切实加强物理实验,重视学生的实践活动.doc

切实加强物理实验，重视学生的实践活动刘炳升新的全日制普通高级中学物理教学大纲再一次强调了物理实验教学的重要意义，从教学中应注意的问题、实验内容、实验技能、实验教学方法和考核等方面提出了一些新的要求。其中心思想是希望从面向21世纪提高受教育者科学技术文化思想素质的高度出发，改变实验在物理教学中的薄弱状况，全面提高物理教学质量。 一、从“素质教育”的高度，认识物理实验教学的意义和改革方向 做实验要花费比较多的金钱，要耗费比较多的时间和精力，而且笔试测验的成绩往往并不比不做实验有显著的差异。这是事实，那么，为什么在物理教学中还必须加强实验呢？这是一个现实而普遍性的问题，不仅在我国，而且在世界其他国家都普遍存在。在我国新的高中物理教学大纲中，明确地回答了这一问题：“观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识，这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力，培养实事求是的科学态度，引起学生兴趣，具有不可代替的重要作用。”这里有两点需要明确：一是从长远的角度，从适应21世纪对人才的素质要求出发；二是实验对教学、教育的重要作用是不可代替的。可以说，没有物理实验，物理教学的诸项目的任务是不能很好完成的。 例如，物理教学的目的之一是使学生学习比较全面的物理学基础知识及其实际应用，重要的物理概念和规律是物理学基础知识的核心，而物理实验对概念和规律的教学就有密不可分的联系。首先应使学生理解为什么要引入新的概念和研究新的规律，揭示新的实验事实与学生原有认知结构的矛盾，常常可以有效地激发学生的认知冲突，调动学生学习的积极性。再者，通过实验使自然过程简化、纯化，反复再现，或模拟再现，从而使学生获得具体明确的感性认识，有利于学生形成鲜明的表象，为概念规律的建立及其应用奠定必要的基础。这样的学习过程，可以使学生得到对科学更深刻和持久的理解。 在当前的物理教学中，普遍存在着这样一种教学模式：“教师的理论讲授（也做少量的演示实验）+学生的大量笔头练习”，实验是极其薄弱的环节。这种状况将影响学生的知识能力结构和非智力因素的发展。因为一个人的知识和能力结构不是先天就形成的，而与他参与的活动密切相关，缺损的教学模式将导致畸形的智能结构。实验以其形象、生动的特点有利于激发学生解决问题的动机；实验需要通过学生自己的观察获取信息，作为思维加工和评价的基础；实验中蕴藏着极其活跃的因素，会出现许多意想不到的问题，对活化知识和训练思维大有益处；实验活动形式多样，能为各种学生提供全面而又有个性特长的发展条件；实验需要严谨、踏实等优良的作风，这种活动对于塑造人的完善品格具有重要意义。因此，一我们不仅应该在理论上承认，而且应该在实践中力求真正贯彻以实验为基础的教学原则。 本世纪八、九十年代以来，国内外不少物理教育工作者进行了教学改革的实践，总的趋势都在加强实验教学。努力的方向可以归纳为如下几个方面： 1加强学生的实践活动，创造条件，让学生以主体的角色进行实验； 2在实验活动中注意培养学生的科学态度和科学的工作方法； 3在确定内容和教学方法时，注意考虑学生的认知规律和心理特点； 4既注意引入先进的技术手段，又提倡运用随手取材的自制教具和低成本实验创设生动的实践情境； 5鼓励学生在自己的生活环境中寻找课题，进行设计性、探索性实验，引导学生领会科学与生活、科学与技术和科学与社会的关系。 这些要点也正是我们加强实验教学的指导思想。 二、既面向未来，又考虑现实条件，适当更新实验内容和技术 实验的内容应与物理教学的目标和教学内容相适应，形成一定的体系。在制订新大纲选择实验内容时，主要考虑的是： 1对于形成重要的物理概念、规律所必需的实验； 2在思想和科学方法上有重要特点的物理实验； 3在训练技能上有重要意义的实验； 4在联系现代生活和科学技术方面有价值的实验； 5学时、仪器设备和师资的可能条件。 必修课程大纲中，规定了79个演示实验，按讲课时数计，平均每节课有0.74个演示实验；学生实验（不含学生随堂实验）15课时，占总学时的9.5。） 