高中物理实验教学探讨(一).doc

高中物理实验教学探讨新课程背景下高中物理实验课堂教学（上）如何理解和落实课程标准对实验的要求一、 课程标准对物理实验教学的要求如何理解和落实课程标准对实验的要求？下面请先看我们的采访：实验区教师对课程标准中关于物理实验教学要求的理解。1、 实验区教师对课程标准中关于物理实验教学要求的理解在高中物理新课程的实验教学中，你是否明确哪些实验是必做的，哪些实验可以选做的呢？不太明确。以前的教学大纲有明确的罗列出，哪些是必做学生实验和演示实验，对选做的都有用打星号的形式标注出来。而现在的课程标准就没有明确的规定。所以我认为，高中现在的新课程的实验教学不太容易把握。主持人:在高中物理新课程的实验教学中，你是否明确哪些实验是必做的，哪些实验可以选做的呢？我认为还是比较明确的。因为，在旧课程中要求的那些实验，在新课程中仍出现的，这就肯定是必做的实验。哪些实验必做？哪些实验可以选做？我们认为，在课程标准的“内容标准条目”中所罗列的实验，应当是必做的；而在“范例”和“活动建议”中所罗列的实验可以选做。这是课程标准中物理1对实验的要求。内容标准条目的第一项明确要求，让学生“经历匀变速直线运动的实验研究过程”，但并未明确要求应经历怎样的实验研究过程，而是在范例中提供，“用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动”的选择。再如，内容标准条目第三条明确要求，必需让学生“通过实验了解物体的弹性”，范例中给出了“制作一个简易弹簧秤”的实验。但在教学中我们可以让学生做这个实验，也可以不做这实验而改为其它的实验。在活动建议中提供的内容，也是可以根据实际情况选做的。这样将理科倾向的学生所学习的物理1、物理2以及选修3系列的实验要求进行统计，可以得到下表数据物理1中内容标准条目有6条，范例有4条，活动建议有2条，合计12条，物理2合计5条，物理31合计21条，物理32合计13条，物理33合计9条，物理34合计22条，物理35合计7条，这样内容标准条目中必做的有39条，范例有33条，活动建议有17条，这样必做和选做综合有89条。必做实验的39项中，比较容易让学生动手做的大约有21项，选做实验的50项中,比较容易让学生动手做的大约有13项，再加上常规的像游标卡尺、螺旋测微器、多用电表这样常规测量仪器的使用等，比较容易实现的学生分组实验大约有40项。这是过去教学大纲所罗列的学生实验，从表中可以看出，必做的实验有19项，选做的实验有3项，总共有22项。这样看来，学生实验的总数量现在的要求比以前的教材更多。2、课程标准与教学大纲对实验的要求究有何不同？课程标准与以前的教学大纲相比，对实验的要求有什么不同？大纲对哪些实验必须做，要求是很明确的，而课标则没有具体的要求。可是课标则强化了学生的参与，更强调了实验的过程性。课程标准与以前的教学大纲相比，对实验的要求有什么不同？过去的实验教学，我们更注重于应试，现在则侧重于学生的参与过程，使学生真正明确实验的意义，学会做物理实验。我与其他学校的老师交流时发现，由于课标的要求不太明确，加上不同学校的生源和条件不同，导致各学校的老师对实验要求的把握也就有比较大的差异，甚至有的教师还认为课标对实验要求是弱化了。课程标准与教学大纲对实验的要求究竟有什么差别， 课程标准与教学大纲相比，对实验要求的呈现方式上有所不同。对于必做、选做的演示和分组实验，在教学大纲中有明确的规定，而课程标准则是以不同的行为动词给出了明确的对实验的不同要求。比如：用“测量、测定、操作、会、能、制作、设计”等行为动词表示对独立操作的不同层次要求。用“观察、实验、探究”等行为动词表示对实验经历的不同层次要求。在教学大纲中的选做实验，是指那些选学内容中的相关实验；而课程标准则是在必学的内容中设置许多选做的实验。课程标准中的必做实验是国家对高中教育的保底要求，是实验教学要求的下限，实际教学中应尽量往高要求靠，即在完成必做实验基础上，尽量多完成选做实验，对于课标中未明确规定是学生分组实验还是演示实验，应尽量安排分组实验。课程标准对实验的弹性的要求更有利于不同地区根据地方条件灵活地把握。课程标准对实验过程的要求更加明确，总体要求并不比教学大纲低，反而对某些能力的要求还更高些，比如：对“物理实验结果进行预测”、“尝试选择实验方法及所需要的装置与器材” ，以及收集与处理数据等方面。 旧教材中的大部分物理实验，在新教材中仍然保留。但在每一个实验的呈现上，却与以前有所不同，它没有指明用什么器材来做这个实验，这是基于什么考虑呢？关于这个问题，请先看看一线教师的理解。3、为何课程标准对许多实验实验器材不作统一要求？在课程标准中有许多实验没有规定用什么样的仪器来完成，你知道这是什么原因吗？这应该是给不同的学校和老师更大的自主性和选择性吧，也更好地展示师、生的创造力。课程标准中对许多实验并没有规定用什么样仪器来完成的原因吗？以前的教材是用统一的器材完成同一个实验，现在则不作统一的规定，我认为课标的意图是给学校和老师的实验教学带来更大的自主性，但这也给仪器的购置带来一定的麻烦，各学校的器材差异也会越来越大。这是一线教师对实验器材不作统一要求的理解，下面我们来听一听李治展老师的意见。