改革物理分组实验教学 促进学生主动发展

唐晟

摘要：随着各大教育学校的发展，对于学校的各方面教学制度也有了更要的要求，除了要提高学生的书本知识，最需提上日程的就是要提高学生的动手能力、表达能力、总结能力、沟通能力。就以江苏省姜堰中学为例，我校现在越来越重视学生各方面能力的综合培养。本文以“验证机械能守恒定律”为案例，对当前高中物理学生分组实验教学提出一些改革建议，尝试通过变革学生学习的方式来促进学生主动发展，简单介绍如下。

关键字：分组实验；改革建议；学习方式；主动发展

中图分类号：G632.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）52-0105-02

物理学是以实验为基础的学科，所有物理学规律的建立都离不开观察、实验和思考。物理实验可分为三类，如下：课堂演示过程、学生分组实验、课外实验，其中最重要的就是学生分组实验。学生分组实验教学是指把学生分组，在实验室环境中，提供实验仪器，让学生按照一定的教学目的自主设计实验，达到某一要求的教学过程。学生分组实验之所以最重要，是因为它在高考书面考试范围之内，同时也能更好地培养学生的学习兴趣，增强学生的创新意识，训练学生动手操作、自主探究、合作学习等能力，在培养学生科学素养的教育中具有独特的地位和全方面的功能。另外，演示实验和课外实验这两者均可以转化为分组实验来研究。

一、改革高中物理学生分组实验教学的意义

现行高中物理教材的实验内容大多都是验证性的，其结果往往是唯一的或是理想化的，而教师在教学过程中也往往忽视了实验方案的探索，几乎不讲实验误差或不进行误差分析，更谈不上对实验方案和实验结果的评估。目前大多数学校的学生分组实验都是教师按照最常规的流程，进行各个环节，然后学生按照老师的要求和课本上的实验步骤做实验，按部就班完成即可。长期下去，教师教学模式僵硬、学生学习兴趣低落、思维缺乏应有的多向性和灵活性，这些均不利于学生主动发展，也与新课程理念有很大的差距。按照新课标的要求，学生分组实验应注重培养学生经历实验探究过程、深入对实验过程和实验误差分析，强化实验方案的自我设计、深入对实验过程和实验误差分析、重视对实验方案和实验结果评估，从而促进学生主动发展。因此，开展高中物理学生分组实验教学的改革迫在眉睫、意义重大。高中物理学生分组实验如能真正落实新课标要求，最主要的是能够强化教师教法与学生学法的相互融合，有效地促进教师对物理实验教学的改善。

二、调整高中物理学生分组的实验方式 加紧改变学生的学习方式

为实现新课程理念，在学生分组实验教学过程中，我们教师可以通过训练学生基本仪器的使用以及做试验中需要安装的器材，用来提高学生的实验能力。试验后，还要锻炼学生的写作能力，即实验报告。培养他们独立思考的能力和优良的学习态度。

三、案例分析

下面以“验证机械能守恒定律”实验为例，先介绍在传统意义的实验方案上进行设计和改进，再介绍用朗威专用软件实验来创新完成这个实验。

1.传统实验方案的问题设计。第一，在进入实验室之前，教师应根据实验内容布置一些简单的思考题，让学生充分预习。如：（1）本实验的目的是什么？（2）要完成这个实验目的，你能想到哪些方案？在这些方案中你能挑一个最佳方案吗？（3）要完成你所选定的实验方案需要实验室提供哪些器材？这些器材能否用我们日常生活中常见的物品来替代？可以自制吗？第二，进入实验室后，教师将学生合理分组，并提出一些富有启发性或学生不易回答的问题，让学生分组讨论，培养学生合作探究、自主学习的能力。比如：（1）安装实验仪器时要注意什么？如何才能保证？（2）在释放重物时应注意什么？如何才能保证？（3）从保护器材的角度考虑，我们在做实验的过程中应注意什么？第三，在处理实验数据之前可以组织学生讨论：（1）在测量各计数点到O点的距离时，是直接测量各计数点到O点的距离，还是分别测量各计数点之间的距离？为什么？如果我们测量时使用的尺子有一定的厚度，进行测量时应该注意什么？（2）算某点的瞬时速度时，应该用什么方法？（3）在某种特定情况下，如果第一个O点附近的纸带被损坏，此时此刻，能不能利用这种情况来测试一下重物下落工程中的机械能守恒？（4）在处理实验中的数据时，我们可以分别计算重物下落时重力势能的减少量，再计算重物动能的增加量，来验证机械能是否守恒。有没有更直观的方法来验证机械能守恒定律？（5）本实验中有哪些系统误差和偶然误差？