必修和限选课程大纲中，演示实验有101个，按讲课学时计，平均每节课约有0.55演示实验；学生实验（含专题中的实验，不含学生随堂实验）35课时，占总学时的11.4。 内容和方法变化的学生实验主要有如下几类： 1新增实验：鉴于原有的实验课题与生活、科技的联系很少，涉及微观层次的实验几乎没有，所以在这几方面增加了一些实验，如，用油膜法估测分子的大小，传感器的简单应用，研究玩具电动机的能量转化等实验。 2恢复一些好的学生实验，如用描迹法画出电场中平面上的等势线，用双缝于涉测光波的波长，用插针法测定玻璃的折射率。 3改进实验方法或改进实验仪器，例如，“用多用电表探索黑箱内的电学元件”替换了原来的练习使用万用电表实验，同样能达到练习使用多用电表的目的，但增强了学生的主动性和实验的探索性。原利用电磁打点计时器的几个实验，有条件的学校，可以用电火花计时器代替，以减小实验误差。 由于实验内容的改进受仪器等条件的制约，需要有一个试验过程才能逐步地完善起来。例如，利用电火花计时器的系列实验，频闪照相的演示，牛顿第二定律的实验等，随着教学仪器研制的进展，一定会有较大的突破。 三、让学生做实验学习的主人，加强实验能力的培养 在新的大纲中，非常强调“引导学生积极、主动地学习，培养学生独立思考的能力和习惯”。在实验教学中，它也是一个值得重视的问题。许多事实表明，做实验不一定能取得好的效果。这是因为实验的作用不会自然而然地发挥出来。对实验教学目标没有深刻的理解，实验教学的内容和方法选择不当，没有有效的评价方法，以及缺少基本的仪器设备，都会使实验教学脱离健康发展的轨道。其中一个很重要的问题是如何摆正学生在实验中的地位。在当今的许多实验室中，学生所做的工作是很少的：题目是由教材定下的，结论多是已知的，方案是教材或教师决定的，”甚至步骤也被那些实验册陈述得一清二楚。学生只是按步就班地操作、读数和记录。这和真正地解决实际问题的模式有很大差距，不利于培养学生分析和解决实际问题的能力。当然，教学实验与科学实验应有一定的区别，不可能把所有的教学实验都改为科学发现的模式。但是，应当在指导思想上确立学生在实验中的主体地位，并力求在教学实践中体现。 1激励学生实验动机，让学生带着明确的目的进行观察和实验 在演示实验教学中，教师应启发学生提出问题，做出猜想，预示现象的发生和发展过程，再进行实验观察；或者，发现问题，提出解决问题的方案，再观察实验现象。在这里，激发思维冲突最为重要。例如，容器装水，水存在容器的内部，给导体带电，静电平衡的时候，电荷分布在哪里呢？问题一经提出，实验的目的也就很清楚了，如果再与学生共同讨论演示方案，观察和思考的主动权就交给了学生。 一般来说，规定验证课题和操作步骤的实验以及技能训练性的实验比较乏味，但是进行这些实验是必要的。因为这些实验有助于学生理解重要的物理定律，巩固和发展实验技能，同时也使学生了解科学实验的主要过程和方法。在进行这些实验时，特别要注意激发学生的实验动机。让学生理解实验方案的巧妙之处，是激发动机的强有力的措施之一。例如，分子如此之小，以致我们无法用肉眼看到，即使是由大量分子组成的粒子的布朗运动，也是通过显微镜才看到的。但为我们提供的实验器材仅只是一些如洗照片的浅盘、注射器、玻璃板、坐标纸等等，如何来估测出分子的大小呢？当学生知道了油膜法的方案以后，不能不为它巧妙的设计思想和方法所折服。尽管使用的是最简单的面积测量方法，但学生实验的积极性却是很高的。 2逐步提高要求，给学生更多的自主机会 大纲提出了要加强学生实验能力的培养，规定了实验能力的要求。它的内容主要是，“明确实验目的，理解实验原理和方法，学会正确使用仪器进行观察和测量，会控制实验条件和排除实验故障，会分析处理实验数据并得出正确结论，了解误差和有效数字的概念，会独立地写出简要的实验报告”。应当说明的是，这些要求需要有一个适宜的程度，并逐步提高。大纲对高中使用的基本仪器，提出了两种要求：一种要求能独立正确使用，例如游标卡尺；一种要求在教师指导下练习使用，例如示波器。关于误差，要求学生认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，但不要求计算误差。