透析操作技能考核 优化物理实验教学——以2014年上海市高二物理实验学业考为例

王金铎 郭乐峰

（上海市卢湾高级中学，上海 200023）

上海作为教育改革的前沿，在“二期”课改中，明确了物理教学的“三维”目标，提倡自主、合作、探究的学习方式，而物理实验是达成上述目标的重要手段.在高二年级物理学业水平考试中，将实验技能作为单独考核的内容，凸显了实验教学在物理教学中的地位.

1 考核概况

实验技能考核的全称是“上海市普通高中学业水平考试技能操作测试”，该测试从1998年至今已进行了16年.它隶属于高二物理学业水平考试的内容，但为时间独立、计分独立的技能操作测试.考核范围是高中物理必修部分的学生实验，既有传统的操作实验，也有利用现代科技的DIS实验.考核时间一般安排在当年学业考试的理论部分考试前1～2周内进行.考卷由上海市教育考试院命制，每年的考题分为难度基本相当的A、B、C 3组，每组2题.考生按照事先由电脑随机分配的方式形成考试小组，每小组按照规定的时间前往考点（非就读学校），临场抽签决定考题.每场实验操作时间为15min，单人单桌考试.监考老师由教育考试院遴选的非考生所在校任课教师担任，每位教师监考4名考生.在学生操作过程中，监考老师当场评分，并由专业人员将分数录入考试中心计分表.再将原始分换算为A、B、C、D、E等考试等级，记入学生档案，作为学生高中毕业的成绩，为高校自主招生提供参考.

2 考题介绍

2014年上海市高二物理实验技能测试题见表1，其中组别就是试卷的组序；实验试题就是实验名称；实验内容则为学生具体的操作项目，也是监考教师的评分依据.

表1

3 考题分析

从实验试题的内容上来看，实验操作主要考核学生以下几方面能力.

3.1 基本的实验操作能力

动手操作是实验技能考核的重要特征，也是操作技能考核与纸笔考核的关键差异所在.无论是利用现代信息技术的DIS实验还是传统实验，实际操作都是实验的核心.例如，在本次实验技能测试中，A、B两组的实验1中，都有让小车在细线拉动下做匀加速运动的操作部分，且都要求测出小车的加速度.要使小车做匀加速运动，小车的轮子必须始终处于滑板的轨道槽内，且在运动的过程中牵引小车的细线不能脱离滑轮槽，位移传感器的发射器必须与接收器的正对，释放小车与操作DIS界面上数据记录同步等.在C组实验1中，操作时学生要用手缓慢推动活塞至要求的刻度处，另一只手要点击鼠标记录数据，以得到对应气体的p、V值，因此眼、手协调是基本操作能力的反映.

3.2 基本仪器的使用能力

中学物理的实验装置，大部分是由基本的器材和仪器组合而成.如小车，位移、压强传感器，滑动变阻器，弹簧测力计，原、副线圈，检流计，多用电表等都是物理实验中的常用仪器.在实验操作考核中，以这些仪器的使用为主，既突出了实验考核的基本宗旨，又明确了平时实验教学的努力方向.这对学生基本实验技能的形成具有积极作用.

3.3 实验结果表述能力

图形、图像、数据、文字都是实验结果表述方式，它反映的是学生对实验的理解和效果.A组实验1中，利用v-t图像，选取直线区域的斜率求小车的加速度，再通过取平均值的方法得到加速度的平均值；B组实验2，就是用文字来阐述感应电流产生的条件；A组实验2中，利用图形比较合力的理论值与测量值的差异.

综上所述实验技能考核包括：对学生实验操作能力、仪器的组合和使用能力、实验结果的处理及实验结论的表述能力等，其结果较全面地反映学生的实验素养.

4 操作实录及分析

在实验操作考核过程中，绝大部分同学能按照考题要求，通过正确的实验操作，得出理想的结果.但也有不少的同学，出现了各种各样的问题，现将其中的部分摘录于表2.

表2

从摘录可以看出，学生在考核中的失误可以归纳为以下几方面.

