多方面優化實驗教學 全面提高學生科學素養

張紹桂

（天津市咸水沽第一中學 天津 300350）

當前，基礎教育課程改革已經全面展開.這是一場劃時代的深刻改革，它的基本理念是“以學生為本”，培養全體學生終生發展的興趣和能力.高中物理新課程標準反映了現代物理教學鮮明的時代感和使命感.

物理學是一門以實驗為基礎的自然學科，所有的物理概念、規律和理論，都是在實驗的基礎上建立起來的.高中物理課程各個模塊中都安排了一些典型的科學探究或物理實驗.新課標明確指出，物理實驗是人類認識世界的一項重要活動，是進行科學研究的基礎.高中物理課程應該促進學生自主學習，讓學生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考，培養學生實事求是、嚴謹認真的科學態度，養成交流與合作的良好習慣.

新形勢對物理實驗教學的改革和發展提出了新的要求.在新課改的視野下重新審視高中物理實驗教學具有重大的理論和實踐意義.在教學中不斷優化實驗教學，培養學生自主學習能力，培養科學探究的興趣和能力成為課程改革的重點.課程標準理念為物理實驗教學改革提供了新的思想理論.

1 實驗在高中物理教學中的地位與作用

實驗是人類認識世界的一項重要實踐活動，是聯系理論與實際的紐帶，是進行科學研究的基礎.物理學是建立在觀察和實驗基礎上的學科，以實驗為基礎是物理教學的基本特征.物理實驗是研究和學習物理學最基本的方法，它是物理知識的源泉，無論是概念的建立，還是規律的探索和論證都離不開實驗.物理實驗是中學物理教學體系中不可缺少的元素.

物理實驗對激發學生學習興趣，培養學生的觀察能力、思維能力、探索能力，啟迪學生思維，培養科學方法和創新精神均能產生積極有效的作用.實驗是培養學生求真務實、團結協作等人格品質的重要途徑，通過實驗不僅可以培養學生的獨立性、自主性，還可以培養學生互相協作、取長補短的優良品質以及實事求是的優良作風.

2 《標準》對實驗教學的要求

《標準》明確指出：物理實驗是高中物理教學的重要內容.物理教學要突出學科特點，發揮實驗在教學中的重要作用.實驗是了解、研究自然規律的重要方法，它的作用不僅是為了獲取信息.要重視學生的實驗技能的提高，會使用基本儀器，能根據實驗目的和已有條件制定實驗方案，能正確考慮實驗的變量以控制實驗條件，進行正確的操作，能采用多種方式搜集數據，能對實驗數據進行正確的處理分析得出結論并會對實驗結果進行恰當的解釋和描述等等.

《標準》不僅強化了學生的參與性，更強調了實驗的過程性.課程標準理念深刻地改變了物理實驗教學的目標、性質和模式，從單純為了學習知識，驗證理論，學習操作技能，轉變為以全面培養學生科學素質為目標的課程.

3 具體做法個案

3.1 讓演示實驗活起來

課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分，是物理教學中的一種重要的教學方法之一，也是讓學生直接了解物理概念、規律的主要手段.

演示實驗應根據不同教學內容和要求，選擇合適的實驗，合理地進行實驗，以便讓學生清楚地認清物理概念和規律.

演示實驗的效果，主要看它是否能幫助學生在大腦中建立起基礎物理現象的鮮明表象，以促進學生理解知識，提高學習物理的興趣.如，為使學生對磁場磁感線的空間分布有一個直觀形象的感性認識，教學中用實驗來顯示磁場的磁感線分布是很必要的.但是教材中所給出的是平面分布圖，通過語言描述，也很難讓學生想象出它的空間分布.這時用“磁體的磁感線立體分布模型”（圖1），就可以把永久磁鐵產生的磁場的磁感線形象生動、直觀、完整地展示給學生，空間效果非常明顯，而且極大地激發了學生的學習興趣.

圖1 磁體的磁感線立體分布模型

課堂教學是教師與學生共同活動的過程，學生主體的能動作用是取得學習成功的內部因素，起著決定性作用.所以教師在發揮主導作用的同時，應充分調動學生的主動性和積極性.讓學生在教師指導下積極參與演示實驗，或者在適當的時候讓他們成為演示實驗的“主人公”，不僅有顯示學生實驗技能的機會，還能得到科學方法的訓練及能力的培養，加深理解和掌握物理概念和規律，同時可領略物理學的思想，培養科學態度和科學方法.某些演示實驗可以讓學生操作，還有些演示實驗在條件許可的情況下，或在可以創造條件的前提下改造為分組實驗，讓學生通過物理實驗來驗證或探索某些物理結論.

