如何提高學生實驗能力的教學改革探索

實驗能力是高考物理要考核的五大能力之一，它要求學生能在理解的基礎上獨立完成“知識內容表”所列的實驗，明確實驗目的，理解實驗原理，控制實驗條件；會運用這些實驗中學過的實驗方法；會正確使用在這些實驗中用過的儀器；會觀察、分析實驗現象，處理實驗數據，并得出結論。

由于實驗的重要性，相信許多學生用在此方面上的時間與精力不會少，17個中學物理實驗的實驗目的、原理、步驟、注意事項、數據處理等等內容一遍遍重復，死記硬背，但這樣的學法與當前高考出題的方向已是大相徑庭。以2000年全國高考實驗題為例，沒有一個照搬課本中的實驗，特別是考驗證動量守恒定律的實驗的題目(題目見本文附錄)，其c項是測量小球的直徑的，按書本中的實驗方法這一步是必須的，若守舊不創新，沒有較強的遷移能力和獨立解決問題的能力，則必然會選擇錯誤選項C。那么怎樣對待新高考中的物理實驗復習呢?在教學中該采取什么樣的應對措施呢?本人的體會是如下幾個方面。

一、基本儀器的使用仍是實驗的基礎

不管上一年度有無考到儀器的使用，我們對常用的物理儀器要熟練運用，這是實驗的基礎，是實驗的工具，任何時候都不過時。在這方面花些時間是必需的。常見的有十三種儀器，這十三種儀器是刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧秤、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等等。這些工具的使用每本復習用書上都有很詳細的說明，本文不再多言。

二、要以挑戰者的眼光挑剔書本上的實驗

從2000年度的全國物理高考卷中，我們應感受到高考物理改革的方向了，這不是簡單的照抄課本上的實驗了，它給予的驗證動量守恒的實驗裝置是對書本上權威的經典裝置的改進。這是對迷信權威者的嘲弄，是對創新者的呼喚。這給予了我們一個大膽的想象力，不要把書本上的實驗奉若神明，要以挑剔的眼光重新審視我們書本上的老式實驗方法。

其實在平時的學生分組實驗中，在教學演示實驗中，我們對教科書中設計的許多方面的差強人意是很不滿的，比如動量守恒定律中的被碰球干嗎一定要放在那很難立得住的小支柱子上；驗證機械能守恒定律的實驗沒必要從第一點就開始計時(即沒必要取第一和第二兩點間長度為2mm)，我們完全可以從后面的計數點中取兩個點算出速度與高度來驗證守恒定律，沒必要管第一點準確與否……但總覺得高考它就按書本上的實驗裝置考，不敢與它有所沖突，害怕學生高考會吃虧，但從目前的發展趨勢看，這種擔心是沒有必要的，反而不利于學生的開放式思維的發展。

正是出于以上的考慮，我覺得實驗的復習要打破常規，不應該再叫學生跟在書本的后面應該怎樣做不應該怎樣做，盡管我們不否認書本上的實驗是專家學者智慧的結晶，但思維被圈在這當中不是現代教育的要求。要學生們學會找毛病——找設計原理上的毛病；找實驗步驟上的毛病：找數據處理上的毛病，沒毛病也要想想能否改進。這變學生從被動地接受灌輸為主動要學的一招，既提高了學生的參與學習與研究物理實驗的熱情，又能迅速提高學生的實驗設計水平與對物理學的理解程度，若找不到毛病也說明書本中的實驗設計確實是出色的。當學生們擺脫對書本的依賴與迷信時，其獨立性和創造力就被大大地激發出來了。這無論對當前的高考復習還是未來走向社會都是極大的財富。

當然學生們開始也許不適應這樣的教學改革，但這不要緊，可以先提示他們，比如對牛頓第二定律的驗證的實驗原理設計有無問題。為什么不用彈簧秤測拉力，彈簧秤測拉力有何不妥；而為使小桶的重力等于繩子的拉力，書本上要求小車的質量遠遠大于提供拉力的小桶的質量，這有無必要，我們是否可用學過的連接體的知識修正一下拉力的大小，從而擺脫這個限制。再比如對實驗步驟的設定，每個實驗都有可推敲之處，不應絕財化，死記硬背是沒必要的，很多步驟的前后順序是可以顛倒的(比如許多實驗的準備工作中的先后次序)，要讓學生分析每一步驟在實驗中的必然性，是屬于準備階段還是實驗過程階段或數據處理階段，只要分門別類，前后順序自然明晰。當然我們也會發覺還有一些步驟是不得打亂的(比如打點計時器是先打點后放手還是先放手后打點等等)，這種開放式的討論要比老師講解給人的印象深刻得多了。當學生們適應這種學習方法時，學習將成為一種樂趣，因為他們不是書本的奴隸了，而是權威實驗的挑戰者，是評價實驗設計優劣的法官，是成功的實驗發明者。

