如何提高物理實驗教學的有效性

　　實驗是物理學的基礎，實驗教學是課堂教學的重要組成部分，對學生形成科學素養產生深遠影響。而在現實課堂中，某些實驗教學流于形式：或器材質量低劣；或實驗方案理想化，缺乏科學性和趣味性；或多媒體使用不當，導致實驗教學低效，學生的動手能力、思維水平、價值觀等方面均沒有實質性發展。提高實驗教學的有效性迫在眉睫。筆者結合教學經驗，粗談幾點認識和做法。
　　
　　一、重視實驗引導，降低探究難度
　　
　　實驗探究時，為突出學生主體地位，有的教師喜歡袖手旁觀，采用放羊式。殊不知，實驗探究有難度，科學引導不可缺，否則易挫傷學生的探究熱情。教師需時刻關注實驗進展，對實驗過程中出現的共性問題，要反思原因，思考對策，及時引導。
　　
　　
　　某教師執教“探究并聯電路電流特點”時，用PPrr投影電路圖，如圖1，要求學生依據電路圖連接實物，有些學生面對器材一籌莫展。課后，這位老師說，想不通為什么會出現這種情況。其實。原因是實驗引導不科學。電路圖是由元件符號組成的抽象圖形，實際連線時，有的學生不能完成抽象到具體的轉變，導致實物連接無從下手。而實物圖的特點是直觀、具體，學生剮接觸電路時，實物圖(圖2)的引導作用優于電路圖(圖1)。學生測量干路電流后，總是急于拆掉電路，重新連接，此時，我們不妨介入操作技巧指導，啟發學生，如何在圖2的基礎上改動一根導線，變成圖3或圖4。這樣，既縮短了操作時間，又有助于學生領悟電流表在干路和支路上的區別，而此點，初學者最易混淆。
　　
　　二、重組實驗過程。遵從認知規律
　　
　　實驗教學內容、資源一樣，不同教師執教的效果可能大相徑庭，排除教師基本功和人格魅力因素，實驗教學內容出現的先后順序也會影響學生實驗技能的提高和對知識點的掌握。
　　某教師教授“學習使用滑動變阻器”時，讓學生連好電路，邊實驗邊記錄，完成表格填寫，最后分析電流變化的原因，整個過程可歸納為“實驗—分析”。學生實驗時，只是記錄實驗現象，缺少思維過程。這樣的實驗教學滋長了學生做事不動腦的習慣，對提高學生的實驗能力幫助不大。真正對動手能力有益的實驗，一定要有思維的參與。因此，筆者認為，“實驗—分析”過程的本質是無效的。我們將教學順序變換一下，即“分析—實驗”。先引導學生分析不同接法時，滑動變阻器接人電阻情況，然后用實驗驗證。當學生實驗時，他們會將實驗現象與分析結果對照，如果一致，則確認分析是正確的；如果不同，則促使他們思考原因。這樣的實驗有了思維的支撐，鍛煉了學生的實驗能力。
　　又如，蘇科版9下教材對活動“觀察磁生電現象”是這樣安排的：先介紹微型電扇的結構，然后轉動葉片，二極管發光，最后由學生捏緊插頭兩極，旋轉葉片，詢問學生感覺。筆者認為，課堂開始，用插頭處接二極管的電風扇演示，顯得唐突、生硬，學生對插頭處為什么接二極管感到困惑，建議將第三步與第二步對調。出示微型電扇后，請學生捏住插頭，輕轉葉片，學生手指有麻的感覺，但要控制好葉片的旋轉速度，如果速度太快，產生的感應電動勢較大，會給學生帶來身心傷害。當學生體驗后，提問：是不是產生了電壓，讓我們用二極管來檢驗。該流程為“體驗—猜想—探究”。