还要求了解有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，但不要求进行有效数字的运算。对直接测量的读数，一般要求估读到最小刻度的十分位，但对游标卡尺，由于要求学生使用游标最小分度值为 005mm的游标卡尺，其读数的最大绝对误差不超过游标最小分度值的一半，因此估读数位仍在毫米的百分位上，这个道理超过了一般中学生的认知水平。所以将游标卡尺作为一种例外，只要知道按“对齐刻线”来读数即可。这种类似的情况还有电流表和电压表的读数，其指导思想是希望教师不要把误差问题讲得过深，对几种特殊的测量仪器，只要给学生一个明确的读数法则即可。 为了提高学生的实验能力，在学生多次实验的基础上，教师应使他们理解控制实验条件探索物理规律的思想方法，指导学生手脑并用进行实验操作，强化图象处理的技能训练，并学习排除简单的实验故障。在实验教学中，既要考虑给学生以更多的锻炼机会，又要遵循循序渐进的原则。例如，通过演示实验给学生技能示范，再让学生自己练习操作，经过一定的训练以后，再提出一些新的小型课题，使学生实现技能和方法的迁移。又如，开始的一些实验，教材中给出实验步骤和报告的示范，以后逐步地空出一些操作步骤乃至实验过程的某一阶段，留给学生去设计，逐步要求学生学会写出完整的实验报告。教师不要去使用那些过多地剥夺学生锻炼机会的实验手册。为培养学生独立地研究问题的初步能力，大纲提出了在必修和限选课程中设置课题研究的要求，实验研究是其中的部分内容。可以 选择一些小型的设计性、研究性的实验，课题的内容应注意联系生活，联系技术和社会问题。注意选择一些“开口式”的题目，即方案和答案不是唯一的题目。这样，有助于缩小学校中的学习与社会生活中的差距，同时促使学生独立思考，激发他们的创造力。 四、既重视先进手段和技术的利用，又重视原有仪器、自制教具和小型实验的开发 现代科学技术的发展，为改进实验教学创造了很好的条件。利用先进的手段和技术，可以攻克实验难点，拓宽实验内容，而且可以使学生更多地了解现代科学技术及其应用。例如，我们可以利用气垫导轨来减小摩擦，利用电火花打点或闪光照相研究物体的运动，利用控制技术获得恒定的牵引力改进牛顿第二定律的实验，利用各种传感器与计算机结合进行实验，利用实况摄像扩大视觉范围等等，这无疑是实验改革的方向。但应当注意运用电教和计算机手段与实验教学的关系。不要以这些先进手段来代替实验教学，因为实验是学生参与的真实性的过程。 在逐渐引进先进手段技术的同时，应特别注重现有仪器设备的开发。目前大纲规定的实验，特别是学生实验的数量并不很多，与许多发达国家相比，我们的学生实践活动是少的。为了逐步增加学生实践活动在教学中的比重，除了切实做好规定的实验外，还应提高现有仪器的利用率，创造条件多做实验，做好实验。大纲指出，“为了增加学生的动手机会，有的演示实验可安排为学生随堂实验，采取边教边实验的方式进行，以利于学生仔细观察现象，提高观察和实验能力。这类学生随堂实验，一般以定性观察为主，在定量方面不作过高要求”。此外，还应组织多种形式的课外实验活动。这里，原有的仪器是可以大有作为的。例如，利用打点计时器可以做许多有关运动学和动力学的小实验；利用力矩盘可以做形成力矩概念的实验；利用平抛实验器可以研究能量的转化；利用单摆可以研究向心力；利用电流表、电压表、示波器等可以做许多电磁学的系列实验。 特别需要强调的是，应当重视自制教具和小型实验的开发。从当今世界的物理教学改革中，可以看到这样一种现象，无论是发达国家还是发展中国家，都对教师自己设计和制作的教具和低成本实验非常感兴趣。提倡利用随手取材的实验已成为一种共识。这不奇怪，因为这种教具和实验对学生来说，比较亲切，参与的吸引力强，简单明了，易于突出事物的本质，富有创造教育的因素，且成本低廉、易于推广，所以它能够成为一种发展方向。重视自制教具是我国物理教育的传统之一，在新世纪到来之际，我们应当继承这一传统，并努力开发它的教育、教学功能：挖掘自制教具及其实验的兴趣因素，激发学生的学习动机；拓宽感知渠道，强化有用信息；突出本质因素，促进理性升华；利用小型实验进行思维训练等等。在课堂的引入中，在随堂实验中，在课后作业中和在课题研究中，都可以有自制教具及其小型实验的用武之地。例如，我们可以用塑料可乐瓶