李治展:对于同一个实验，教学大纲下的教材是给出统一的器材，并有明确的操作步骤，而课程标准下的教材并未规定一定用什么器材来完成,更谈不上具体的操作步骤。这是为了适应各地区的不同条件，有条件的地区可以用高级的器材做实验,比如用DIS数据采集系统进行定量研究，没有条件的地区想办法用低成本的自制仪器同样也可以完成实验，这也给了教师更大的对教材再创造空间。体现了新课程背景下,教师应该要用教材而不是教教材。高中物理课程标准对实验有三个维度的要求，在知识与技能方面主要是：掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器。在物理实验的教学中，应如何培养学生的操作技能呢？如何让学生学会使用基本仪器呢？关于这个问题，先听听老师们的看法。 二、如何落实“培养学生的操作技能”的教学目标在实际的教学中，如何落实“培养学生的操作技能”的教学目标呢？要有明确的操作目标和要求，要指导学生具体的操作方法，避免操作的随意性。如何落实“培养学生的操作技能”的教学目标呢？培养学生的操作技能的目标是靠一定量的学生分组实验来保证，同时教师的示范性起着重要的作用。在教学中如何落实“会使用基本的实验仪器”的教学目标呢？要掌握基本仪器的使用，就要多操作，多体验。教师可引入竞争和激励机制，使学生人人都能掌握基本仪器的使用方法。教学中如何落实“会使用基本的实验仪器”的教学目标呢？可以通过开放实验室，让学生在课余时间有更多接触基本仪器的机会。 关于落实“培养学生的操作技能”的教学目标问题，可以从引导学生学会使用基本仪器入手，将操作技能的培养渗透于平常的物理教学之中，并且在教学过程要重视关注学生的操作细节，发现问题及时给予点拔、纠正。比如：用弹簧测力计测量力的两个实验测重力、力的合成实验请大家先观看这两个实验的录像片段实验片段视频展示刚才我们从录像中可以看到，不同学生使用弹簧测力计测量力的操作水平不同。其中还出现了两种错误的操作方法：一种是：用弹簧测力计测竖直方向的力，手拿外壳；另一种是：用弹簧测力计测水平方向的力，手拉圆环；这两种错误的操作方法，都很容易造成挂钩卡壳，导致所测量的结果发生错误。而有的学生操作水平就比较高，较好地掌握了正确使用弹簧测力计测量力的方法，知道测量竖直方向的力时，手拉圆环；测量其它方向的力时，手拿外壳；的确，只有这样才能确保挂钩不卡壳，获得正确的测量结果。由于不同学生存在操作水平不同的现象是很正常且普遍，而班级学生数又多，因此在课堂教学中老师不易实现及时发现纠正学生所有的操作错误，为此还可以透过学生记录的测量结果来发现操作方法上的错误。比如：当发现测量的数据不准确时，绝对不能简单地认为是实验误差引起的，应适时引导学生认真分析原因，若是由于使用弹簧测力计的方法不正确引起的，一定要明确指出这是操作上的某种错误引起的，完全可以通过纠正错误来避免的。 在此，我建议：我们教师要特别注意在教学过程中，引导学生重视掌握正确的操作方法和一定的操作技巧，明确误差与错误的本质区别，只要坚持培养，学生的操作技能一定会提高。 林明华:我认为，学生的实验技能应当包含两个方面，一是基本仪器的使用技能，二是实验的操作技能。要培养学生的实验操作技能，首先就应当让学生掌握基本仪器的使用方法，学会规范操作。实际上，技能的掌握不是靠做几道习题就能实现的，而应当靠一定数量的动手操作才能熟练掌握。一般来说，技能的培养，一要靠文本的学习；二要靠模仿体验；三要靠创新使用。比如：用如图所示的方法“测量动摩擦力的大小”。请大家看这幅图片（插入图片）把木块放置在水平木板上，用弹簧测力计水平拉着做匀速直线运动。这里，首先就是通过文本的学习,使学生懂得用二力平衡的知识进行测量；接着是观察、模仿教师的操作，然后独立完成测量；再从实际测量中，发现弹簧测力计会抖动，不易进行读数，而引发对测量方法改进的思考，设计出让木块不动而拉动木板的测量方法。通过这三个环节，学生测量摩擦力的技能也就得到了提高再如：“游标卡尺”“螺旋测微器”的使用。大家都知道,高考常考查游标卡尺和螺旋测微器的使用问题。这两个问题，在高考复习中大家几乎都把它当作考题来对待，让学生做了不少的读数练习，学生也都说“老师：我们会读数了”，可就是每次考试的得分率都不高。实际上，测量工具的使用就是技能问题，前面说了，技能的培养，一要靠文本的学习；比如游标卡尺,首先应该通过理论（文本）的学习,使学生明白游标卡尺为什么可以提高测量的精度,然后模仿教师的操作, 比如游标卡尺,手如何持游标卡尺,我们发现学生经常手势不准确,这时,我们老师就应该拿给学生看,用单手操作,拇指来回推动游标卡尺的游标,通过这样的模仿，学生才学会使用游标卡尺；三要靠创新使用。游标卡尺的读数有一定的技巧,通过不断的练习使用,掌握游标卡尺读数技巧,学生就能掌握游标卡尺的使用方法, 螺旋测微器也是如此, 首先也是通过文本的学习,使学生知道螺旋测微器为什么有这么高的测量精度,然后也是如何进行规范的操作,教师要做适当的示范,让学生进行模仿,但是游标卡尺和螺旋测微器在高中的三年中能让学生使用几次呢？有几个实验需要用到它们呢？三年的学习里只有两三次的操作使用能掌握好吗？之后通过大量的习题训练，其效果就如前面所说的都不如人意。因此，应多创造机会让学生反复体验，不断感悟，才能使学生像车床工人那样熟炼的使用它。