例谈中学物理课堂实验设计的创新改进*

彭立君*

(岳阳市第一中学 湖南 岳阳 414000)

例谈中学物理课堂实验设计的创新改进*

彭立君*

(岳阳市第一中学 湖南 岳阳 414000)

物理学是以实验为基础的科学，创新改进实验是进行中学物理课堂设计的一项重要内容，课堂实验设计的创新改进是否成功绝大程度地决定了课堂是否会取得成功．

一般来说，实验的创新改进会从改进仪器、添加新鲜仪器、修改实验方案等方面着手，达到吸引学生、准确测量、有效证实问题等有价值的教学目标．实际教学中，往往在实验创新改进时有一些较为普遍，但却是思考不周、值得商榷的作法．

下面就具体的实验来谈谈创新改进课堂实验的思考，与同行做一交流．

1 实验仪器的改进不能走“傻瓜型” 、“花瓶式”的道路

生活中的各种产品，为了方便群众的使用、便于产品的推广，或是为了吸引大众的眼球，更多地采用了“傻瓜型”、“花瓶式”的设计．但学生实验不同，要在实验过程中培养学生的动手操作能力、创新思维能力，要尽可能地让学生关注实验本身．在做仪器改进时，因考虑到方便使用而忽视了学生实验能力培养、因考虑精美包装而掩盖物理本质，是违背物理实验本身的目的的．

在高中《物理·必修2》“实验：研究平抛运动”的一节的课堂教学中，采用“平抛轨迹自动描画仪”来做实验，操作过程只需要放上小球，松开按钮，就轻松获得平抛轨迹．改进后节省了大量的课堂时间，且轨迹线条清晰、光滑，给平抛运动的分析讲解，快速而令人信服地提供了具体直观的研究对象．

新仪器的使用获得教师的赞许：“这个东西好．”不过，就课堂而言，学生的时间都花在实验数据的处理上．实验操作简化成“把球放到指定位置放手”，总让人感觉到有非常的不安．学生动手操作能力的培养，本身就是物理课堂的一项重要内容，当把实验操作简化成“放手”唯一一个动作之后，实验就失去了本身的价值．

同样，在高中《物理·必修1》“牛顿第三定律”的一节的课堂教学中，教师在教学过程中忽视“两个弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系”的实验，而是直接进入“传感器探究作用力与反作用力的关系”实验，如图1所示．

图1

传感器与电脑结合准确地表示出了作用力和反作用力的大小、方向及变化关系．表面上看是完美地解决了作用力和反作用力的关系，传感器和电脑的结合，有一种酷炫的感觉．

然而，在此实验教学过程中，教师忽略了弹簧测力计研究相互作用力实验(如图2所示)的意义．弹簧测力计虽然简陋，但可以给学生留下具体、直接的相互作用力的感受，对相互作用力形成一个较为实在的认识．有了这样的基础感受后，传感器实验准确的对相互作用力的大小、方向及变化关系的演示才有价值，不然光有电脑间接的演示图线是难以让学生信服的．

图2

教师在做课堂实验设计时，要认清课堂实验的目的．一方面，课堂实验不只是为理论做铺垫，实验仪器的改进应充分考虑到学生动手能力的培养、实验探究能力的培养．另一方面，在实验教学过程中，不能过分追求实验的高大上，应该知道一些简陋实验可以让学生对所研究的问题有一个更为直接、实在的认识．

2 实验仪器的添加不宜朝复杂化、间接化方向发展

新鲜的器材设备往往能够引起学生的关注，但有一些器材的加入会起到喧宾夺主的作用，有时会掩盖实验事实．做实验改进时不能去追求新奇高科技的器材，不能因强调实验的某一方面的效果而丢掉实验的本质．

在高中《物理·选修3-2》教材“探究感应电流的产生条件”一节中有“摇绳发电“这个演示实验，如图3所示.教材中的实验用灵敏电流计直观地显示出绳中的电流变化．教学过程中有教师对实验作了改进，为了观察方便、现象明显，该教师把实验中产生的电流经微电流放大后与示波器相连，学生直接观察到示波器上电流波形的变化．

图3 摇绳发电的演示实验

按图3所示做这个实验的时候，学生都会感到惊奇——没有常规电源的情况下，产生了电流．但观课堂，学生显得并无惊奇，因为学生感受不到摇绳跟示波器上波形变化的联系．改进后的实验增加了微电流放大、示波器这些本身都是有电源的附加器材，学生不能感受到电的来源是摇绳引起的，为何会有惊奇感呢？

教材中的实验设计显然更加合理，摇绳能使电流计指针产生明显摆动，观察可能不方便，但可以让学生离座观察，或用投影仪把电表投影到屏幕上让学生观看，绳的摇动和指针的摆动能让学生建立起摇绳和指针摆动的直接联系．但经过该教师的改进后，一个直接的问题却变成一个间接的问题．当然，教材上的这个实验也容易让学生产生错觉——电流计指针的摆动是随着绳的摆动而动的．具体的教学过程中可以增加一个对比实验，换用橡皮绳来做同样的实验，就可消除学生的疑虑了，如果要增加戏剧效果，可以先做橡皮绳摇动的实验．也许这才是这个实验需要改进的地方．

课堂中，我们希望创景激奇，引起学生的新奇感，激发学生的兴趣．在教学实验中引进一些先进的器材，但如果附加的实验器材使一个直接的问题变成一个间接的问题，或者眼睛所看到的表面现象更加明显了，但物理本质的逻辑关系变得模糊了，这样的实验改进就偏离实验教学的基本方向，脱离了教学实验的本质要求．

3 实验方案的改进应朝平实直观、简洁通俗的方向思考

平实直观、简洁通俗的实验能够一针见血地反映问题的本质，不作任何解释，只需要看清楚仪器，学生自己便能发现问题，这是实验最好的改进．

在高中《物理·选修3-1》“通电导线在磁场中受到的力”一节中有探究“在匀强磁场中探究影响通电导线的受力因素”的实验，如图4所示．曾见教师用电子秤来测量安培力的大小，结合几样简单器材，经巧妙的设计，把一个定性实验变成了一个量化实验．这是一个非常让人兴奋的实验改进．

如图5所示，改进的实验中，放通电导线的支架放在电子秤上，条形磁铁另外悬挂在通电导线上方独立的支架上，条形磁铁跨在通电导线上，分别改变电流的大小和磁铁的条数(通电导线处于磁场中的长度)，通过电子秤观察安培力的数值变化．实验直观简洁，学生能够直接感受到通电导线所受安培力的影响因素，并能准确快速地找到物理量之间的具体关系．

图4 图5 通电导线在磁场中受力的改进实验

定性实验改进成量化实验是常见的一种实验改进模式，但也不能只追求量化．这个实验的成功改进在于，教师把一个生活中没有体会的问题，通过自己的创新实验设计准确直观地呈现在学生面前，就像卖菜一样论斤论两地让学生来感受．这种改变不耍一点花招，让学生不得不信服这种力的存在，并很快建立起这种力与其他物理量之间的关系．

总的来说，中学课堂实验有别于科学研究性的实验，教学实验与所研究的问题之间的关系应该一目了然，越简洁越好．如何在实验教学中选择改进实验仪器、选择改进实验方案，不能只追求操作的方便、仪器本身的新鲜(甚至于一种哗众取宠的心态)以及数据的准确量化，而应该更多地考虑到实验本身带给学生在知识领会、能力培养、品性情感熏陶等各方面的影响．

**湖南省教育科学规划课题“自主探究合作型高效课堂构建的实践与研究”阶段性成果之一，课题编号：xjk011cjj051

2016-06-30)