横梁标尺的零刻度线，再调节横梁两端螺母，基准为指针指在标尺的中央），在调节过程中，每一个动作都要旋转止动旋钮，使横梁止动。有一些仪器使用前需要校正零刻度线，例如弹簧秤、安培表和伏特表。

4．会读数据

有刻度的仪器就要计数，计数也有一定的规则和方法。例如用直尺测量长度，眼睛要正对所要计数的刻度线；温度计计数时，眼睛应与水银面（或酒精面）平齐；量筒（或量杯）计数时，特别要注意视线与液面相平齐，液面呈弯曲时，应以曲面底（或顶）为准。同时，不但要读出准确值而且还应读出估计值，不但要读出数字而且还应读出其物理量的单位。

5．会连接仪器

物理实验中有关仪器部件、设备的装配连接需做到布局合理，连接简单、正确。如电路实验，操作时应做到以下几点：一是按照实验电路图安排仪器、元件的布局，以便操作。二是正确连接电路。安培表、伏特表的连接；正负接线柱的连接；滑动变阻器的连接；接电源的程序；电键的连接以及接线是否简捷、牢固等，都需要按操作程序分步进行，并达到正确、合理。三是实验操作前应先检查电器，发现问题及时纠正。

6．会排除仪器故障

实验故障的排除，既是一种操作能力，也体现了对实验原理的掌握程度，是对学生综合运用能力的考察。当实验发生故障时，应根据各部件的工作状态及特点分析出可能产生故障的因素，逐个检查，直至最后排除。

对于实验教学来说，培养学生操作能力应循序渐进，分步进行。首先是对操作的认识，要求学生对操作技能有初步认识，在头脑中形成印象，并能够按规定的程序做一些单纯的定向训练。其次是要求学生反复练习操作，从中发现问题，总结经验，摸索规律，提高操作的准确性和协调性。

总之，提高学生实验操作的能力有益于学生对所学知识的理解，有益于创造条件探索问题，也有利于学生智力的开发。

三、培养学生处理实验数据的能力

要得到一个正确的实验结果，就必须具备一定的数据处理能力。在中学阶段要求学生能根据对一个物理量的多次直接测量求出其算术平均值；能进行间接测量的计算，能用图像法和解析法来研究实验结果。

四、培养学生写实验报告的能力

实验研究的过程和成果，最终将通过实验报告体现出来。学生书写实验报告既能够培养他们分析问题、总结规律的能力，又能够锻炼文字表达能力。因此，认真书写实验报告是物理实验过程中不可缺少的一个步骤。实验报告要求字迹清楚、图表正确、文理通顺、表达简捷。实验报告的内容一般包括以下七方面内容，依次是：实验名称、实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、数据记录及计算、问题讨论。在书写报告时，切忌大段大段地抄录课本内容，应当自己组织语言。实验原理应借助示意图，并用数学式来表述；实验步骤应写成提纲式；数据记录及计算最好是用表格反映；问题讨论是对本次实验操作的一个小结，可提出改进意见，也可提出问题，而后发表自己的见解。

要提高物理教学质量，全面提高学生的素质，真正实现由应试教育向素质教育的转化，就必须在物理教学中加大实验教学的力度。实践证明，只有重视实验教学，才能使学生在获取物理知识的同时，潜移默化地形成良好的科学素养；只有加强实验教学，才能培养学生的观察和实验能力以及创新思维的能力。