建议我们老师在下班级辅导时，能把这样的器材随身携带，为学生提供更多的操作机会。三、培养学生掌握物理实验的常用方法 前面谈的是实验技能的培养问题，那么在实验教学中，还要培养学生掌握哪些方法呢？如何加以落实？这个问题，先听听老师们的看法。物理实验有哪些常用方法要让学生掌握呢？物理实验方法很多，比如最常用的有控制变量法（如单摆、电阻定律等实验）、转换法（如焦耳定律、电容充放电、布朗运动等实验）、对比法（如自感现象等）。物理实验有哪些常用方法要让学生掌握呢？有控制变量法、转换法、对比法，还有累积法、留迹法、放大法、等效替代法，等等。在具体的实验教学中,我们该如何落实物理实验方法的教学? 主要是通过实验原理的分析，使学生理解和掌握物理实验的方法。在具体的实验教学中,我们该如何落实物理实验方法的教学?可以通过师生共同设计实验的过程，使学生感受和体验物理实验的方法。也可以组织学生自制仪器，并尝试用自制的仪器进行实验，这样有利于学生真正理解实验的方法。物理实验教学要让学生逐步掌握下面几种常用的实验方法：一是在实验研究中：常用控制变量法、对比法等。“控制变量法”，这是从初中到高中学生接触最多的一种重要方法，凡是研究三个以上相关因数的物理规律，都得运用控制变量法。比如：牛顿第二定律、欧姆定律、电阻定律等实验，都是研究多个物理量之间的关系，就必须运用控制变量法。而对于需要比较同一对象在不同的条件下所发生的现象时，或者是需要比较不同的对象在同一条件下所发生的现象时，就要用到对比法。比如：通电自感和断电自感实验中，两盏灯炮发光情况的对比等。二是在实验测量中：有直接测量法和间接测量法。特别是间接测量法更具有深刻的意义。1、转换法：一些物理量不容易直接测量，但根据某些物理原理却可以进行转换，通过测量另一个物理量来得到原先需要测量的物理量。如：碰撞中的动量守恒实验，需要测量瞬时速度，而在我们很多学校没有这样的条件,可以测量出瞬时速度,在我们平时的实验过程中,就可以根据平抛运动的规律，把瞬时速度的测量转换为水平方向位移的测量。2、放大法：这也是常用的一种方法，许多实验对物理量的巧妙放大，不仅能使学生大开眼界，而且还能激发学生的创新思维，对培养学生的创新能力是大有裨益的。如：固体、液体的热胀冷缩实验,请大家观看钢丝热胀冷缩的实验的图片和录像该实验中钢丝受热后,微小的膨胀却可以通过杆的偏转角直观的反映出来;还有像用力捏玻璃瓶使其形变，以及茶杯放在桌面使桌面发生形变实验等。这是用来做玻璃瓶受力发生微小形变的实验装置,所用的器材有:截面为椭圆的玻璃瓶,橡皮塞,细玻璃管,液面的起始位置在这里,如果液面位置下降,说明瓶子的容积变大, 如果液面位置上升,说明瓶子的容积变小,下面我们做这个实验,从扁的方向挤压玻璃瓶,观察液面,再从长的方向挤压玻璃瓶,这就说明瓶子在受到压力时它的容积发生变化 , 也就是说玻璃瓶在受到力的时候发生了微小形变，这就是用来演示木板发生微小形变的实验装置，所用的器材有，激光笔、两块平面镜，激光笔发出的光，被两块平面镜两次反射后，光斑落在墙上。下面，我们用力按木板，并且观察，光斑的移动情况，我们用力按木板的时候木板发生微小形变，这个形变被光放大，所以我们明显的看到墙上的光斑，明显的跳动。这是用来演示木条受力发生形变的实验装置，木条受力向下弯曲时，激光笔发光，我们加上一个重物，激光笔发光，拿走重物，激光笔熄灭，这就说明木条在受到压力时发生了微小形变。3、记忆法：对于一些一瞬即逝的数据，人们难以进行读取。如果采用记忆法却可受到良好的效果，如：最大静摩擦力的测量实验。请观看一段记录最大静摩擦力的实验录像实验中小纸片最后停留位置的刻度值就是滑块被拉动瞬间的最大静摩擦力4、留迹法：像平抛物体运动的轨迹、小球落地的位置、小车运动的位移等，采用复写纸、喷墨水、打点等方法，就能较准确地记录它们的位置。下面请看一段运用“留迹法”完成的探究匀加速直线运动的实验录像本实验是利用打点计时器每隔一定时间打一个点的特点记录小车的运动状态，来研究小车的匀加速运动的装置，所用的实验器材有；学生电源、导线、打点计时器、固定打点计时器的铁夹、小车、纸带、复写纸、细线、钩码以及一端带有滑轮的长木板，打点计时器是由线圈、振片、振片固定螺丝、打点针、永磁铁、底座、接线柱、纸带固定孔、复写纸固定足、压纸片组成，当电源为50Hz时，每隔0.02秒打一个点，这是电火花计时器，它和打点计时器不同之处有：是将墨痕纸上的墨粉直接复印到纸带上，第二，它使用220v的交流电源，打开学生电源，听打点计时器工作是否正常，关闭电源，我们先安装复写纸，取适当长短的纸带，把它连接到小车的后面，将纸带穿入纸带限位孔，注意使纸带位于纸带限位孔的下方，将小车拉近打点计时器，并捋好纸带，在细线的一端挂上一个钩码，并使小车与钩码通过细线连接起来，将细线置于滑轮的导槽之中，打开学生电源，左手做好保护小车的动作，松开右手，让小车自由滑行，关闭电源，得到一条打点清晰的纸带，除去开头过于密集的点，为了计算方便，选取每5个点为一个间隔，这样每个时间记录点间隔0.1秒，这是一条处理好数据的纸带三、在数据处理中：常用表格法、图像法等。这些方法能够直观、形象地反映出物理量间的关系，便于找出其中的物理规律。 对于上述的各种实验方法，并不是让学生记住名称就可以了，而是要让学生真正理解它、学会使用它。