提升实验操作能力 发展教师专业素养

雷行亮 陈宗荣

摘   要：通过教师实验技能操作比赛案例分析，強调教师实验操作能力的重要性，教师平时要勤做、真做、巧做实验。从操作联系原理、操作过程规范、操作方法科学三方面论述教师如何提升实验操作能力。

关键词：实验操作能力;操作比赛;案例分析

物理实验教学是培养学生物理学科核心素养的重要途径和方式，新课标要求把核心素养培育作为物理实验教学的重要目标，将核心素养的培养落实于实验教学活动中[ 1 ]。实验操作能力是运用所学知识、借助实验装置、完成实验目标的能力，是实验能力的核心部分[ 2 ]。虽然现在初高中都有学生实验操作考察，但学生的操作能力明显不尽人意，其中很重要的原因是教师不重视学生实验操作能力培养。“教育是一颗树摇动另一颗树，一朵云推动另一朵云”，学生的实验操作能力与教师的实验操作能力水平密不可分，许多学生都在不自觉地模仿教师的行为。同时，如果教师自身的实验操作素养较差，就无法发现学生的不足之处，无法有效指导学生提高水平。因此，提升教师的实验操作能力刻不容缓。

实验操作能力包括实验知识的理解、动手操作和方法处理[ 2 ]。下面结合教师实验技能操作比赛案例，从这三方面来谈谈对教师提升实验操作能力的思考。

1  理论指导实践，操作勿忘原理

实验操作必须以学科知识为基础，在实验操作中，必须理解实验原理，并与实际操作相结合。在教师实验技能操作比赛中，有些老师没有按实验的理论依据和要求，理论与实践脱节。

案例1.某同学按图1做“测量小灯泡电阻”的实验，所用实验器材均完好。

（1）连接电路的过程中，开关应该 断开 ;（断开、闭合 ）

（2）闭合开关前，应将滑片置于 最大阻值 处，这样做是为了 保护电路 ;

这是极为常见的中考物理电学实验题，在笔试时属于送分题，但在实验技能操作时，老师状况百出。

首先，看第（1）小题，连接电路时，开关应处于断开状态。所有的教师在刚开始连接电路时，确实开关都处于断开状态。但由于连接电学仪器时导线没有接牢，致使实验过程中，有导线脱落，此时，有些老师并未断开开关，直接重新连接电路。

第（2）小题，为了保护用电器，在闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大端。比赛中换成电阻箱，在闭合开关前，有些老师未将电阻箱的各阻值调到9，致使开关闭合，灯泡烧坏。

案例2：某同学利用图2装置探究质量一定时，加速度与合外力的关系。为使图中钩码的总重力可视为小车受到的合外力，须使小车的总质量           钩码的总质量。

这是“探究牛顿第二定律”实验中常见的一道题。比赛中桌面上提供的小车质量为250 g，一盒钩码，每个都是50 g，砂桶和细沙。有的选手选择了钩码，未曾想过必须要满足M远大于m的条件。

上述二个案例中的实验要求，教师讲实验题时都特别清晰，在实际操作时就忘了，这说明教师自身还只是将知识停留在表层，未形成相关物理观念，因此在操作中理论与实际脱节。

2  全面系统思考，科学规范操作

动手操作，是全面展示实验操作能力的过程，在操作中，教师要注意：

2.1  系统思考，选取器材

实验首先要选择器材，这须从安全性、精确性等方面系统思考后一次性选定。比赛中，有些选手实验过程中想到某点再临时抽取仪器，显得零乱且易出错。

案例3：“测小灯泡的额定电功率”实验中，提供的器材有：干电池两节（额定电压各1.5 V），小灯泡（标明额定电压2.5 V，阻值约10 Ω），伏特表（量程3 V，Rv约为3 kΩ），电阻箱两个（最小分度分别为1 Ω和0.1 Ω），电键，导线若干。

有选手选择如图3方法，测完小灯泡两端电压后，将电压表移至电阻箱两端，电阻箱已知阻值，测出两端电压时可求出电流。但选手在利用该方法时，也未考虑应该选择哪个电阻箱，直接用了最小分度为1 Ω的电阻箱，实验过程中，发现电阻箱电阻调小1 Ω，电压是2.6 V，电阻箱电阻调大1 Ω，电压则变成2.4 V，无论如何都无法调至灯泡两端电压为2.5 V，这才想到换用最小分度为0.1 Ω的电阻箱。其实选电阻箱和选滑动变阻器原理相同，量程够的情况下，选调节精度高的，因此，教师在做实验前必须全局思考，合理选择器材。

