新課程改革對高中物理實驗教學的影響＊

陳連余

（南京市金陵中學，江蘇 南京 210005）

1 引言

物理實驗是物理教學的基礎，是培養學生動手能力、觀察能力、分析能力的重要載體，也是激發學習興趣、培養創新思維不可或缺的重要途徑.2004年秋季實行的高中新課程改革，給高中物理教學帶來新的理念，給實驗教學帶來了勃勃生機，促進了中學物理實驗教學的變革.無論實驗教學的模式架構還是實驗教學的功能定位上，廣大物理教師充分地發揮改革創新的積極性和創造性，無限創意帶來無限精彩，實驗教學精彩紛呈.本文從積極變化和存在問題兩個方面來探討.

2 高中物理實驗教學中的積極變化

2.1 實驗教學理念得到轉變

這種轉變表現在3個方面：其一，教學中心發生轉變.實驗教學由“教”的中心向“學”的中心轉變.以分組實驗課為例，在傳統課堂上教師會詳細講解實驗原理和實驗方法，講清實驗步驟，強調實驗過程中的注意事項，最后把所剩無幾的時間留給學生動手實驗.實行新課改之后，從教材角度看，給定的實驗器材少了.給出的操作步驟少了，有些只給出實驗的適當提示和需要注意的問題，制定實驗方案、選擇實驗器材、設計記錄表格、分析實驗結果，基本上由學生完成.教師簡明扼要地講清實驗要點，把多數時間留給學生自己實驗.當學生遇到困難時，教師則會予以指導或幫助.教師是活動的組織者、參與者.其二，教學重點發生轉變.由重結果輕過程轉向過程與結果并重.實驗結果固然重要，但實驗的操作過程也很重要，有時候可能甚至比結果更重要.實驗是一種操作過程，在操作過程中難免會有“意外”.這種“意外”的出現，既提高了實驗的趣味性，激發學生動手動腦的積極性，又提高了認知的深刻性.其三，教學地位發生轉變.傳統的實驗教學是一種輔助教學手段，現在的實驗教學則是物理教學的一種重要物證手段.缺乏物證，我們的教學就會空洞乏力，也乏味兒.實驗出彩是優質物理課的必需，已經成為教師們的共識.一節優質物理課中一定有精彩的物理實驗.若干年后，這節課可以會被遺忘，但是課堂的創新實驗還會被人津津樂道.

2.2 實驗教學功能得到拓展

新課程理念調動了教師的積極性和創造性，在傳統實驗的研究性實驗、測量性實驗或驗證性實驗的基礎上，又開發出了實驗的許多新型功能，如用于課堂引入的引入性實驗、用于探究手段的探究性實驗、用于知識建構的建構性實驗、用于質疑佐證的質疑性實驗等.

圖1

例如，用實驗可以完成運動分解思想的建構.“一個曲線運動可以是由兩個直線分運動組成”的思想是教學重點，也是教學難點.為了讓學生認識到運動是可以分解的，有的教師設計出下面的課堂分組實驗.實驗器材鉛筆、直尺、三角板、白紙等.實驗任務：兩個學生合作，共做實驗.如圖1所示，在桌面上鋪放白紙，將直尺在課桌上平放、固定，將三角板放在桌面上，其中的一條邊抵在直尺上，鉛筆筆尖抵在三角板的另一條邊上.將三角板貼著直尺右移，同時讓鉛筆筆尖沿著直角邊上移，沿三角板的一邊畫線.觀察筆尖在白紙上留下的軌跡.嘗試讓筆尖在紙上畫出直線.在課堂上無論學生怎樣努力，筆尖在紙上留下了的軌跡總是彎曲的.學生很是納悶，三角板貼著直尺的移動路徑為直線，筆尖貼著直角邊的移動路徑也是直線，而得到的筆尖運動的軌跡竟然會是曲線.這就說明筆尖的曲線運動由兩個直線運動組成.經過實實在在的過程體驗，運動分解的思想牢靠地印刻在學生頭腦中.

教師帶著精心準備的實驗走進課堂，既活躍了課堂，又培養了學生的動手動腦能力，還提升了學生的思維品質.