这要通过实验的设计环节，使学生体验和感受到各种实验方法的美妙。 关于表格的使用 的确，实验记录表格设计得好，如果使用的方法不当，效果也不佳，如果使用的方法得当，确实能够引导学生顺利、快速地完成实验，并获得较准确的数据，如对反冲运动原理教学中验证 的等式是否成立的学生实验记录表格 如果8个项目同时出现，学生完成实验需要时间约13分钟，而按一定的顺序出现只要约5分钟。比如：（插放PPT）同时对于学生实验过程收集的信息,引导学生有选择地进行汇报，有利于引导学生分析处理数据得出正确的结论。如：根据实验目的：验证 的等式是否成立？只要引导学生汇报 、sA 、sB 、 这4个项目的信息，简化后的信息由于直观、简捷，学生针对实验目的通过分析能较顺利且快速地得出了正确的结论。可见，对设计好的项目相同的表格，在使用方法上还很有技巧，方法恰当，引导到位可以事半功倍，提高课堂教学的时效。同理，对学生收集信息方法、对信息的有效筛选等引导到位，同样可以事半功倍，提高课堂教学的时效。在此我建议，老师们在平常课堂教学设计的研究中，不但要重视表格设计方法的培养，还要重视设计好的表格的使用方法研究、对所收集信息的有效筛选，我们相信，只要坚持，不但学生设计、使用表格的能力可以得到逐步提高，还可以大大提高课堂教学的时效。四、如何培养学生通过分析数据得出结论的能力在实验得到数据或相关信息之后，又该如何培养学生通过分析数据得出结论的能力呢？请李治展老师就此谈几点意见。李治展:在实验操作的过程中，对记录的数据或观察到的现象要进一步分析，从而得出结论。所谓“处理信息”指的就是：对记录的实验现象、数据进行分析、归纳、推理等方法得出正确结论的过程。 处理信息能力体现在：能根据实验的实际情况灵活地用不同的方法对现象、数据进行分析、归纳、推理等得出正确结论。同时，还能进一步分析得出拓展性的结论。比如：误差分析，找到了原因，再改进实验原理或实验装置。如何培养学生从实验现象和数据中找出规律性的东西？这就要让学生学会并掌握一些物理分析方法：比如最常用的实验归纳法和图像法。所谓归纳法，是从一些特殊的事实中概括出一般性结论的思维方法，是从许多同类的个别事物中找出它们共同点的过程。在物理教学中运用归纳法的基础主要是实验，由于实验不但能够重复进行，而且能够准确地反映事物各个部分之间或过程的不同阶段之间的相互联系。因此，实验归纳法是总结物理规律最基本的方法。实验归纳法是在对物理现象和过程进行大量的观察和实验的基础上，对取得的大量资料进行分析、综合、概括和归纳，从中找出有关物理量之间的内在联系，得出结论或建立假说，再通过观察和实验进一步验证规律的过程。例如：在楞次定律教学中对实验现象的分析、归纳得结论的过程学生通过实验记录了“电流表指针偏转方向”，接着在老师的引导下，学生对第一次实验现象，按表中标的序号顺序对各项进行推理、分析、对比、归纳得出“当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反”。对于第2、3、4次实验现象的推理、分析、对比、归纳得结论，学生就会将第一次的方法迁移，较快且轻松地得出正确的结论，同时进一步引导学生对4次实验结论进行归纳、概括出总结论楞次定律。在此,我建议，在课堂教学中要充分利用教材中的有限资源，也就是很好地用教材教学,为学生提供体验“归纳法”奇妙之处的机会，我们相信，只要坚持，学生使用“归纳法”的水平一定会逐渐提高，逐渐内化。实验归纳法的确是从实验数据中找出物理规律的基本方法之一。下面请林明华老师来谈谈图像法。首先，所谓的图像法,就是用实验探究的两个物理量作直角坐标系的两个坐标轴，将实验中测出的一系列数据，在直角坐标系中标出各组测数据对应的点，再用光滑的曲线把这些点连接起来，构成这两个物理量之间的关系图线，然后分析图线，找出物理规律，或者将画出的图线与己知的数学函数图像对比，从而得出定量的函数关系。图像法即形象、直观，又能将个别测量错误的数据很容易地加以排除，因此它是研究物理学的重要实验方法之一。在物理实验教学中，应该如何培养学生运用图像的能力呢？一是要让学生理解图像的意义；二是要慢慢展示运用图像法的全过程，为学生提供模仿的机会；三是多创造让学生独立运用图像法处理数据得出结论的机会。在作图的过程中，应特别注意培养学生的科学精神和科学态度。严防学生根据数据描点时不认真，以及根据所描的点作图线时过于草率的现象。2003年高考理综全国卷的第23题，就很好地考查了学生运用图像法的能力。请看PPT上的这道题的部分内容 这道题是用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率的实验,而这个实验第二部就是给出一个坐标系,图中有6个点,表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，让学生根据图求R的值步骤,以往的考试是让学生直接算出R的值,而这次考试注重考查学生对过程掌握的水平,所以它特意要学生写出根据图求R 值的步骤从考生答卷情况来看，许多学生画直线太随便，甚至不用尺子而徒手画,从改卷看,徒手画的痕迹很明显。我们教学中应让学生明白，如果在处理图像时不仔细认真，那么前面选用系统误差小的测量方法，选用精度高的测量仪器也就前功尽弃了。