　　
　　三、優化實驗方案。展現最佳效果
　　
　　同一實驗內容，一般有幾套實驗方案。筆者認為，沒有完美無缺的設計，只有相對合理的方案。有了這種意識，才有不斷實踐、探索的勇氣和動力，實驗方案才能日臻完善。
　　在“驗證電磁波的存在”實驗中，有這樣一個方案：將收音機開到沒有電臺的位置，旁邊用導線時斷時續地短接干電池，聽收音機發出的聲音。筆者認為，本設計有三點值得商榷：其一，雖然導線短時間短接，但已構成短路。教學中一直強調不能將電源短路，而教師在本實驗中卻“示范”短路，不利于學生形成正確的價值觀，且短路的干電池大量放電，影響使用壽命。其二，時斷時續地接通干電池，產生變化的電流，不斷輻射電磁波，愛動腦筋的學生會問，恒定電流能產生電磁波嗎?在禁止長時間短接干電池的情況下，本實驗無能為力。其三，電流只能在“有”與“無”之間變化，呈跳躍式，不能線性變化。
　　裝置改進：將滑動變阻器、小燈泡、開關、電源組成串聯電路，這一電路簡潔、經典、學生熟悉。把收音機開到沒有電臺的位置，靠近滑動變阻器。當滑片左右移動時，燈泡亮度發生變化，同時聽到收音機發出“咔嚓”聲，停止移動，電流恒定，收音機雜音停止，本設計較好地彌補了上述方案的不足。
　　
　　四、警惕偽實驗。避免實驗失敗
　　
　　所謂偽實驗，是指理論上說得通，但實際操作時，受環境、器材、技術等因素影響，導致現象不明顯或實驗失敗的實驗。偽實驗屢見于各種教輔書，若不加以甄別，容易信以為真。
　　比如，“比較不同材料隔音性能”實驗經常出現在各種書籍或試卷上：把機械鬧鐘用不同材料封閉起來，通過測量剛好聽不見聲音的距離，比較材料隔音性能。筆者教研組在安靜的環境下用各種材料多次實驗，發現找到剛好聽不見聲音的點，需要很遠的距離。這樣，噪聲來源廣而且不穩定，無論演示，還是分組，對實驗均有影響，本實驗可操作性較差。
　　又如，用導軌做“磁場對電流作用”時，由于金屬棒質量大，不易改變運動狀態，影響實驗效果。某雜志介紹將香煙盒的錫箔紙朝外卷成導體棒，放在導軌上做實驗效果好，初想很有道理，可親自操作，并不成功。用萬用表測試，導電情況不好。假使錫箔紙本身導電性好，但由于質量輕，影響和導軌的接觸，導致接觸不良，實驗也不會成功。
　　偽實驗不僅影響學生對知識的掌握，還影響學生對教師的信任。因此，對于新的實驗方案，在決定采用前，一定要親自操作，辨別真偽，以防在課堂上出現無謂的失敗。
　　
　　勤于動手，能讓我們發現偽實驗；勤于動腦，則能激發靈感，為設計實驗廣開思路。
　　有一道題：試管倒立，管口放在酒精燈上方烤3-5s，迅速插入水槽中。將看到什么現象?