4.1 对考题理解不够透彻

物理实验不是无目标的活动，而是为完成特定任务而展开的手脑并用的智力活动.因此，认真审题、准确理解题意，明确实验目标是实验操作考核成败的关键.A组实验2中，按指定方向测出合力、分力大小后，再利用力的图示法作平行四边形，从而研究力合成的方法.力的等效替代和准确的平行四边形是操作成败的关键；B组实验2中，利用实验的方法，采取多种方式使闭合线圈中磁通量发生变化，从而得出感应电流的形成条件；C组实验2中，对于未知电阻的阻值，不少学生想当然地认为是通过多用电表测量法直接得到，而考题是要求学生用多用电表测出各电阻的电压后，利用串联电路的性质通过理论计算得出.所以，对题意的准确理解进而转化为实际操作，是确保实验操作考核成功的关键.

4.2 实验装置组装不够科学

符合要求的实验装置是实验考核顺利完成的保证，在考核中大部分学生考核结果不够理想的原因是不能组成正确实验装置.在DIS实验中，不能进入正确的实验界面、实验仪器与传感器、数据采集器及计算机间的连接不正确；传统实验中电路的连接、多用电表挡位的选择、与被测电路的连接，弹簧测力计的使用等都是学生在考核中暴露出的问题，仍需要在平时的教学过程中得以重视.

4.3 实验原理与操作脱节

4.4 考核结果表述欠准确

考核结果的表达，既是学生操作能力的反映，也是学生对物理实验理解能力的表现.考核过程中出现的平行四边形定则作图问题，在作加速度与质量关系的a-m图像时的坐标分度、描点问题，不能用准确的语言描述感应电流产生的条件，不能用串联电路的规律计算未知电阻的阻值等问题，都会使本已完成的实验操作因为结果表达的不规范而影响了考核成绩.也反映了学生对实验目的、实验原理认识上的不足.

4.5 缺乏仪器整理的习惯

良好的实验习惯，不仅表现在实验装置的正确连接、实验仪器的正确使用、及实验操作的正确规范，还表现在实验结束后对实验器材的整理.在DIS实验中不能清除界面数据，不能及时退出实验界面，在传统的实验中实验装置不能及时拆除，多用电表使用完毕没有将表笔拔出，并将选择开关置于应该的位置等.这些看似简单的操作，折射出的都是学生实验的规范性及实验的基本素养.

5 教学建议

从学生在实验操作中出现的问题来看，既有对实验的重视不够，导致动手机会少而操作生疏，也有对实验原理的理解不当，导致操作时不知所措，当然还有因平时不良的实验习惯引起操作不规范等.这些问题都应该在平时的课堂教学加以克服，为此提出以下建议.

5.1 重视实验教学

在整个高中物理教学过程中，物理实验技能考核，仅在高二学业结束时进行一次，师生难免有临时抱佛脚的突击心理，难以对实验教学形成比较全面而系统的安排.但物理实验具有揭示、探究与验证物理规律的作用，是教师用语言教学无法替代的，更重要的是通过物理实验能够激发学生学习物理的浓厚兴趣.由此引发学生热爱物理，研究物理，投身于物理的激情，是物理实验的潜在力量.那种认为物理实验课，课堂秩序难以控制，实验课会占用理论教学的时间从而影响理论教学的观点，使原本有趣的实验操作课变为学生观看视频的“看实验”，或给学生实验报告清单，让学生背实验操作步骤的“背实验”的形式，这种做法都成为实验教学的桎梏，必然会使生动有趣的物理学变为死记硬背的枯燥解题物理，导致学生失去学习物理的积极性，当然更谈不上物理学习的高效.因此，在课堂教学过程中，不仅要保质、保量地完成教材中规定的学生实验、演示实验，还应在力所能及的情况下尽可能多地开发研究性与探究性实验，增加学生的动手与体验实验的机会.

5.2 优化实验教学

实验教学的有效开展，优化教学过程是关键，在平时的课堂教学过程中，可以从以下几方面努力.

5.2.1 培养良好实验习惯

俗话说“无规矩，不成方圆”，物理实验是在物理原理指导下的有目的操作活动，只有养成良好的实验操作习惯，才能达到最佳的实验效果.良好的实验习惯包含：对常规器材的合理取、放、组装，测量仪器的恰当读数，实验现象的准确观察和描述，实验数据的正确记录与分析，实验报告的完整呈现，还有学生进入实验室后对各实验仪器的清点与检查，实验结束时，对各仪器的复位与整理等.良好的习惯是实验正确开展的保证，当然，它的培养既要靠教学过程中教师的示范，也要靠师生、生生的监督方可形成.