从这次的考试评卷看,还发现一些学生，他们的处理方法是怎样呢？第一步：先从6个点读出6组I和U的值,再由6组I和U的值算出6个R值,再取平均，结果数值也在规定的范围，答案算不算正确呢?评卷时就有很大的争议，有的老师认为也算正确，应该给分，实际我们讨论的结果认为不给分, 为什么呢?因为完全违背了图象法的初衷，我们为了更加科学准确处理数据，才从表格数据的计算过渡到图象法，不应该再从图象回到表格的计算，从数据到描点本来就存在描点误差，而再从点读数据又产生了误差，这就完全违背了图象法的初衷，这样的方法应该是不正确的。五、在完成实验之后，如何撰写实验报告主持人：前面谈了许多实验方法培养的落实问题，但在完成实验之后，如何撰写实验报告上，许多人还存在困惑。在这方面与以前有何不同吗？做完实验后你是让学生上交怎样的实验报告呢？是上交与新教材配套的实验探究报告册，还是上交象以前那样的实验报告呢？ 新课程实施后，对于物理的实验报告的格式，我们基本上还是采用以往的形式，没有作太大的改变。做完实验后你是让学生上交怎样的实验报告呢？是上交与新教材配套的实验探究报告册，还是上交象以前那样的实验报告呢？ 教材配套的实验探究报告册，所有的实验都是相同的栏目：提出问题、猜想与假设、探究目的、实验设计、收集证据、还有实验结论、探究收获、注意事项，显得过于呆板，实际上并非所有的实验都需要这些栏目，因此，有时让人感觉有点别扭。那么该如何撰写实验报告，请林明华老师谈几点意见。从与教材配套的实验探究报告册来看，实验探究报告所设置的项目有：提出问题、猜想与假设、探究目的、实验设计、进行实验与收集证据、分析与论证、实验结论、探究收获、注意事项、实验创新，共十个项目。以前的实验报告一般则是由：实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤（含操作、记录、处理、结论）、误差分析等项目。显然，现在的实验探究报告项目已涵盖以前的实验报告项目。但实际上，也并非所有的实验探究报告都必需包含这十个项目。有些实验有猜想就不一定要再有假设，有分析就不一定要有论证。因此，对于实验探究报告的要求，我们认为，需要哪些项目就写哪些项目，不要贪图全，不要走向实验探究报告的“八股”。总结：前面我们主要是谈了如何理解和落实课程标准对实验技能和实验方法方面的要求。在实验教学当中，我们还应注重培养学生良好的科学态度、科学精神，培养与他人合作的精神等。要使学生养成良好的科学态度，主要是培养一种严谨、求实的作风：所谓严谨：就是“严肃认真，一丝不苟”。所谓求实：就是“实事求是，客观公正，尊重证据，坚持真理，修正错误”新课程背景下高中物理实验课堂教学 怎样突破实验难点，提高实验的成功率(下)我们知道，物理科学是一门基于实验的科学，如何在物理课堂教学中操作好物理实验是至关重要的，但是，在实际的操作中，我们常常会遇到这样的问题：有的演示实验和学生实验的操作，由于老师和同学们在技巧上存在一定的疏漏，经常导致实验不成功或实验现象不明显。所以，围绕怎样突破实验难点、提高实验的成功率进行讨论。摩擦力教学是高中物理的一个难点和重点，那么在实际教学中，实验探究摩擦力大小与哪些因素有关一直以来，是我们中学物理教师思索的问题。它是这部分物理教学的重要手段，可以使学生在获得生动的感情认识的基础上，更好的理解和掌握摩擦力等知识，同时，培养学生的观察能力、分析综合能力以及逻辑思维能力。下面我们一起来看一个教学案例。一、教师课堂演示实验的具体要求1探究滑动摩擦力的演示实验教学视频：用弹簧测力计拉着木块在长木板上做匀速直线运动在实验过程中，木块是否沿水平面做匀速滑动是不易控制和判断的，这就导致了拉力F值的不准确。那么，如何解决这个难点呢？寒平老师，你能不能给我们一些建议？根据课本上介绍的方法进行实验，我们需要注意以下几个问题：第一，木板表面的粗糙情况是否均匀，这是使木块保持匀速运动的重要条件，为此，我们可以用少量的滑石粉，涂在木板上，将木块在木板上顺木板的方向反复的擦拭几次，然后再把这个滑石粉抹去；第二，影响实验结果的一个主要因素，在于摩擦块能否保持匀速运动，这时候应将砝码反复的调整，确保木块能够做匀速运动，为使这个实验能够准确，我们其实可以用砂桶来代替这个钩码，这样可以在砂桶当中逐步的加入沙粒，使木块的拉力可以连续地变化，实验完了以后，我们可以称出沙砾，包括砂桶的重量，这样就能够较好的确定摩擦力的大小；第三，在实际实验当中，使木块做严格的匀速运动这是非常困难的。所以，如果能够让木块做加速度极小的直线运动也是可以的，比如说，加速度为几个厘米每二次方秒或者是零点几个厘米每二次方秒，这样都可以，细线所增加的拉力与木块做匀速运动的拉力相比较差别不是太大，很小，这样就可以了，那么我们就可以认为这是沙粒和砂桶的总重量，会等于木块的摩擦力的大小。除了刚才课本上介绍的这个方法我们可以改变之外，在我们平常的实验教学中，我们还有没有更好的方法呢？有一些的老师采取了这样一些方法，比如说，我们物理上经常讲的相对运动，我们可以这样子考虑的，我们是用木块拿去拉动不容易成功，那么如果我们反过来，让木块不动，而去拉动这个木板行不行呢？逆向思维。