高中“源流”式物理实验教学策略研究

邱仁和

摘 要：物理学是一门以实验为基础的自然科学，传统的高中物理实验教学是“截流”式的，学生对物理实验的理解是片面的、肤浅的和零散的。“生本”教育理念下的“源流”式物理实验教学强调物理实验知识的整体和联系，“源流”式物理实验教学策略，旨在让学生了解物理实验的本源，深刻理解物理实验原理，加强实验各方面的联系与比较，从高度和整体上把握物理实验，提高物理实验教学效率。

关键词：高中物理；实验教学；策略研究

1 高中“源流”式物理实验教学符合新课程理念

郭思乐指出：对教师来说，灌输知识比产生知识、强调知识过程要容易得多 [1 ]，截流式教学就是这样的一种灌输教育，而源流式教学旨在引导学生产生知识，让他们有“制造”的体验和成功的喜悦。

以往高中物理实验教学总是截断本源，“掐头尾烧中段”的“截流”式教学。教师为什么热衷于“截流”式教学？其一是，灌输知识比追寻知识的本源要容易得多；其二是，功利思想，直接教给学生结论，然后通过大量的练习，能迅速解决常见的题型，短时间内即可见到成效。具体表现在教学过程中，教师讲授和灌输较多，学生思考和讨论较少；演示实验较多，探究实验较少；关注实验步骤和注意事项较多，关注实验原理较少；实验操作较多和实验设计较少。学生没有参与物理实验的设计，没有参与物理实验知识的产生过程，学生对物理实验的来龙去脉和内在实质一无所知，物理实验的各方面知识是零散而无序的，对物理实验许多方面也是知其然而不知其所以然，对物理实验只能采用死记硬背的办法。

学生如果不能对物理实验有整体的了解，对实验探究讨论不够充分，对实验原理的理解不够深刻，缺少再实验和反思，就无法体会物理实验的物理思想和科学研究方法。离开由具体到抽象的归纳，就失去本源。须知对事物发生学的了解几乎是科学研究的最基本的一步，只有把握了事物本源的人才能彻底理解事物，才能有最大的幅度去开拓深奥 [1 ]。所以只有采用“源流”式高中物理实验教学，才能够最大程度地激发学生学习物理的兴趣，提高物理实验教学的效率。新课程的理念就是“以人为本”，引导学生自主学习，关注学生学习过程，关注学生知识的构建。所以“源流”式物理实验教学，既符合新课程的要求，也符合学生认知规律。

2 “源流”式物理实验教学策略

“源流”式高中物理实验教学的策略必然是加强物理实验各部分的联系，从整体上把握物理实验，努力让学生参与实验的每一个过程，探究每一个物理实验的本源。只有让学生了解到物理实验的本源，体会物理实验设计的精巧，领会物理实验的美，感悟物理实验的物理思想和哲学思想。学生对物理实验才能产生浓厚的兴趣和刻骨铭心的爱，对物理学习有持久的动力，达到事半功倍的效果。“源流”式物理实验教学策略就是把握好下面几个方面的关系：

2.1 物理实验操作与实验设计相结合

物理实验的操作如果离开了实验设计思想，那么他的操作只能是工人式的机械操作，再熟练也只能是缩短实验时间而已，如果能够先了解实验设计思想，学生的操作就会有目的性，成为工程师的操作，所以在高中物理实验教学中要特别重视让学生参与物理实验的设计，充分理解物理实验的原理，这时学生的操作不再是“冷酷”的，而是富有感情的，学生在实验操作中才会加入思考，学生在操作过程中才会充满爱，实验操作才能富有生命力。学生的熟练操作才能转化为操作能力。

反过来，如果物理实验设计离开了实验操作的经验支持，就会变成干瘪的教条，缺乏生命力。有充分考虑实验操作的实验设计才能内容充实，富有人性，而且实验操作反过来才会对实验设计进行反思和评价，为进一步优化设计方案打下基础。比如牛顿第二定律实验的实验操作中要求平衡摩擦力，此时小车要不要挂空的砂桶？小车后面要不要拖纸带？如何才能认定小车是匀速运动？不接通打点计时器电源，可以么？许多的问题，如果你告诉学生要记住实验操作步骤，学生如果没有参与实验设计，他又能记多久呢？

新课程高中物理强调科学探究，在探究过程中学生自主确定物理实验的思想方法，设计实验方案，学生科学探究过程中的实验操作都是在实验原理指导下进行的，学生在实验操作过程中能做到“手脑并用”，就能高效培养学生实验操作能力和实验设计能力。

2.2 物理实验方法与物理思想相结合

物理实验是在一定科学理论指导下进行的 [2 ]。物理实验方法有许多，常见的有直接比较法、等效替代法、控制变量法、累积法、模拟法、留迹法、转换法、外推法、放大法、理想化法等等。物理实验方法的选取，必须在物理思想的指导下进行，才能准确高效，不会误入歧途。在物理教学过程中要让学生一起欣赏一些经典的物理实验，体会其中实验方法的精妙之处，领悟其中的物理思想。比如伽利略斜面实验是如何测时间（没有秒表）？根据什么判断小车在做匀变速直线运动？如何推理到自由落体运动也是匀加速直线运动？

