物理实验教学应突出一个“真”字——近年江苏高考带来的启示

肖建华

（江苏省太仓高级中学，江苏 太仓 215400）

物理实验及其教学既是物理教学的重要基础，也是物理教学的重要内容、方法和手段.纵观近年江苏物理高考，实验题的分值逐年提高，今年较往年又有明显的提高，除了两个传统实验题分值18分外，在选择题中增加了一道分值4分的多选题，选修3-4和3-5中各增加了一道分值4分的小题.尤为突出的是，考查的内容变“实验题”为“真实验”，考查的要求也变“实验能力”为“实验与探究能力”.这一命题趋势给我们带来了很大的启示：高中物理实验教学应突出一个“真”字.

1 实验“真”做

表面上看，做“实验题”和“做实验”似乎都能使学生掌握基本实验技能，前者似乎还能节约更多的时间，做更多的实验题.“做实验题”能真正掌握实验技能吗？2012年江苏高考电学实验题是利用多用电表探索电学黑箱，题中隐去了多用电表旋钮的名称，并且考查在未知电源正负极时应先“短暂”接触的操作细节，将真正使用过和未使用过电表的考生区分开来，对实验教学真正走进实验室起到了很好的引导作用.因此，必须摒弃“画实验”“讲实验”“背实验”“做实验题”“看实验视频”的教学模式，让学生走进实验室 “真”做实验，做“真”实验，体验操作过程，重视操作细节.只有这样，才能掌握正确的操作方法，切实提高实验技能.

案例1.测量导体的电阻率.

（2014年江苏卷）某学生通过实验测量一种合金的电阻率.

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图1所示的部件（选填“A”、“B”、“C”或“D”）.从图中的示数可读出合金丝的直径为_______mm.

图1

（2）图2所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出.合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化.由此可以推断：电路中_______（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了（选填“短路”或“断路”）.

图2

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38 mA，由此，该学生算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议.

本题从考纲中必做实验入手，除了考查螺旋测微器的读数，还考查了电流表内外接法的选择、如何减小导体电阻的测量误差、如何排查故障等，这些均是实验中必须思考的问题，也是必须掌握的实验技能.特别要引起注意的是，本题还考查了为避免读数时测微螺杆转动，应在读数前将锁紧旋钮旋紧这一操作细节.只有那些真正到实验室做过实验，有过亲身体验，熟悉操作过程，并能注重操作细节，具备扎实实验技能的学生才能做出正确的解答.

2 实验教学“真”研究

物理实验是了解、研究物理规律的重要方法，实验教学是提高学生探究能力，培养科学素养的重要手段，其作用不可替代.教师只有从研究“实验题”变为真正研究“实验教学”，才能更好地培养学生的科学素养.

2.1 实验方案“真”设计

物理实验是学生探究并获取知识、应用知识过程中的一个有机组成部分，应该在合理的环节和预定的计划中去完成.实验方案的设计是实验教学一个重要环节，具有较强的综合性、创造性和灵活性.2012年江苏高考实验题“测定木块与桌面之间的动摩擦因数”，以“实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮”这一情景作为条件，要求考生提出两个解决问题的办法.这就要求考生具有综合运用所学物理知识与实验技能，创造性地构思、设计解决问题的途径和方法的能力.

案例2.探究“加速度和力、质量的关系”.

该实验是高中物理最重要的实验之一，除了要求学生掌握控制变量的方法，学会利用打点计时器、处理数据等基本技能外，可以要求学生能根据实验要求设计并完善实验方案，体会探究过程的科学严谨和合理性，提高学生的探究能力.在实验设计环节的教学时，需要解决2个问题：第一，拉力就是合外力吗？第二，如何提供恒定的拉力并测得其值？这里可以通过问题链的方式讨论并完善实验方案的设计.

问题1：为了研究简单，想用弹簧秤的拉力作为合外力，如何“消除”摩擦力？

问题2：如果没有条件减小摩擦力，有没有办法“平衡”摩擦力？如何“平衡”？

问题3：如何判断滑块做匀速直线运动？

问题4：用弹簧秤拖动长木板上的滑块使它做匀加速运动，弹簧秤的读数稳定吗？

问题5：能否用一个恒定不变的力来替代弹簧秤？如何测定拉力？

问题6：小车加速运动时悬挂沙桶和沙的重力等于运动小车的拉力吗？

实验探究后，可有意识地引导学生思考能否用其他方法来测量本实验的物理量，寻求物理量之间的关系，这是对教材上有关实验的引伸和拓展.

问题7：如何利用光电门测得的速度来得到加速度a？

问题8：如果不测出加速度的具体数值，能否探究加速度和其他物理量的关系？

问题9：如何测定不同情况（不同拉力、不同质量）下加速度的比值呢？

问题10：如何解决同时开始运动？如何测出相同时间内运动的位移？

在实验设计环节，引导学生不断发现问题、解决问题，不仅让学生知道这个实验应该怎么做——知其然，还让学生知道这个实验为什么要这么做——知其所以然，更让学生知道这个实验还可以怎么做——知其所尽然.这样的实验教学符合学生发展的要求，留给学生更多的时间和空间试验自己的想法，开拓了思维，形成了科学方法，提高了探究能力，培养了科学素养.

2.2 实验过程“真”分析

物理实验特有的生动性，会使学生很感兴趣，但这只是低层次的感知兴趣和操作兴趣.另外，如果只是观察实验现象，得出结论，会使学生逐渐感到枯燥乏味.在实验过程中，深入分析，让思维与观察同步，才能深刻理解物理的本质，深化学生认知，使学生对物理实验保持持久的探究兴趣和创造兴趣.学生实验如此，演示实验也是如此.

案例3.光电效应.