对，这个也是一个很好的办法，那么我们可以这样子做，让木块固定在木板上，然后用一个弹簧秤给他固定住，我们而是用力去拉这个木板，让木板运动，这样就可以使得这个木板的运动到底是匀速还是非匀速，它并不重要，因为木块它本身是静止的。这样子，木块所受的弹簧秤对它的拉力跟它所受的摩擦力就是相等的。这种情况下，我们通过弹簧秤测出来的这个弹力就等于木块所受的摩擦力。请大家观看下面的这个实验录像。课例：探究摩擦力与哪些因素有关 安徽合肥第七中学 王珍等老师所需器材是：经过改装，具有记忆功能的弹簧秤、定滑轮、小车、钩码、长木板。在弹簧秤指针的行程槽上加一块泡沫方块，拉动弹簧秤，方块跟着指针一起向下运动，放手后，弹簧秤指针回到原位置，而泡沫方块停在了刚才的最大位置处，因此具有记忆功能。在安装过程中，要注意保持细线要成九十度角。缓慢抽动下面的木板，在木板与木块发生相对滑动之前，可以看到指针示数逐渐增大。发生相对滑动后，指针向上翘起，并保持在某一位置上基本不变，这时候它显示的是滑动摩擦力的大小，而泡沫方块记录了最大静摩擦力的大小。做好这个实验的关键在于拉动这个木板的时候，我们需要测力计有一个在较长的一段时间里面，有一个比较稳定的一个读数，那么这个时候呢，我们就要保证两个点：一个，就是保证长板表面光滑程度保持均匀，就像刚才寒平老师说的，用滑石粉抹在这个板上面，保证它各个地方的摩擦比较均匀；第二，我们拉动这个木板的时候，也要尽量的缓慢一点，这样可以使拉动的时间比较长一点，这样子就可以使得弹簧秤的读数会在一个比较长的一段时间里面有一个稳定的读数，以便我们好把它读出来。那么，为了能够提高这个实验的成功率呢，我们在实验之前应该要反复的多做几次，不断的提高实验的成功率。2匀速圆周运动中线速度方向的演示实验在我们高中物理实验中，我们不仅要解决一些在运动中读数这个难点，还要关注的也是一些需要把瞬间的现象保留下来的实验，这对突破我们实验教学的难点是非常有帮助的。比如说，我们在必修二的课本中，匀速圆周运动这节教学中，线速度方向的确定就是一个难点。那么，我们有的一些老师设计了这样一个实验，那么请我们一起来看一下这个录像。教学视频：课例探究曲线运动的方向 这有一根细线，系着一个小球，让它在这里做圆周运动。同学们看着，在这个位置，这其实放着是一根蜡烛，那么待会儿小球再次做圆周运动的时候，细线肯定要经过蜡烛的火焰，那总有一个时候，细线总会被烧断，我的问题就是：当细线被烧断之后，小球会做什么运动？是直线运动还是曲线运动？你觉得是直线运动还是曲线运动？我们通过实验来验证一下。为了让大家看的更清楚一些，我把小球浸在墨汁里，那这样的话，待会儿它的轨迹就会留下。好，注意观察。我让小球做圆周运动。好了，你们刚才通过投影能看得清楚吗？小球在这个细线被烧断之后，是什么运动？直线运动。这个实验需要注意一些什么问题呢？这个实验看似简单，实际上它是有一些技巧的。首先，棉线在煤油当中要浸泡较长的时间，一般都要两天以上。铁球在墨水当中，也要浸泡较长的一段时间。第三，我们在那个板上面挖一个槽，把那个小蜡烛放进去的时候，一定要确保那个蜡烛的外焰用来加热棉线。第四，我们给小球的这个初速度不能太大。其实，我们高中许多的实验，课本上描述出来的和我们真正实际操作出来的总是存在着一定的差距。那么如果我们老师总是按照课本上的图示来进行实验的话，通常都非常难以成功。这就是我们实验当中需要克服的一些难点了。例如，我们课本上介绍过的，“探究电荷间相互作用”的这个实验，几乎从初中到高中，不管是哪一个版本，他们都是这样子介绍的：用一根细线，把我们的橡胶棒或者玻璃棒悬挂起来，然后摩擦，使它一端带电，这时候用另一个已经摩擦了带电的橡胶棒或者玻璃棒去靠近它，做这样的探究实验，那么我们会知道，这时候绳子吊起来的橡胶棒或者玻璃棒，由于绳子会产生一个扭转的力矩，我们橡胶棒和玻璃棒初始的平衡状态我们就非常难以把握了。因此，就在一定的程度上影响我们实验的成功率。那么，张滨老师，你觉得我们应该如何克服这个实验的难点呢？我们老师也想过了一些办法，比如说，用了这样一个办法，用一个铁块做一个底座，比较重的一个底座，在上面放了一根铅笔，铅笔这头已经削好了，笔芯已经露出来了，然后在上面再套上一个小玻璃瓶，让小玻璃瓶跟这个铅笔芯接触的地方摩擦起来它们摩擦非常小，那么在上面再放上一个泡沫，这个就很轻，这样子它在上面转动的时候呢，摩擦非常非常地小。在这个基础上呢，如果能把一根摩擦过的橡胶棒放在上面的话，那么这个时候它一旦转动起来，这个摩擦很小，而且在转动的时候就会克服你刚才讲的那种扭转的力矩，那么这个时候我们再去做实验效果就会非常的好。我们可以看一看做出来的结果。教学视频：演示实验探究电荷间的相互作用我们也有一些老师会用毛皮摩擦橡胶棒的时候，不断地、来回地、用力地一直摩擦橡胶棒，以为说摩擦的越久，效果反而越好。其实这个做法是不一定可以的。其实你只要抓住这个毛皮握住橡胶棒顺着一个方向连续地摩擦三、五下就够了。其实刚才介绍的这个实验还有一些方法，比如说，用装垃圾用的塑料袋摩擦玻璃棒和橡胶棒，它的效果也是非常好的。只不过，这个时候老师们要注意的是，用塑料摩擦过的玻璃棒它是带负电，而用塑料摩擦过的橡胶棒它是带正电的，这个在实验的操作过程当中自己要去总结。3教师用课堂演示必须做到目的明确、操作规范、现象明显那么刚才我们前面交流的都是演示实验，那么演示实验它不同于其他的一些实验，它是师生之间的一种教学的双边活动。