對高中物理實驗設計教學的思考

曹華

摘 要：在當今世界各國的基礎教育改革中，培養學生的創造能力已成為一個重要的課題。在物理實驗中，方案的構思和設計是十分重要的環節，是培養學生創造力的關鍵。而目前的物理教學，基本上是停留在關于物理學的知識系統的歸納和理論體系的闡述上，就連物理實驗本身的教學，也是按教材的分析按部就班地進行純理論的講解，關鍵的實驗方案構思和設計的訓練被忽視了。所以很有必要進行有關物理實驗設計方面的教學。

關鍵詞：必要性；方法；實驗

通過實驗，能讓學生知道實驗設計的基本過程，能選擇可行的實驗方案，從而提高設計探究型實驗題的能力。

一、實驗設計教學的必要性

1.適應高考形勢，必須加強實驗設計的教學

《普通高中物理課程標準》中明確提出要“使學生受到科學方法的訓練，培養學生的觀察和實驗能力、科學思維能力、分析和解決問題的能力”“要鼓勵學生具有開拓意識和創新精神”，并且要求“設置適合于高中生的課題研究，培養學生獨立地研究問題的初步能力”。近年來，高考試題中也越來越體現出課程標準的要求，逐步加大了對實驗方案設計能力的考查。

2.增養學生的創新能力，必須加強實驗設計的教學

實驗設計是新的實驗方法、方案、內容、裝備等更新發展的需要，也是教改和教研的需要，是著力培養學生實驗能力、創造能力、分析解決實際問題能力及其科學素質的需要。

著名核物理學家錢三強先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，那就是思想不很活躍，這也許跟大家過去受的教育有一定關系……”我們常常教育學生“應該……”“必須……”這樣培養選拔出來的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，工作常?！巴瓿伞钡孟喈斊粒枷虢┗翢o創見。

思想不活躍，是因為我們給了學生太多的“必須”的限制，我們在實驗教學中，總是按部就班，教材上如何寫的，就要求學生如何做，限制了學生主動思考和創新；思想僵化，是因為我們留給學生太少的“可能”的余地，往往為了“更好”好地完成教學任務，我們通常都要求學生按照既定的實驗方案進行操作，而沒有給學生思考的空間。實驗設計的教學，正是活躍思想、培養能力的一種好方法。授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做，就會培養學生的創新意識和探索能力。

二、實驗設計教學的方法

1.將某些驗證性實驗改為探索性隨堂實驗

將驗證性實驗改為探索性學生實驗，需要考慮以下幾個方面的問題：

（1）從科學方法的角度考慮，該規律的建立可以有哪些不同的途徑？

例如驗證動量守恒定律，可以用實驗歸納的方法得到，也可以由牛頓第二、第三定律推導而來。

（2）從學生的認知水平和思維水平考慮，用哪一種方法更為

有利？

例如，對動量守恒定律，學生已經具備了理論推導的知識和能力基礎，在理論學習的基礎上更有利于學生理解動量守恒定律的條件，而用少數的實驗難以從特殊推向一般，因此從這一角度考慮，采用驗證的方法可能較好一些。

（3）從學生的興趣水平考慮，選擇哪一種方法更能調動學生的積極性？

（4）從教學條件和效率考慮，是否能滿足希望選擇的方法？

在確定改某一驗證性實驗為設計性實驗后，還必須認真考慮如何改造原有的驗證實驗，使其在實驗內容、實驗方法和實驗要求上更好地滿足探索性實驗的需要。

2.設計測定性實驗

教材中有一些測定性的實驗，要求測量某種普通的物理恒量、反映某種物質屬性的物理常量或某些物理量。通常只給出了一種確定的設計方案，再進行實驗?？紤]新方案的基本思路是：設法尋找未知量與已知量之間的物理關系，再從這些關系中尋找直接測量的量。由于多種物理量之間有著普遍的聯系，因此設計的方案也有多種多樣。設計時，要求學生靈活地運用知識和實驗方法，力求避開一些難測的量和不可測的量，充分考慮能夠提供的實驗條件。在學生獨立思考的基礎上組織實驗方案設計的討論，能激發學生的創見和集體的智慧，培養學生團結協作的意識。

3.設計定量研究性實驗

物理實驗研究中，必然會涉及對實驗的定性和定量研究的問題。對物理實驗進行定性或定量分析，在物理實驗研究中具有重要作用。對物理實驗進行定量的分析，尤其是在實驗的原理難以用數學的形式確定的情況下，對實驗的原理進行量的研究，將對物理實驗的教學具有重要意義，因而對物理實驗的原理進行定性或定量

的分析必須引起重視。

定量研究性實驗與測定性實驗的區別在于它有明確的探索任務，即通過探索性實驗尋找某種現象、過程所遵循的物理規律。在設計和進行這種實驗的過程中能夠使學生更多地學習科學探索的方法，如觀察提出問題、假說驗證的方法、多因子控制變量的方法、等效變換和間接測量的方法、圖像的方法等。

在平時的教學中，對學生多進行實驗設計方面的訓練，不僅符合課標提出的三維目標，而且可以使學生的思維能力、創新能力、學習能力都能得到提高。

（作者單位 江西省新余市第一中學）