5.2.2 正确把握实验环节

物理实验是一个完整的思维过程，是由各个不同的环节组成，一般而言，中学物理实验有如图1所示的各环节构成.

实验目的是指实验要做什么，如测量某物理量、研究物理规律、练习使用某种仪器等.通常情况下，从实验目的就应该知道实验要得到的结果.在实验开始前，使学生理解实验目的，才能明确实验的努力方向.

实验原理是指该实验所遵循的物理原理或物理规律，也可以是该实验所采用的设计方法，如放大、对比、控制变量等.显然，这是物理实验的核心.在实验开始前，让同学熟悉或讨论实验原理，在理解实验原理的前提下完成实验，以减少实验操作的盲目性.

图1

在明确实验目的、理解实验原理的基础上，进行的仪器组装、实验操作、数据记录与处理等才科学合理.

5.2.3 适时开展实验评价

适时而科学的评价，既能在实验过程中检查与督促学生的实验进程，又能培养学生科学而规范的实验态度.实验前由学生来阐述实验原理、设计实验方案，可以直接了解和评价学生对实验原理的理解程度；在实验过程中及时对实验进度、实验结果进行总结、评价，让学生来分析与发现实验过程中的成败；另外在实验结束后，让学生来交流实验报告，分析实验误差提出实验的改进意见更能激发学生的创新思维.通过对学生理解原理、分析过程、讨论结果、创新设计等多元要素的评价，让学生既能看到实验过程中存在的不足，又能体会到实验成功时的快乐，必然能够促进学生形成高效实验的品格.

5.3 创新实验教学

实验教学有其固有的规律，遵循这些规律可以使实验教学井然有序的进行，并达成物理教学的目标.但实验教学也不能循规蹈矩、墨守成规，因为创新的教学方式才能培养学生的发散性思维及创新素养，让物理教学真正为培养现代化建设人才做出贡献.为达上述目标，可以从以下方面加以努力.

5.3.1 创设更多“探究性”实验

物理实验是探究物理规律的重要工具，在物理实验教学中，多一些研究性实验，更能发挥实验的探究功能.把学生置身于动态、开放、生动的实验教学环境中，通过自主探究了解现象，掌握规律，参与并体验知识的获得过程，建构起对事物的新认知，培养科学探究能力.在课堂教学过程中，有许多的物理规律是以研究性、验证性的实验方式给出的.例如，反映力、质量、加速度的牛顿第二定律，决定单摆周期的大小及单摆的等时性等.将这些实验改为探究性实验，学生会在实验探究过程中获得物理实验的乐趣，既能提升实验技能，又能从实验过程体会科学探究的乐趣.

5.3.2 同一装置完成多个实验

在设计实验装置时，同一仪器往往可以在多种场合下使用到.利用实验仪器的这种特点来设计不同的实验，既可以提高仪器的使用价值，又可以使学生在使用仪器的过程中，联系到各实验之间的互通性和关联性.例如，利用斜槽，既可以完成伽利略的理想实验，又可以完成研究平抛运动的规律实验，同时还能利用它研究机械能守恒.利用位移传感器、小车、带滑轮的平板，可以完成平均速度、加速度测量、研究牛顿第二定律实验、研究机械能守恒等.这对学生思维的发散性、互通性的培养起到积极作用.

5.3.3 同一实验多渠道完成

在实验教学中，给学生提出实验目的和要求，让学生根据已学到的物理知识，选择不同的物理原理，采用不同的仪器或装置进行实验，并比较不同方案的优劣，从而设计出更优方案，提高他们独创性和互补性.例如：“如何测定当地的重力加速度”，可以用秒表等仪器的“滴水法”、用位移传感器的“自由下落法”、用频闪照相的方法、用单摆法等.

总之，实验技能操作考核只是检查实验教学的一种手段，由此引发的对实验教学现状的反思、提高实验教学的有效性才是目的.规范化的教学过程，互动式的教学方式是高效实验教学的径途.开发多样化实验教学方案，提升学生的创新素养才是其归宿.由此必能促进物理教学高效而有序的开展和学生物理创新思维能力的全面提升.

1 阎金铎.物理思维论［M］.南宁：广西教育出版社，1998（6）.