2.2  仪器摆放，科学合理

案例4：“测金属丝的电阻”实验中，某位选手根据要求设计好电路并按图连接仪器时，忘了连接开关，操作时才发现，只好重新连接。

比赛中，经常会多备些仪器给选手选择，实验时将选定的仪器抽出后，应统一放在实验区，将不用的仪器放另一处，将实验区和仪器存放区分开，这有利于后面的组装测量。电学实验中器材选择好后，应将器材按连接时的位置摆好，其中，开关一般摆放在右手位置，便于操作，比赛中较少选手会注意到此点。

2.3  根据实际，规范操作

实验中许多细节是书上查找不到的，必须教师平时亲身经历，细思揣摩，才能合理操作。

案例5：在连接实验电路时，有些青年教师，平时常用鳄鱼夹导线，比赛时提供的是两端去除绝缘皮的导线，在绕制过程中，许多老师没有将线捻一下、并稍微弯曲的习惯，在接入接线柱的过程中，也没有试试是否已经牢固，造成实验过程中连接线脱落。

案例6：“探究加速度与合外力的关系”实验中，纸带连接小车，要穿过细孔并绕结。有些老师不会绕结，造成放手后，小车下滑，纸带脱落。

案例7：“多用电表测灯泡电阻”实验中，应一只手拿稳灯泡，有的选手两只手各拿一只表笔，分别去触碰灯泡的顶端和侧边，但由于灯泡的形状偏圆，易移动，操作时表笔与灯泡接触点不稳定，甚至有的操作时竟将灯泡逐渐挤到桌子边缘，最后跌落桌面。

案例8：“验证力的平行四边形定则”实验中，实验前，提供的弹簧测力计事先均被做了“手脚”，最小刻度值不全相同。在实验中为读数时统一有效位数，方便作图，应选取两把最小刻度值相同的测力计。选手基本能正确选取弹簧测力计，但在询问环节中，许多选手不能说清选取理由。接着，要试试所选择的两把测力计是否准确，将两把测力计对勾，看两者示数是否相同，有的选手在此操作之前并未观察零刻线是否对准，也未进行机械调零。此实验学生是两人合作操作完成，但教师比赛时只能一个人完成，当两只手去拉测力计时，便无法拿笔记录力的方向，于是有的老师用嘴含着笔，去点两个点，记录方向;有的拉好两测力计后，用一只手张开虎口按住两把测力计，然后用另一只手拿笔刻录;最聪明的一位选手是先在纸上画两条线，两测力计则沿线的方向拉，这样他就只要记忆两弹簧秤的数字了。这种做法其实也是我们平时常用的，先定下两测力计方向，再进行实验。

以上案例说明，要提高教師实验操作技能，必须做到平时真做、细做、巧做，实践才能出真知。

3  方法科学合理，减小系统误差

新课标特别凸显实验中误差分析的重要性。教师在实验操作设计中，要真正明白实验原理、误差产生的原因，尽可能减小系统误差。

案例9：“探究加速度与合外力的关系 ”实验中，有些选手不能确定：对平衡摩擦力时，小车是否需要接上纸带？如果平时教学中能细致地进行误差原因分析就会明白，接上纸带可以平衡纸带运动产生的摩擦阻力。

案例10：“利用单摆测重力加速度”实验中，只提供了把20 cm的刻度尺。有些选手测摆长时，把线对折，用刻度尺量小球直径，测出数据与竖直悬挂时的真正摆长偏差较大。应该是改变摆线长度（控制在刻度尺测量范围），测出两次单摆振动周期，再计算出重力加速度。

上述十个教师技能比赛案例说明：教师要提升实验操作能力，必须勤做实验，真做实验，每次学生实验前，自己动手完整操作一遍，这样才会发现实验操作中可能存在的问题。在平时的实验教学中，必须精益求精，研究实验的每个细节，提升自身实验操作能力。同时悟透实验原理，真正理解操作中的措施要求，并能适度迁移。只有教师自身素养提升，才能高效引领学生提升实验操作能力。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 李春密 . 物理实验操作能力的结构模型初探[J]. 学科教育，2002（6）：39-42.