三、以多種視角重新審視和組合實驗板塊

學習貴在總結，在物理實驗總復習中，我們不應孤立地看待一個個實驗，而應該從這些實驗的原理、步驟、數據采集與處理方式的異同上，給這些實驗分門別類，從而組成不同的實驗板塊。平時我們已經自覺或不自覺地把實驗分成力學實驗板塊、電學實驗板塊、熱學實驗板塊、光學實驗板塊。但這樣的處理只是簡單地重復了物理課本知識的體系，大多數情況下也是為了講解的方便，沒有多大的創意，對于學生思維的開發和對實驗的科學思維方式的培養顯得很不夠。

在此，我認為我們要在這些實驗的組合板塊中挖掘一些功能，培養學生一種實驗的常規意識，比如對于力學板塊。這是由驗證力的合成與分解、打點計時器的使用和測勻變速直線運動加速度、驗證機械能守恒定律、驗證牛頓第二定律、驗證動量守恒定律等實驗組成的一個大的實驗板塊，現在讓我們仔細去找找這些實驗與其他實驗板塊的區別。我們會發覺這些力學實驗無非就是在力F、速度v、加速度a、位移S、質量m這幾個量上做文章而已。然后我們看看這幾個量是怎么測出來的，今后我們可以用同樣的方式去處理類似的探索式力學實驗。毫無疑問，這些實驗告訴我們：位移用尺子量(提示學生高精確度該用什么量)，質量用天平(鼓勵學生思考大物體質量用什么測)，速度與加速度可用打點計時器測量，速度還可以用平拋的方式計算，而力的測定不能用彈簧秤，因為不穩定，影響實驗的準確度……讓學生們想想電學實驗板塊又能得到些什么呢?

我們還可以把視野再擴大一些，以各種角度重新組合新的實驗板塊，比如按測量型與驗證型可把實驗分成兩大板塊，按能進行圖像處理數據和不能用圖像處理數據又可以把實驗分成兩大板塊。我們可以提示學生這樣劃分板塊，但把一個具體實驗歸類于哪個板塊，這要學生自己思考，比如說用圖像法處理數據，學生們熟悉的是驗證牛頓第二定律和測定電源電動勢和內電阻的實驗，不過畫出的圖形必須是直線，否則不好處理(驗證牛頓第二定律的實驗中加速度與質量成反比就是一個典型的例子，坐標軸改為質量的倒數，從而畫出的是直線)，這給予學生們思考的空間。其實還有許多實驗也是可以這樣處理的，它們都可以歸類于用圖像法處理數據，比如用單擺測重力加速度的實驗，我們測的是周期T和擺長L，再由公式來計算，書本上采用的是多測幾組再求平均值法。現在我們可以以L和T2／4n2為坐標軸，用測得的數據放如有描點，畫直線求斜率即是g。類似的還有一些，讓學生們想想驗證玻意耳定律是否也可這樣處理。

四、注意可轉為實驗的習題

在物理上，許多習題的設計與實驗的設計是相通的，它們的區別只是出題的角度不同罷了，讓學生們找一找，改一改，必能開竅。比如高一物理(新修本)第一章的課外習題部分，其第1 l、12、13題(273-274頁)就很典型，而第17題(見本文附錄)的設計思想更是與物理實驗思路產生共鳴。它有效地克服了手拉彈簧秤測拉力不準的弊病，事實上不論下面的長木板是勻速還是變速均不會影響彈簧秤的讀數。其實物理課本中每一章的課后習題部分都有可探討之處。

五、實驗也要融會物理思維方式

在實驗中常用的物理思想方法有等效法、累積法、控制某個變量法、留跡法、圖像處理平均值法，這要求學生們能夠領會，并能在每個實驗中找出到底用了什么物理思維方式。比如在驗證動量守恒定律的實驗中就用了等效法(用位移代替速度)、累積法(重復打了許多點)、留跡法(用復寫紙留下小球落地后的點)等物理思維方法。在實驗復習中通過找各實驗中的思維方法，能夠讓這些思維方法深入學生的腦海中，并用于那些可能遇到的探索型高考物理實驗題。

物理作為一門建立在實驗基礎之上的學科，我想若在實驗復習上有所突破必對學生整體物理水平的提高有很大的促進作用。當然以上只是我的一家之言，有不妥之處，望同行們指點