　　答案是水被吸上來。火上烤的目的是將試管中的空氣排出，倒插入水中后，在大氣壓作用下，水被壓人試管。學生沒有提出疑義，筆者也深信不疑。出于謹慎和興趣，到實驗室做了一遍該實驗?，F象并不如想象的那樣，進入試管的水柱高度約2-3毫米，只有非常少量的水被壓進試管。筆者不甘心，是不是加熱時間短，影響實驗效果。延長加熱時間，現象依舊，反而因試管突然遇冷，試管口出現了裂痕。既然倒立加熱行不通，那就正立，豎起來，加熱3-5s。重復上述過程，效果一樣。
　　實驗失敗，對它進行改進：將試管加少量水，覆蓋住底部即可，加熱幾秒鐘，水沸騰，將試管倒插入水槽，水被慢慢吸起，5s后，水柱約占試管長度的2／3，輕輕將試管拿出。水柱不掉下。若把水染成黑色，實驗效果更好。本實驗說明，熱空氣的排氣能力較差，而水蒸氣能輕松、快速地排出空氣。
　　
　　五、依托系列實驗。豐富學生感知
　　
　　教師完成某實驗后，若以此實驗為基礎，適當地改變實驗條件或操作步驟，則能產生一系列相關實驗，這些實驗能拓寬學生視野，幫助學生更深入地理解物理規律、概念，發揮出獨特的教育價值。
　　例如，將一試管裝滿水后，開口朝下放入水中，結果是
　　A.仍是滿試管水
　　B.水將流出一部分
　　C.水將全部流出
　　D.以上說法都不對
　　學生容易選擇B或者c，課堂上可采用題中的器材演示并解釋。為進一步挖掘本實驗，可以做幾個相關的實驗。
　　1.換更長的試管，重復上述步驟，猜想現象。意圖：說明一個標準大氣壓能托起10m高水柱。
　　2.分別將試管拔出一段(不露出水面)、傾斜一定角度或下壓—些，會發生什么現象。意圖：突出大氣壓的作用。
　　3.試管上方開一小孔(為方便開孔，可用礦泉水瓶代替)，將有何現象。意圖：否定水往上噴的前概念。
　　通過以上系列實驗，豐富、立體了學生的物理知識，使知識結構更牢固。
　　
　　六、開發新實驗?；饨虒W難點
　　
　　初中生以形象思維為主，抽象的物理問題對學生而言難度較大，這就要求教師鎖定難點問題，潛心研究，化抽象為具體，創造有針對性的實驗，以幫助學生理解物理問題。激發學習興趣。
　　例l：(2009年江蘇省物理中考試卷)如圖5所示，小剛將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯貼近書本，透過玻璃杯觀看書上的鸚鵡圖片(圓圈中的鸚鵡圖與書本中的鸚鵡圖實際大小相等)，他所看到的虛像可能是(
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　　在學生腦海里，水柱相當于凸透鏡，對鸚鵡有放大作用。但本題考查的內容更為細致，學生不能判斷鸚鵡在水平和豎直方向均放大(C答案)，還是只在水平方向放大(A答案)。理論解釋太抽象，若直接觀察，水平放大清楚，而豎直高度缺乏對比，難以用肉眼判斷，最好通過實驗，先讓學生接受這種現象。畫兩條平行線作為物體，如圖6。問題就迎刃而解了。
　　將平行線水平放在水杯后面。垂直紙面觀察，水杯后線條間的距離與露在瓶外部分相比沒有變化，即在豎直方向沒有放大，如圖7；將線條豎直放置時，水杯后的距離變大，水平方向放大明顯，如圖8，故A為正確答案。
　　例2：100牛的水能產生大于100牛的浮力。學生無法想象，浮力不是等于排開水的重力嗎，若水全部排出，浮力也只有100牛呀。為了推翻頑固的前概念，筆者設計了如下實驗：準備兩只大的塑料橙汁瓶，設為甲、乙瓶，一只直徑略大于橙汁瓶的透明圓柱體容器。將橙汁瓶裝等量水，為增強演示效果，將甲瓶中滴入黑墨水，放人容器中，將乙瓶中的水緩慢地倒人容器，待容器中甲瓶剛好浮起時，浮力的大小等于甲瓶中水的重+瓶重，瓶的質量很小，忽略不計。比較乙瓶中倒出的水和甲瓶中的水易知，倒出的水很少。小于甲瓶中水的質量。所以，少量的水能產生較大的浮力，100牛的水當然能產生大于100牛的浮力。
　　例3：在說明壓力與重力大小不一定相等時，學生總是心存疑惑，此時可將一物體水平放置在電子臺秤上。再不斷改變電子臺秤傾角，分別讀出示數，學生對兩者的關系就有了具體的認識。
　　實驗教學是物理課堂的主要表現形式，但并不是說采用了實驗教學，就一定能達到理想的教學效果，我們還應重視一些細節問題。比如，分組實驗前，應仔細檢查各小組器材是否全部到位。是否都能正常運行；演示實驗可見度不高時，要注意用多媒體進行放大處理等。總之，對于實驗教學，我們要不斷反思、總結，提高有效性，使其真正為課堂教學服務，為學生的可持續發展服務。
　　(見習編輯　郭振