2.传统实验方案的操作改进。验证机械能守恒定律，在这个过程中，要想取得好的结果，最重要的就是必须要把打点计时器竖直架固定好，以便减少实验过程中产生的阻力。图1中显示的打点计时器用方座支架悬在空中，复夹或烧瓶夹，在这个过程中，除了固定使用，还需要承担计时器的重量。还有，因为计时器的位置装置的太高，提纸带需站到凳子上，这部分工作非常不好做，手容易颤动。所以，可以将原装置中的打点计时器放低，如图1（见上页）所示。

3.朗威专用软件实验——摆球法。有条件的学校还可以提供给学生这样一组实验器材：朗威DISLab、计算机、DISLab机械能守恒实验器（如图2）、天平等，放开让学生自己设计、动手完成，这套方案比传统意义下的更简便、快捷，原理也不难，学生小组合作应该能完成这个创新过程，涉及它的原理介绍如下。

首先要把摆球挂到固定的高度，接下来，缓缓放开，在它摆动的期间，势能和动能之前会互相转换能量。在这期间，空气的阻力可以忽略不计，因为只有重力对其有影响，所以，此时此刻的机械能守恒。

在这个过程中，摆球处于最低的位置，作为零势点，然后把光电门传感器固定在不同的位置，把这时的高度设为点h，则在两光电门传感器处摆球的机械能为：E=mv2/2+mgh；

本实验中，摆球为直径为0.008m小圆柱体，质量为0.0075kg，摆球通过光电门传感器时的挡光时间为t1，所以：摆球的速度为v=0.008/t1。

实验过程与数据分析：

（1）将DISLab机械能守恒实验器按装配图安装好，把光电门传感器固定在实验器的A点，并接入数据采集器的第一通道。

（2）将小摆球用磁铁夹吸住，固定在A点上方5～10厘米处。

（3）移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔正好在A点。

（4）选择“计算表格”，选中“自动记录”中的“开始”，释放摆球，当摆球通过光电门传感器后，阻止摆球回摆。

（5）移动光电门传感器装配好相关的位置，使用测平器观察并调整光电门的透光孔分别位于B、C、D点，反复重复4次，获取四次不同的实验数据。

（6）选择变量字样，依次定义h、m，分别表示光电门距零势点的高度和摆球的质量，一并输入相关的数据。

（7）选择公式字样，输入本次试验中要用的具体公式，得出相关结论（见下表）。

（8）由相关结果得出：摆球在不同的四个点的机械能范围低于5%。在合理的误差范围以内，可以得出相关的结论：在没有阻碍力的情况下，机械能是守恒的。

综上所述，高中物理学生分组实验教学改革意义重大。结果很重要，但是过程更重要。我们的目的是提高学生的综合素质，即动手能力、表达能力、总结能力、沟通能力。课堂上，教师的讲解很重要。但是本人认为鼓励学生动手学习、动手总结更为重要。俗话说，实践比理论更重要。所以，学校的这方面发展，需要得到教育界的高度重视。当然，这对教师的要求也严格了很多。作为人民教师，不但学生要学习，我们更要学习，而且还需要时时更新教育教学理念，提升自己的能力和与时俱进的信息，切实落实新课程标准对实验的要求，然后运用到教学中去，变革学生的学习方式，通过理论和实践相结合的方式，将学生培养成科学素养高、创新意识强、主动发展的新型人才。endprint