如在“力的合成”教學中，把演示實驗改為分組實驗.學生在教師的指導下，動手、動口、動腦，積極參與教學過程，通過“猜測、實驗、歸納、總結”的完整過程，得出“平行四邊形定則”.變被動地接受知識為主動探索新知識，自覺、主動地和教師、同學、教具相互作用，進行信息交流，自我調節.形成一種和諧親密、積極參與的教學氣氛，一個思維活躍、鼓勵創新的環境產生了！滿足了學生成為“發現者”的愿望，激發成就感.學生的思維在開放、發散中漲落，在求異、探索中又趨于有序；培養了學生獨立操作能力，發展了學生的思維能力、創造能力，讓學生做到步步有序，環環相扣.

3.2 讓實驗教學和現代科技一起進步

現代科學技術的飛速發展，使人類社會進入了信息時代，也使更多功能完善、特點各異的現代教育媒體進入物理課堂，教學環境煥然一新.下面例舉我們在實際中的一些應用.

視頻展臺是物理教學中最普遍、最常規、最有效的電化教學媒體，它容易操縱和控制，經濟而又方便，可將教學所需的插圖、圖表、示意圖等直接投影使用，如圖2所示，可以投影放大教學實驗的動態過程.

圖2 利用投影儀放大教學實驗的動態過程

隨著計算機技術的進步，視頻演示也已經可以隨心所欲地在課堂上發揮它應有的作用，如在講解“探究力的平行四邊形定則”的實驗步驟時，我們用微機上的攝像頭對實驗進行實拍投影，學生就能清楚地看到實驗全過程發生的現象，增強了實驗的說服力.

計算機具有強大的模擬功能，能對很多不易看到的、現象不明顯的、學生很難觀察或不便做的實驗，制成課件，進行仿真模擬.通過模擬，使學生很好地理解物理教學中的重點和難點.學生在輕松愉快的氣氛中學習，在直觀形象的情境中求知，可極大地集中注意力，有助于學生對知識全面、準確地理解，提高效率.如可以采用如圖3所示的flash動畫進行“探究運動的獨立性”的教學.其中C，D 為兩個電磁鐵，軌道的高度可調，始終保證AC ＝BD 以使兩球在軌道出口處的水平初速度相等.如兩小球分別由C，D 兩點同時釋放，它們總能在AE 軌道上的某點相碰，說明豎直方向的運動和水平方向上的運動是互不影響的［1］.

圖3 利用flash動畫進行教學

數字技術的普及為物理教學提供了全新的技術手段和教學平臺.DIS系統的功能全面增強，也為物理實驗教學的調整帶來機遇.如借助于傳感器和計算機不僅可以精致地顯示兩物體之間相互作用的關系，而且可以準確地顯示出運動中兩物體間相互作用力的關系，這是常規實驗很難達到的.

視頻影像能夠真實全面地記錄整個物理過程或教學內容.由于受學生知識水平、設備條件等多方面因素的限制，學生不可能對與物理知識相關的所有實際現象都有深刻的印象，甚至對有的現象沒有絲毫的感知，這時就可以利用視頻進行教學.如必修2“宇宙航行”一節，可播放“神州六號發射”視頻把人類向宇宙進軍的成果展示給學生.這些逼真的鏡頭不僅可以擴大學生的視野，幫學生生動、形象、具體地認識天體及其運行規律，還能讓學生體會到人類向宇宙進軍的偉大壯舉而受到巨大的鼓舞.再如，必修2中用砂輪打磨下來的熾熱微粒的運動方向演示“做曲線運動物體的速度方向”時，不可能在課堂上現場演示，而相關的視頻可以非常清晰地將微粒的運動方向展示出來.

把多種媒體優化組合后的教學不僅有利于激發學生學習興趣和知識的傳授，更重要的是能用它幫助學生建立物理模型，讓學生更好地觀察物理現象，分析思考物理過程，使教師的教和學生的學都變得輕松自如，也正因如此多媒體技術在物理教學中的地位越來越重要.比如，利用“平拋豎落儀”（圖4）演示平拋運動在豎直方向為自由落體運動時，可以結合“平拋豎落儀”、實物投影和大屏幕非常清晰地演示出“同時從同一高度平拋和自由落體同時落地”，也可以用數碼相機的連拍功能在大屏幕上回放，效果也很好.