2.3 實驗教學品質得到提升

一些傳統實驗，由于實驗器材的局限、實驗數據的采集困難、實驗數據的精度不高等諸多因素的影響，得出的實驗結果不太理想.隨著DIS實驗的普及，輔以Excel工作表格處理數據，使得實驗結果十分清晰.如在“探究影響導體電阻的因素”實驗中可以描繪出圖2、圖3兩組圖線.

圖2

圖3

2005年秋季江蘇省青年教師優質課比賽課題就是這個實驗.某教師通過現場實驗，采集數據，畫出了圖線.課后，幾位聽課教師忍不住要問，圖線是真的還是假的，因為圖線作得太漂亮了，以致于讓人懷疑圖像的真實性.毫無疑問，清晰的實驗結果有助于拓寬實驗教學目標的達成.

著名特級教師吳加澍提出實驗教學的“三問”：讓學生參與物理實驗的設計過程，這個實驗應該怎樣做？——知其然；這個實驗為什么這樣做？——知其所以然；這個實驗還可以怎樣做？——知其所盡然.換言之，實驗教學不僅要有熱鬧的實驗現象，更要有深刻的本質思考.例如，“探究變壓器的輸出電壓與副線圈匝數的關系”實驗.給原線圈輸入電壓22V，在副線圈上接入200匝，并聯一盞“220V，40W”的大燈泡，此時燈泡亮度很低，燈絲僅僅發紅.給副線圈改接800匝，重新實驗，燈泡正常發光.實驗現象說明副線圈的電壓隨著匝數的增多而升高.再次進行實驗，在副線圈上換接一只小燈泡.此時，把輸入電壓降為4.2V，副線圈接200匝，小燈泡正常發光.然后，副線圈改接800匝，大家都會擔心小燈泡會承載電壓過高而燒毀，但是實驗結果卻是小燈泡不亮了.面對這一現象，大家都陷入了沉思，是操作錯誤還是書本知識有誤？斷開副線圈上的負載，用多用電表測量副線圈兩端的端電壓發現，副線圈上的電壓的確升高了.為什么電壓高了，小燈泡的亮度卻降低呢？原來，副線圈存在較大的電阻.副線圈與燈泡組成閉合回路后，副線圈相當電源部分，副線圈的電阻相當于電源內電阻.當副線圈的匝數增加時，內電阻也在相應增加.由于小燈泡的電阻較小，小燈泡實際分得的電壓反而減小，導致小燈泡不亮.教材中的結論是針對理想變壓器而言，忽略繞制導線的電阻.經歷過實驗的“失敗”之后，加深了對理想變壓器特征的認識，有助于拓寬對變壓器變比規律的理解.

2.4 實驗教學魅力得到增強

實驗已經成為新課程背景下課堂教學的亮點.教師進入課堂時，學生總是特別關注教師帶了什么樣的教具.教師做實驗時，學生屏住呼吸，凝神貫注，生怕漏掉一個細節.有些實驗可能一遍不過癮，學生還會要求再做一遍.這種局面的出現，除了實驗本身的魅力之外，還由于有以下幾方面的變化.

圖4

（1）開放的教學形式.傳統課堂要么是理論教學課，要么是分組實驗課.在理論教學課上的演示實驗，一般由教師操作，學生只是觀眾.現在，演示實驗操作員可以是教師，也可以是學生，甚至于全體參與.例如“電容器”的教學課，為了說明電容器具有儲電本領，教師將一對直徑約80cm的圓形金屬板連到起電機上，讓兩板帶上等量異種電荷后斷開.然后，請上10多個學生，讓他們手拉手站立，最后將頭尾兩名學生的另一只手分別連接到一塊帶電金屬板上.剛一搭上，10多個學生瞬間跳了起來，他們給電到了.于是課堂氣氛一下子活躍起來，每個成員都很興奮.誰都沒有想到，金屬板能夠儲蓄這么多的電荷.若干年后，大家還時常說起當時的場景.為了滿足大家動手的愿望，理論課上也可以穿插分組小實驗.如“平拋運動”課堂教學，如圖4所示，讓兩個課桌桌面等高，彼此間分開一定的距離.將一枚一元硬幣置于其中一個桌面，用直尺擊打硬幣，使之沿著桌面水平飛出.讓學生反復實驗，能否將硬幣“登陸”另一桌面.任務一經布置，教室里一片忙碌，學生拼命地用直尺擊打硬幣，以加快硬幣的飛奔速度，試圖將硬幣飛奔到另一桌面上，但結果都已失敗而告終.實驗“失敗”了，學生的認識變得十分清晰：平拋運動由水平方向和豎直方向兩個分運動組成，無論物體的水平速度有多大，豎直方向上的運動總是獨立地存在.實驗具有化繁為簡的作用，用實驗教學比用粉筆教學有時要省事得多.