那么通过实验，达到培养学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及基本的操作能力，巩固和验证理论上有关物理知识。教师用课堂演示实验必须做到目的明确、操作规范、现象明显。那么，这对我们一个老师，它提出了哪些更具体的要求呢？张滨老师，你能不能谈一谈。首先呢，我们必须要明确实验的目的。每个演示实验，师生都应该要知道它的一个明确的目的，搞清楚这个实验它到底要解决一个什么样的问题。在操作过程中间，有哪一些要点，实验的现象还有注意事项等等这些问题，以及你如何用这个演示实验来启发学生，让学生积极的思考，配合这个课堂的教学。老师如果不能明确这些目的，就在课堂上随意的进行演示实验，那么就会在教学的中间会出现顾此失彼，造成了整个教学的重点不突出，难点不明确，学生也不知道你这个这个到底实验的目的是为了什么。因此学生上课的时候就像看老师在进行魔术表演一样，只是凭着兴趣来这里凑凑热闹，觉得好玩，好玩，好玩！结果没有什么收获，没有什么效果，可以说是一无所有；第二，要严格演示实验的操作，发挥示范的作用。我们老师所做的这些演示实验呢，实际上是给学生做一个示范，为学生做实验做出一个表率，做出一个榜样。因此，在实验中间老师必须要严格的按照要求来进行操作，步骤要正确，器材的选择要非常的清楚，要符合这些要求，仪器摆放的位置都要便于进行观察，比较合理。这样给学生一种比较好的、规范的提示。切忌粗枝大叶，草率操作；第三，注意演示实验的改进，增强实验的直观性。对于一些现象不明显的，可见度小的实验，最好要选择一些变通的实验办法，提高实验的效率。此方法的特点是使学生观察的明显，对比定量性都比较好，从而增强了实验的直观性。对于一些现象不明显的，可见度小的实验，最好要选择一些变通的实验办法，提高实验的效果。二、从探究自感现象的实验看实验的正确操作其实还有一个很典型的实验，就是我们物理课本鲁科版选修3-2的自感实验，我们可以一起来看一下课堂的实例。教学视频：这是断电自感的实验，闭合开关灯亮了，断开电源开关，几乎看不到灯的自感现象。这是通电自感的实验，闭合开关，两盏灯同时亮了，断开开关，看到的现象是，两盏灯马上就不亮了。这个实验存在的主要问题是什么？在这个实验中间，遇到的问题其实是我们许多新教师刚刚开始教学的时候也经常碰到的问题。首先呢，这个老师不应该去切断学生电源，通过切断学生电源的这种方法，来达到切断电源的这个目的，因为学生电源它用在设计上本身已经考虑了这种自然现象，那么它就有了一个延时的作用。所以对电源的这种切断的这个时间不够快，它所出现的自感现象就不太明显。那么，我们这里面呢，就要去切断电路中的开关，而且切断的时候还要非常的迅速，才能够达到这样一个效果；第二，在这个实验呢，我们老师所选用的铁芯的匝数也是有讲究的，匝数太多太少可能都不好。比如说，我们在这个实验中间用了两百匝的线圈，这个不够好。如果我们在这个实验中间可以考虑使用四百匝的，它的效果就完全不一样。那么如果在做通电自感实验的这个时候呢，用八百匝效果就更好了。那么具体实验到底要用多少匝呢？我们觉得，每个老师在实验之前，要进行反复的调试，调试清楚以后，要看清楚就是你这套实验的器材，究竟要配多少匝的线圈，实验效果最明显，那么这样在实验中间就可以起到一个很好的作用。所以我们建议老师在实验之前，必须要进行很好的调试。三、把作业中的实验作为课堂演示实验时应注意的问题其实，我们在教学中会发现，有的不是课堂教学的实验，而是作业中让学生自行探究的实验，老师也把它搬到了课堂当中，作为一个随堂实验让学生进行探究，但是也存在着很大的问题。比如，我们物理选修教材物理3-2第三十页第六道题的作业题当中，我们先来看一下探究过程。教学视频：探究感应电流的产生我们不难看出，这个实验存在着问题。下面，我们还是请张滨老师给大家解释一下。首先，我们从实验室器材放置的位置看来，并不是CD产生的感应电流是使这个小磁针发生偏转，而是AB线圈产生的感应电流使这个磁针产生偏转。那么学生心里就很纳闷，CD究竟有没有产生感应电流，那么我们老师都知道肯定有，因为我们学过了这些物理知识，知道根据这个原理可以产生感应电流，但学生没有啊，他怎么确定呢？我们老师也都清楚，只是这里所产生的电流非常小，它从道理上来讲，是无法使磁针产生偏转的。因此，这个实验我们是需要改进的。那么，第一，我们需要改进的不是用小磁针，而是改用电流计，灵敏电流计来进行；第二，要加大线圈的匝数，线圈的匝数一增加多了，那么产生的电流就增大了，那么这样子产生的现象就明显了。那么这里呢，老师要注意，我们增大线圈的匝数，如果线圈的匝数不够多，那么电流也会很小，效果也是不明显。物理实验需要我们不断的一直尝试，不断的一直改进。那么有时候需要一些反向思维，有时候需要对实验器材进行放大，那么最终才能达到一个理想的效果。由于有一些实验的时间非常的短暂，物理的现象呈现稍纵即逝，学生是不能够发现问题的本质特征，那么就必须要有一个细致观察，独立思考这样的一个过程，这时，多媒体它就能够起到这种作用，它能多次重复的模拟我们物理实验的过程，再次呈现物理现象，而且能够使静态变成动态，微观变成宏观，高速变成低速，连续的可以变成定格的，这样使我们的学生观察起来就非常的方便，而且变看不见摸不着的，可以把它变成有形、有声、有色，变抽象为直观，变讲不清道不明为一目了然。