高中物理实验有效教学的研究

文潮州市瓷都中学

物理是一门以实验为基础的学科，很多物理规律都是在物理实验的基础上推导或总结出来的。《普通高中物理课程标准(2017版)》提出了物理学科的核心素养，“科学探究”就是其中一个方面，“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。可见物理实验是“科学探究”的基础，通过物理实验能有效培养学生的分析能力、动手能力、对知识的迁移能力和创新能力。但在平时物理实验的教学中却经常出现学生对实验目的不明确、实验原理弄不清、实验条件混淆、动手能力差、实验数据不会处理、不会分析实验误差、不能用严谨的物理语言表述实验结论等问题。那么如何才能有效提升物理实验教学的效果呢？

一、改变教学理念，加强实验探究

在物理实验的教学中，有的教师一上课就会把这节课要做什么实验、实验原理是什么、用到什么器材、实验的步骤怎样、如何处理实验数据等详细地讲一遍，然后学生再按照既定的步骤程序化地操作去获取数据并得到能预知的实验结果，这一做法无疑是违背了实验探究的本意，老师一手包办，看似能得到想要的实验结果，但学生在实验过程收获甚少，甚至做完实验后对实验的意图、实验原理还是一知半解，学生的独立分析能力、创新能力无法得到提升。因此我们要改变教学理念，从“老师上课讲实验做什么→怎么做→学生按步骤完成实验”转变成“学生先通过课前预习弄清实验目的是什么→通过了解实验室能提供的器材初步制定科学探究的方案→上课按制定的方案进行实验探究→发现问题再尝试用已有的物理知识来解决问题或进一步请教老师”。这样做可以激发学生做物理实验的兴趣，从“老师让我怎么做”转变成“我要怎么做”，能更好的培养学生的探究能力和独立思考能力，使学生对实验的结论印象更深刻。

例如：在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，学生已在前面“探究小车速度随时间变化的规律”实验的基础上对实验的装置有一定的认识并会由纸带求加速度，这时借助控制变量法来探究小车加速度与所受外力的关系时，可让学生自己先尝试通过实验画出a—F图像，当学生发现根据实验数据画出来的a—F图像图线没有过原点，而是在坐标轴上有截距时，再引导学生要使小车受到的外力等于绳子的拉力，应先平衡摩擦力；当学生发现砝码盘和盘内砝码总质量较大时，小车的a—F图像图线会出现弯曲，这时再跟学生说明图线弯曲的原因是砝码盘和盘内砝码的总质量m没有远小于小车和车上砝码的总质量M，这时绳子的拉力大小不再近似等于砝码盘和盘内砝码的重力，具体原理等后面学了牛顿第二定律便可进一步分析。这样的教学方式即可防止老师一下子把这个实验所需的条件(平衡摩擦力和m远小于M)抛给学生，学生不明就里程序化的完成实验，又可以为接下来进一步的学习埋下伏笔，充分激发学生的求知欲，并使学生通过实验探究对实验的条件加深了认识。

二、自主实验，提高学生的分析能力和动手能力

在学生进行实验的过程中，经常有学生一碰到问题就急着找老师解决，学生不会独立思考分析原因，找出解决问题的办法，对老师过分依赖，结果变成老师在动手做实验，学生在旁边观察得到“理想”的实验结果。这样学生学习的主体地位无法体现，实验教学效果肯定大打折扣。教师应该善于利用实验过程出现的问题引导学生去分析问题原因并让学生自己独立完成实验。

例如：在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，有的同学连接好电路，闭合开关后发现小灯泡不亮或是电表没有读数，没有经过分析思考就急着请老师帮忙解决问题，这时老师不应代替学生去检查电路排除故障，而是要引导学生先明确实验电路结构，让学生自己检查有没有按照电路图正确连线，若连线正确则再逐步去分析故障的原因，若小灯泡不亮，则可能是小灯泡与电源构成的回路各段导线中有的与接线柱接触不良或者滑动变阻器的滑片接触不良，也可能是电流太小灯丝不亮或灯丝烧断等原因；若电流表有读数而电压表没读数，则可能是连接电压表的导线接触不良；若电压表有读数而电流表没读数，则可能是灯泡出现断路故障。通过学生自己分析思考，自己动手排查故障，既能培养学生的分析能力和动手能力，也能使学生体会到自主解决问题带来的乐趣，由被动地做实验转变为主动地喜欢做实验。