（2）豐富的實驗資源.除了傳統的實驗資源外，現在又有了DIS實驗、仿真實驗、動畫實驗、視頻實驗等資源.DIS實驗使得實驗數據能夠與計算機聯網處理，仿真實驗模擬真實發生的過程，Flash動畫能使抽象問題形象化，如布朗運動、電磁波的傳播等，視頻實驗使得真實而又無法現場完成的實驗進入了教學現場.

2.5 探究手段回歸物理實驗

探究是新課程推行的重要思想，在實驗中得到了體現.體現之一是將驗證性實驗改為探究性 實驗.如“驗證牛頓第二定律”變為“探究加速度與力、質量的關系”，“驗證平行四邊形定則”變為“探究合力與分力的關系”，“驗證玻意耳定律”變為“探究氣體壓強與體積的關系”等等.這種調整不僅僅是實驗名稱的變化，更重要的是實驗思想和實驗方法發生了變化.體現之二是實驗教學方法發生了變化.以“內接法與外接法測電阻”的實驗教學為例，傳統方法是先作理論分析，得出理論上的結果，再運用實驗手段進行物證.現在的做法是教師給出實驗器材，讓學生分別用內接法和外接法測量同一只大電阻.學生認為測量值應當相同，但是實驗結果表明兩種接法的測量結果相差很大.同樣地，改用小電阻進行實驗，結果同樣如此.學生開始困惑：用內接法和外接法測量同一只電阻，為什么結果會如此懸殊？測量結果的差異性，激發了學生的認知欲望.經過體驗性探究后，學生對于理論分析充滿期待，學習投入，印象深刻.

3 高中物理實驗教學中的存在問題

3.1 實驗教學的地位明升暗降

在人教版的教材中，多數節次內容中安排了“實驗”、“演示實驗”、“做一做”等實驗欄目.但是，在人教版必修1和必修2的教材中僅安排了4個必做實驗.從必做實驗的數目來看，要求學生到實驗室去的硬性實驗數目明顯減少.所以，學生到物理實驗室的次數明顯少于課改以前，有的實驗是教師在教室里邊講邊做了，有的實驗讓學生回家因地制宜完成，有的干脆不做了.再從高考實驗數目來看，在原高考的《考試大綱》中有10多個指定性實驗，而新高考的《考試說明》一般只指定了幾個代表性實驗.

3.2 過分專業的器材讓人望而生畏

著名物理教育家朱正元教授在美國獲得博士學位回國后，提出了“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的主張，并為此終生以示范作用影響并帶動了幾代人的教學方法改革.而現在裝備一個DIS實驗室，少則幾十萬元，多則百萬元，絕大多數學校無能為力，只能望而心嘆.DIS實驗操作的較高技術要求讓一些教師知難而退.利用傳感器進行測量的原理不明，又讓教師在做實驗時心里感到不夠踏實.雖然DIS實驗已經推行了近10年，但DIS實驗器材的普及率并不高，即使在配備了的學校，多數器材只是擺放在實驗室里做做樣子、供來人參觀，裝裝門面而已.

3.3 高考實驗的考查方式讓人可以不做實驗

高考是中學教學的指揮棒.到目前為止，絕大多數高考實驗試題無法甄別學生是否動手做過實驗.相當數量的高考實驗試題，在本質上屬于理論題.學生即使做過實驗，在答題時也不一定占優勢.于是，一些教師為了追求“高效”，變“做實驗”為“講實驗”，實際效果還不錯.于是，不少學校的實驗桌上積滿了灰塵，有的物理實驗員干脆淪為儀器保管員.

1 查有梁.課堂模式論.南寧：廣西師范大學出版社，2001.

2 廖伯琴.張大昌.物理課程標準（實驗）解讀.武漢：湖北教育出版社，2004.

3 陳連余.在困惑中思考 在實踐中探索.中學物理教學參考，2006（11）：8～10