四、如何突破实验中的难点在物理实验教学中，有许多实验确实是可以借助多媒体来更好地完成。比如说，我们的平抛实验，它就是可以借助多媒体来完成的，现在，我们一起来看一段视频。教学视频：利用多媒体自制平抛运动的频闪照片 我们这个实验装置的底部部分是水平的时候，那么我们出去的就是一个平抛运动，拷进电脑的视频，用视频编辑软件截取到它视频当中的每一桢，也就是我们需要的静态的照片，因为我们知道这个连续的视频实际上是由连续的照片构成的，截取进来，然后选择好起始点，我们选择好开始点到结束点，但是大同小异。然后我将照片输出成桢，我们用这个图像浏览软件就可以看到连续的桢，但是因为PAL这个视频制式的原因，所以你会发现连续的两桢，照片是相同的。所以我们这时候还要先做一个工作，把这个连续相同的桢删除掉，所以我们实际上留的是按原来的照片是留下间隔的照片。然后将我们最后得到的照片检查一遍就可以放到这个图像处理软件里进行照片的合成。我现在这里用的是PHOTOSHOP这个软件，比较流行，看起来比较清楚。首先要把所有的照片叠加在一张照片里面，在这个叠加的过程当中要注意的是，必须保证叠加的位置是完全重合的。这里可以有一些小技巧，比如说，用全选，然后复制，然后移到这一张来粘贴。这个位置是完全一致的。你如果用拖进来的方式就会出现位置不对齐的情况，现在已经其实已经完全的叠加在这张照片当中了，从图层这里就可以看出来，所有的照片都已经按顺序叠进来了。然后我们现在对它的图层的混合模式选择层差值，它只把有差异的地方重新显示出来，没有差异的部分它就完全的叠加在一起了，对我们整个视频的过程实际上有差异的只是球的位置，现在这就是叠加完以后在一张照片背景完全相同的情况下，各个小球的位置，同时的被叠加出来，然后我这时候就可以进行一个反向，这是一张正常的，完全真实的照片，然后我们为了能够得到这个单纯小球和白色背景的照片，我们通常会再叠加一张照片，叠加的照片因为他的位置完全的一样，所以我们可以任意选择一张，叠加进来。已经叠加进来了。叠加进来以后实际上是以小球以及黑色为背景的照片。那我们实际上选择了一个叫做反向的一种处理方式，我们把照片先合并掉，合并完以后我们再对照片进行反向的处理。原来的照片是黑白的，然后现在把黑转成白的，把白的转成黑的，出现了现在这个连续的过程。把这个背景全部去除了，然后你如果要调整对比度，可以使这个小球更显眼一点，我们使用的是亮度和对比度。通过调整亮度和对比度，把这个背景的杂志去除一些，可让小球也更亮一点，这样学生可以比较清晰的看到小球的位置。这样的一张照片已经做完了。然后我们可以在这个基础上再打开PHOTOSHOP的视图，标尺以及网格，然后就可以移动，然后把这个照片重新做一下，就可以拖动这个照片，让照片运动起来，我们可以让这个照片在尺格上，标尺上进行移动，这样子可以直接的测量出来，相差多少格。在实验仪器选择的过程当中，我们还有几个要注意的。一个就是摄像机的选择，尽量选择高速摄像机，这样可以减少残影的问题。如果没有条件使用高速摄影机，那么，可以通过减小它的光通量来达到减少残影的问题，因为光通量减少了以后，照片比较暗，或者说比较模糊，那么我们可以通过使用实验室常见的幻灯机，增强这个背光，把幻灯机的强光直接打在这个背景上，可以增强强光，这样照片看起来比较清晰，也比较亮丽。我们可以看出，利用现代多媒体技术，可以使以前无法在课堂上实现的实验过程、实验现象得以实现，但是，在具体的操作中，都会存在着这样或那样的问题，需要我们的老师不断地去学习、提高、掌握和应用多媒体技术的技能。但是，能够用简单、直观的实验仪器来进行的实验还是不要用多媒体实验来替代，下面我们一起来看一个实验片段。教学视频：课例探究加速度与力和质量的关系 实验一 双小板双小车比较法该实验探究的是加速度与力和质量的关系，这是两块长木板，平行放着，上面铺有玻璃是为了减小摩擦，这是两个质量相同的小桶，质量都为10.7g。通过拉线，通过导轮悬挂，分别拉在A车上和B车上。斜面这一端抬高也是为了平衡摩擦，斜面的边缘有标尺，可以测得小车的位置。小车的尾部也有两根绳子，通过夹子可以控制两车同时运动。我们现在来探究加速度与力的关系，两小车的质量均为200g，我们手上放有两枚硬币，每枚硬币质量为1.2g，我们把它放在B小车的拉桶中，我们再来看小车的位移情况，小车的初始位置12厘米。现在小车的位移坐标是48厘米A车，B车为55厘米。根据上面的数据，我们不难得出，AB两车的拉力之比是0.82，AB两车的加速度之比是0.84，在误差范围内，我认为加速度是与力成正比。下面我们来探究加速度与质量的关系。下面我们接着来探究加速度与质量的关系。在每个小桶中加两枚硬币，他们在相同的拉力作用下，下面我们在B小车加两个钩码，这样一来，A车的质量还是200g，B车的质量现在是300g，下面我们来看它的运动情况，首先我们来看它的初始位置还是12厘米。A车的位置坐标为58厘米，B车的位置坐标为45厘米，从以上获得的数据我们可以得到，A车与B车的加速度之比约为1.4，B车与A车的质量之比为1.5，在实验的允许误差范围内，我们可以知道加速度与质量成反比关系。实验二用J2181型实验演示器比较法探究加速度与力和质量的关系下面我们用这套装置