在演示光电效应时，教师会利用如图3所示的实验装置，用紫外线照射带负电的锌板，观察到验电器的箔片合拢，说明锌板上有电子逸出，由此得出光电效应的概念.这样教学，学生会有很多疑惑.

图3

疑惑1：光电效应是不是特指多余的电子？（带负电的锌板失去电子）

疑惑2：验电器箔片闭合有没有可能是由于空气被电离的原因？

疑惑3：用紫外线照射其他材料能否产生光电效应？

疑惑4：其他光源能否使锌板产生光电效应？

……

为了解开学生心中的疑惑，可以引领学生一起设计实验，拓展实验操作内容，观察分析实验现象，深化学生认知.

拓展实验1：是否是空气电离的原因？用紫外线照射带正电的锌板，观察发现验电器箔片没有合拢.引导学生一起分析，如果是空气电离的原因，不管锌板带负电还是正电，验电器箔片都应该合拢，从而发现空气电离不是带电的验电器箔片合拢的主要原因.

拓展实验2：光电效应是否和材料有关？用紫外线分别照射带负电的铝板和紫铜板，验电器箔片均未合拢；再用紫外线照射带负电的黄铜板，箔片合拢了.这里教师可以适当介绍黄铜板内含有锌的成分.

拓展实验3：光电效应是否和光源有关？改用白炽灯照射带有负电的锌板，验电器箔片未合拢；换用更大功率（光线更强）的白炽灯照射，箔片还是不合拢；延长照射时间，箔片依然不合拢.

通过上述一系列的实验操作，忽略了次要因素，突出了主要因素，使学生对光电效应产生的条件有了一定的认识.

此时提出新问题：用紫外线照射不带电的锌板，验电器的箔片会张开吗？学生根据已有的知识推理得出紫外线照射后的锌板溢出电子，验电器带上正电，箔片会张开的结论.箔片真的会张开吗？

拓展实验4：用紫外线照射不带电的锌板，无论怎么照射，箔片就是不张开.怎么回事？这里教师可以引导学生一起分析原因：紫外线照射锌板后逸出了电子，锌板带上了正电，同时也在附近产生了阻碍后续电子逸出的电场，从而无法积累足以让验电器箔片张开的电荷量.如何把不可视的物理现象很好地显示出来？学生会自然想到在不带电的锌板前加一个反向电场.

拓展实验5：在不带电的锌板前设置反向电场，紫外线照射后验电器箔片张开，现象非常明显.

这样，学生边实验、边观察、边思考、边分析，提出了一系列的问题，设计了一系列的拓展实验，通过观察丰富的实验现象，不仅对光电效应产生的条件有了较为深入的认识；更对这个实验如何才能做得更好，如何忽略次要因素、突出本质原因，如何排除实验中的干扰因素等方面都有了深刻的认识.因此，注重实验分析，拓展实验操作内容，丰富实验表象，辅之以思考与质疑，会使知识在生动、具体、模拟性的情境中得以重组，从而深化学生的认知，提高学生的思维能力.

3 实验教学培养学生“真”能力

物理教学大纲要求：物理教学既要重视教学，更要重视能力的培养，能力包括观察能力、操作能力、思维能力、分析和解决问题的能力、迁移能力等，而各种能力的核心是培养学生的思维能力.实验是物理学的基础，物理实验是培养学生“真”能力的重要载体.只有充分挖掘实验的教学功能，才能真正培养学生的各种能力.2013年江苏高考第11题要求学生利用自由落体的基本规律，运用新的实验装置通过测量落体高度和时间来测定重力加速度，并进行误差分析，题目设计新颖，蕴含的实验思想和方法较为丰富，对学生灵活运用基本实验原理方法和技能解决新问题的能力提出了很高的要求.创新实验能培养学生能力，传统实验经过设计改进，同样能很好地培养学生的“真”能力.

案例4.自感现象.

“自感现象”的实验教学时，传统教学会利用如图4、图5所示，分别观察接通后、断开时灯泡A、B亮暗情况，再理论分析通电自感和断电自感的原因.这里可以换一个思路，让学生自主设计并完成实验.

图4

图5

提出问题1：如果电路中线圈自身电流增大时，会产生感应电流吗？如何用实验方法显示出效果？

实验方案：线圈串联一个小灯泡A.

分析推理：电流增大时，灯泡会慢慢亮起来.

实验演示，效果不明显.怎样才能看得清？

改进方案：对称并联一个小灯泡B.

实验演示：通电时，和线圈串联的灯泡A慢慢亮起，效果明显.

提出问题2：断电瞬间，线圈中会产生感应电流吗？

分析推理：灯泡不是马上熄灭，而是慢慢熄灭.

实验演示：看不出延缓熄灭的效果.是预计错了吗？

改进方案：原来是两个灯泡中电流没有差别，只要使线圈相连的灯泡A中的电流大于另一个灯泡B中的电流就可以了.

实验演示：灯泡B闪亮一下再熄灭.预计成功.

拓展方案：用传感器把灯泡A、B中的电流演示出来，电路图如图6所示.

图6

这样，师生一起重新分析、思考、设计、完善演示实验，只有把实验教学与探究学习融合起来，才能真正培养学生的观察能力、操作能力、思维能力、演绎、归纳、分析问题、解决问题等“真”能力.

随着今后高考及教学改革的进一步开展，对于学生实际能力的培养与考核，越来越受到大家的重视.而物理实验探究为学生积极主动地获取物理知识，认识和解决物理问题，培养科学思维、方法和科学素养，提供了新的平台.如果我们在每次实验教学时，都能真做实验，做真实验，真正落实实验教学的研究，那么我们相信随着课改的深入，学生的物理能力一定能得到真正的培养，物理实验教学也一定会焕发出旺盛的生命力.

1 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（实验）［S］.北京：人民教育出版社，2003.