物理思想必须通过实验方法来体现。对称的思想可以通过累积法来体现；连续的思想可以通过外推法来体现；等效的思想可以通过等效替代法来体现；可逆的思想可以通过逆推法来体现。比如迈克尔逊测光速的方法充分体现了对称、连续、可逆的物理思想。爱因斯坦称赞这一实验的优美和方法的精湛时说“迈克尔逊是科学的艺术家” [3 ]。在物理实验教学过程中要关注实验方法所含的物理思想，关注每一个实验设计蕴含的物理思想和实验方法，这样才能从高度上把握物理实验。

2.3 物理实验知识与实验技能相结合

物理实验知识包括物理实验的原理、方法、步骤及仪器的工作原理和使用方法，实验技能包括动作技能（实验操作技能）和智慧技能（猜想、假设、数据分析）。而如何更好地使用实验仪器，采用什么实验方法较好，如何使实验结论更正确，误差更小，则是一种实验能力。

物理实验知识是实验技能的基础，学生在对物理实验知识深入理解的前提下，实验技能的发挥就可以达到充分。比如对某个实验不了解，一到实验室就按照实验步骤一步一步地做，实验操作技能就无法提高，不理解物理实验的原理，就无法发挥你的智慧技能，实验技能无法对实验能力的提高产生影响。反过来实验技能可以让实验更加顺利，对物理知识的深入理解提供帮助，只有对物理实验知识深刻理解，对实验技能熟练掌握，才能提高物理实验能力。如果教师能选取一些灵活性、变通性大的问题，积极创设情境，鼓励学生发散思维，进行多方位、多角度观察，思考、探索、想象，就可提出多种设想和解决问题的方案。在此基础上，再引导学生进行收敛思维，确定解决问题的最佳方案。这不仅能培养学生的基本操作技能，而且能训练学生思维的流畅性、变通性和独创性（发散思维的三个难度），从而激活创造性思维 [4 ]。

2.4 物理实验理论与生活实践相结合

在学习实验理论过程中尽量结合生活中的例子，使学生学习的理论生动而具体，对理论的理解有很大帮助，也能激发学生学习物理的兴趣。比如研究自由落体运动时，我们可以用钢珠自由下落研究钢珠的加速度，也可以用尺子自由下落研究反应时间，还可以用水龙头的水滴下落测重力加速度。总之要让物理实验走向生活。

在日常生活中也要善于发现物理现象，学会用物理规律来解释自然现象，生活中的一些问题能够想到用物理理论来思考，对有些问题会想办法用实验来探究，使生活走向物理。比如《两小儿辩日》中早晨的太阳更红更大，这是为什么？能否设计一个光学实验来探究？积极开展课外探究性实验和落实教材中的“小实验”，“小实验”大多数来自日常生活，具有取材方便、方法简单、趣味性强，效果明显等特点。比较好的将物理实验理论与生活实际相联系，通过物理实验来验证或探究一些生活现象，能够培养学生物理实验意识，提高物理实验能力，树立正确的物理思想。

2.5 物理实验结论与物理实验过程相结合

物理实验过程中学生体验，学生间的交流，学生独立思考，学生遇到许多问题通过许多途径和方法用实验加以解决，这一过程中学生学会思考、学会交流、学会设计、学会求助、学会探究。实验过程中的收获远比实验结论本身重要得多。学生对自己经历的实验过程而得到的结论会更亲切、更热爱，“因为爱总是带有是生产性的”。实验过程中的问题提出、猜想和假设对物理实验结论的得出有激励的作用。

反过来物理实验结论能够促进学生对实验过程进行反思，就有可能找到更简洁有效的实验方案，从而可以更新实验过程。比如验证牛顿第二定律实验中我们先让M不变，改变钩码m的大小测出不同的加速度a，看看a与F=mg是否成正比。得到结论后我们认为实验操作可以改为钩码个数从多到少，每次减少的钩码都放在小车上，这时再做a-F图象线性更好。

有过程的结论是鲜活的，有了结论再看过程是明晰的，过程和结论相结合是丰富的，能够帮助学生更好地掌握物理实验，提升物理实验能力。

总之，高中物理实验的内容很多，只有让学生从高度上，从整体上把握物理实验，学生对物理实验中的思想方法和设计理念才能有深刻的理解，学生才能从物理实验中领悟物理实验的精髓，学生对物理实验有深入的思考和持久的动力，就能高效培养学生的实验能力。

参考文献：

[1] 郭思乐.教育走向生本[M].北京：人民教育出版社，2011：25-26

[2] 张宪魁.物理科学方法教育[M].北京：中国海洋大学出版社，2000：50

[3] 爱因斯坦.爱因斯坦文集 （第I 卷）[M].上海：上海商务印书馆

[4] 王丕广.高考物理实验与高中物理教学[D]：[硕士学位论文].山东师范大学，2009：24