论物理实验能力的内涵与培养

文 夏 丹

在中学物理教学中，物理实验担负着提供感性材料、培养物理思维、提升科学素养及实验能力的重任。然而事实上，当前教学中忽视实验教学，尤其是忽视学生实验能力的倾向依然存在。鉴于此，本文就物理实验能力的构成和培养展开讨论。

一、物理实验教学的价值与作用

物理实验教学的基本目的主要包括：使学生明确实验目的，理解和控制实验条件，掌握实验方法，正确使用实验仪器，观察和分析实验现象，处理实验数据，得出实验结论，最终使学生在实验操作、现象观察、物理思维及科学素质方面得到一定的训练和提高。

物理实验教学具有重要价值，主要在于：

首先，实验是物理教学的重要基础。物理学的一切理论或假说，都建立在实验的基础之上；物理学上任何理论的结论，也都依赖于实验的验证。

其次，实验是物理教学的重要内容。这不仅体现在实验是教师应教、学主应学的教学组成部分，而且体现在实验是激发兴趣、调动积极性的重要手段。

再次，实验是物理教学的重要方法。无论是物理概念教学，还是物理规律教学，实验都具备其他研究方法所不具备的独特优势。

最后，实验是物理教学的重要手段。它能够使学生完成从感性到理性、从具体到抽象、从简单到复杂的教学操作，不仅符合学生的身心特点，而且符合学习的认识规律。

物理实验在物理教学中还具有重要的作用：

第一，实验能激发学生的兴趣和求知欲。物理实验在满足学生好奇、好动的天性之外，还可以让学生从操作中体会并尝试发现和成功的喜悦，从心理上增强学习的信心与动机，进而升华出热爱科学的素质和志向。

第二，实验能创设出有效的“学习环境”。这是因为，经过精心筛选、简化并纯化了的物理实验具有典型性、可重复性以及趣味性等特点，从而使其成为学生掌握知识、教师突破难点的教学形态或环境。

第三，实验能使学生习得科学方法。事实上，实验本身就是一种科学方法，不同的实验在不同程度上蕴含了归纳法、演绎法(验证)、理想化等基本物理方法，而学生进行物理实验的过程就是经受科学方法熏陶的过程。

第四，实验能培养学生的物理能力。其主要体现在学生可以从实验中提高观察能力、逻辑思维能力、数据处理能力、团结协作能力等。此外，实验还能提升学生的科学素养。

二、物理实验能力的内涵与构成

物理实验能力是指实验者在为实现实验目的采取适当的实验方法，通过操作实验仪器和器材，观察分析实验现象，处理实验数据，得出实验结论的整个过程中所表现出的行为与心理特征。

从狭义上讲，物理实验能力包括操作能力、感知能力和思维能力。从广义上讲，物理实验能力还包括表达描述能力、团结协作能力等实验素养。

其中，操作能力是指在实现实验目的的过程中将所需使用的仪器、器材在操作空间内进行布局，实现仪器间的配接，以及操作使用基本工具、基本量具时所体现的个性行为特征。感知能力是指在实现实验目的的过程中，利用感觉器官捕捉发现物理现象、物理过程的个性心理特征。感知能力应从感知的主动性、灵敏性和全面性三个方面来衡量。思维能力是指在研究原因、分析结果、形成结论的过程中综合性地进行归纳、演绎的个性心理特征。

将实验现象、过程、结论及规律以语言文字形式进行交流的表达能力以及实验中团结协作的能力亦是实验顺利进行的保障。实验素养体现在严格按照操作规程进行操作，以及完成实验后归整器材用具等实验习惯之中。

除上述能力外，诸如实验数据处理能力、设计实验能力及误差分析能力等，也是进行物理实验必备的能力，但在中学阶段，对这些能力仅作初步要求。

三、物理实验能力培养的意义与途径

在教学中培养学生实验能力的实质是将知识转化为能力。从思维模式上看，应将实验技能、实验方法、知识结构进行有序过渡，而后完成变通与迁移的飞跃，即形成实验能力。在实验能力的培养过程中，实验认知结构的有序性过渡是能力培养的核心因素，在此基础上实现变通和迁移之后，实验能力的培养才能真正落实。

基于这种转化的思维模式，形成实验能力的过程被分为三个层次：首先，掌握实验技能、理解实验方法、把握知识结构。其次，将相互分离的知识点联系为有机的系统，即建立明确的关联，使其有序化，这种有序过渡将直接导致稳定心理特征的形成。最后，在结构有序的基础上，就是变通和迁移，但是这种变通和迁移需要在应用过程中真正落实。归结起来，对学生实验能力的培养应把握如下途径：

1.训练基本实验操作技能

操作技能的掌握应当有足够数量的实验操作加以保证，并有严格的质量标准作为依托。首先，教师的演示应严格遵守操作规程并具备娴熟的操作技巧，甚至实现具有美感的操作动作，这是教好学生并感染学生的前提。其次，加强对学生实验操作的指导，提出明确的操作要求，并经常比较不同操作方法的优缺点。第三，重视实验操作的复习和考查。事实上，提高操作技能的一个有效手段就是定期安排实验操作的复习检查。

2.培养观察意识与观察习惯

“现象是物理学的根源”，实验教学中有目的地培养学生的观察能力，是指要明确观察目标以及观察计划，并将其作为实验课的教学目的之一，有针对性地逐步深化学生对物理现象、物理过程的观察意识和深度，并提高学生观察的全面性以及对相关细节点的敏锐程度。应该予以强调的是，观察意识与习惯的培养，应该在准确的前提下训练全面与深度。

3.形成完整的物理实验知识结构

没有有序的、明晰的实验知识结构，实验能力就无从谈起。因此，全面、完整的实验知识结构是物理实验能力的基本要求。有论者指出：事实上，如果不持有一定的理论信念，也就根本无法辨别实验中哪儿是结论、哪儿是误差。所以，教学生认真对待实验误差等问题的同时，应该引导学生深入体会物理知识结构背后的物理本质[1]。

4.掌握物理实验中的科学方法

掌握物理实验中使用的科学方法是培养实验能力的关键。教学中应根据不同的实验，引导学生把握实验的研究方法。物理实验中涉及的诸如实验归纳法、实验验证法、理想实验法等实验方法均具有特殊的内涵，需要在实验教学中根据实验的主旨，以科学方法为主线[3]，有意识地区分，并强化对二者特殊性及共性的认知，习得物理实验中的科学方法。

[1] 胡扬洋,耿爱霞.物理教材“牛顿第三定律”编写存在的三个疑难问题[J].课程教学研究,2014(1)：76-79.

[2] 李立娟.高中物理实验教学中的科学方法教育内容显化研究[D].北京：首都师范大学,2013.

[3] 廖宅仁.中学物理教学法[M].武汉：武汉大学出版社,1987.