三、注重实验分层教学，提高学生对知识的迁移能力和创新能力

在物理实验的教学中，我们应根据学生个体的差异创设条件来满足不同层次学生的学习需求，力求使不同层次的同学在实验过程中都有所收获。对于一个实验通常课本有提供一个或几个实验方案，但在教学过程中，我们不能只局限于课本提供的实验方案而限制了学生的想象力，对于基础较一般的同学，要让他们立足课本，把课本提供的实验方案弄懂弄透；而对于能力较好的同学，则要多鼓励他们利用已有的物理知识去设计新的实验方案，通过灵活使用合适的器材进行实验，由实验的结果对实验方案进行论证，这样做能有效的培养学生对知识的迁移能力和创新能力。

例如：在“验证机械能守恒定律”的实验中，课本提供的方案是借助研究重物自由下落过程中动能与势能的变化来验证机械能守恒定律，这一方案操作简单，实验误差也比较小，那么除了这一方案外，能否利用之前力学实验中接触过的实验器材来设计新的实验方案呢？比如用“探究小车的加速度与外力、质量的关系”的实验装置可以来验证机械能守恒定律吗？老师可引导学生进行分析，若长木板是平放的，则学生普遍会分析小车运动过程中要克服摩擦力做功，所以小车和砝码盘、砝码构成的系统机械能不守恒，但若长木板倾斜，有平衡小车所受的摩擦力，则有的同学就会认为这时已经“消除”了摩擦阻力的影响，小车和砝码盘、砝码构成的系统机械能守恒，但其实虽然有平衡摩擦力，小车运动过程中还是会受到长木板对它的摩擦力，还是要克服摩擦力做功，因此小车和砝码盘、砝码构成的系统机械能不守恒，所以用“探究小车的加速度与外力、质量的关系”这个实验装置无法验证机械能守恒定律。考虑到要尽量减小摩擦阻力的影响，我们可以用滑块、气垫导轨和数字计时器来代替小车、长木板、打点计时器和纸带来进行实验，这样，通过对实验方案的推敲、论证，能有效培养学生对知识的迁移能力和创新能力。

四、利用现代化工具，提高课堂实验探究的效率

在有探究实验的课堂上，有的老师往往不敢大胆放手让学生去做实验探究，怕影响到授课的进度，这时，我们不妨可以尝试让一些重复的、机械式的数据运算交给计算机去处理，再将数据处理的结果借助多媒体平台展示出来。这样做可以大大的节约时间成本，又可以提高数据处理的精确度。

例如：在“探究自由落体运动规律”的实验中，借助纸带来分析重锤的运动情况，在学生进行分组实验后，可让部分学生上台展示实验纸带并读取数据，由平均速度法求某个计数点的瞬时速度，只要读取该计数点相邻两个计时点位置的刻度，就能通过电脑的Excel软件算出两个计时点间的位移从而进一步算出计数点的瞬时速度。由Excel软件的图表功能，当我们确定了某些时刻重锤的瞬时速度后，我们还能进一步作出重锤运动的v-t图像，如图所示，这是由学生实验数据得到的图表，由v-t图像不仅可以直观看出重锤下落的速度随时间均匀变化，还可以进一步算出重锤下落的加速度。这样做不但大大提高了课堂实验探究的效率，同时也使实验效果更直观。

总之，要使物理实验教学更有效，需要教师改变教学理念，在实验教学中充分体现学生的主体地位，让学生真正动起来；要关注学生水平的差异，因材施教；要加大实验探究的力度，想方设法提高课堂实验探究的效率；要善于利用实验过程出现的问题培养学生分析问题、解决问题的能力。