圖4 利用“平拋豎落儀”做演示

再如，在高三電路實驗復習課中，筆者就將包含實驗、視頻、實物投影、課件等多種媒體根據課堂教學需求靈活地優化組合.器材的選擇、實驗方法和過程的設計都交給學生決定，讓學生自主通過討論、實驗、探究得出結論，使學生在學習過程中不僅學習了課本知識，更體驗到“發現”和“探索”的樂趣，鍛煉了動手能力.學生充分利用課下的時間分組進行準備，在動手的同時又動腦，獨立地發現問題，真正成為學習的主人.這樣的教學設計既提高了學生的實驗技能、主動獲取信息、處理信息的能力，又活躍了學生的思維，培養了學生的科學態度和探索精神、合作精神，有效地提高了復習的效率，增強了學生的科學素養，增強了學生的能力.

3.3 讓自制教具在物理教學中大放光彩

李政道博士說過，“自制的教具，永遠比買的好”.自制教具有不花錢或少花錢，制作簡單，使用方便，實用性強等特點，更具有親切感，如果鼓勵學生自創實驗，自制實驗器材，就更有利于滲透創造性的教育.

例如，“質點在平面內的運動”一節要求學生觀察相互垂直的兩個勻速運動的合運動，課后要求學生自制如圖5所示裝置進行自主探究.

圖5 用自制儀器自主探究“質點在平面內的運動”

如圖6所示，在坐標系xOy 中描述小重物運動，x 軸為直尺方向，y 軸為豎直方向，鉛筆沿直尺移動，小重物在水平和豎直方向有相同的位移，如果鉛筆勻速運動，小重物在水平和豎直兩個方向以相同的速度勻速運動，可觀察運動的合成.

圖6

3.4 讓學生在探究實驗中學習進步

探究性學習是一種讓學生自己查閱資料、自己探究發現、自己搜集處理信息、直接體驗學習過程的一種學習方式.探究教學給予師生很大的自主空間，新課程理念要求教學要貼近學生的生活實際.

在探究性學習過程中學生可以用類似科學研究的方式，主動地獲取信息，運用已學知識分析、討論、解決實際問題，這樣就可以改變學生單純、被動地接受教師傳授知識的學習方式，幫助學生形成一種對知識主動探求，并重視解決實際問題的積極學習的方式［2］.在探究性學習過程中全面培養學生綜合運用所學知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力及合作能力；培養學生獨立思考的習慣，激發學生的創新意識.

例如，高中物理中有關重力加速度的知識.學生在學過力學以后對重力加速度的概念有了初步的了解和認識.如何進一步加深對科學概念的理解和對已有的相關規律的重新認識以及有效進行復習，重力加速度起到了一個“穿針引線”的載體作用.教學中通過組織引導學生根據學過的物理規律自選實驗器材，自主設計實驗測定當地的重力加速度（學生分別選擇了平衡法、單擺法、打點計時器法、滴水法、勻變速規律法等多種方法）.學生通過實驗既可以了解科學探究給科學帶來的理性的生命力，使學生在小小課堂上有“科學家”的親身體驗，知道科學不是被動地吸收過程，也不是死記硬背一些知識，而是將它作為一項研究，親身感悟其科學結論的得出過程，又可以提高學生動手動腦能力，最終達到知其然更知其所以然的良好效果.

把探究性學習活動融入物理教學的過程，實際上也是物理教法、學法改革的過程.在“教”與“學”雙邊互動中，學生不僅能理解物理知識，掌握基本技能，培養一定的科學素質，創新意識，而且學會學習，可以適應社會發展的需要；教師在參與指導學生的過程中也會受到創新的啟發，吸納新知識，更新科學觀念，適應新的課程變革，適應教育改革新形勢的要求.

高中物理實驗教學的改革是物理教學改革的重要組成部分，是落實物理課程三維目標，全面提高學生科學素養的重要途徑，也是物理課程改革的重要資源.任何事物都是在改革中創新，在創新中發展的，實驗教學也不例外，還有許多新的規律等待著我們去探索、研究、發展、完善.

1 徐小飛.基于課堂教學的實驗改進.數理化解題研究，2012（12）：54

2 邱石.探究性學習綜述.呼和浩特：遠方出版社，2005.1