高中“源流”式物理實驗教學策略研究

邱仁和

摘 要：物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，傳統的高中物理實驗教學是“截流”式的，學生對物理實驗的理解是片面的、膚淺的和零散的。“生本”教育理念下的“源流”式物理實驗教學強調物理實驗知識的整體和聯系，“源流”式物理實驗教學策略，旨在讓學生了解物理實驗的本源，深刻理解物理實驗原理，加強實驗各方面的聯系與比較，從高度和整體上把握物理實驗，提高物理實驗教學效率。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；策略研究

1 高中“源流”式物理實驗教學符合新課程理念

郭思樂指出：對教師來說，灌輸知識比產生知識、強調知識過程要容易得多 [1 ]，截流式教學就是這樣的一種灌輸教育，而源流式教學旨在引導學生產生知識，讓他們有“制造”的體驗和成功的喜悅。

以往高中物理實驗教學總是截斷本源，“掐頭尾燒中段”的“截流”式教學。教師為什么熱衷于“截流”式教學？其一是，灌輸知識比追尋知識的本源要容易得多；其二是，功利思想，直接教給學生結論，然后通過大量的練習，能迅速解決常見的題型，短時間內即可見到成效。具體表現在教學過程中，教師講授和灌輸較多，學生思考和討論較少；演示實驗較多，探究實驗較少；關注實驗步驟和注意事項較多，關注實驗原理較少；實驗操作較多和實驗設計較少。學生沒有參與物理實驗的設計，沒有參與物理實驗知識的產生過程，學生對物理實驗的來龍去脈和內在實質一無所知，物理實驗的各方面知識是零散而無序的，對物理實驗許多方面也是知其然而不知其所以然，對物理實驗只能采用死記硬背的辦法。

學生如果不能對物理實驗有整體的了解，對實驗探究討論不夠充分，對實驗原理的理解不夠深刻，缺少再實驗和反思，就無法體會物理實驗的物理思想和科學研究方法。離開由具體到抽象的歸納，就失去本源。須知對事物發生學的了解幾乎是科學研究的最基本的一步，只有把握了事物本源的人才能徹底理解事物，才能有最大的幅度去開拓深奧 [1 ]。所以只有采用“源流”式高中物理實驗教學，才能夠最大程度地激發學生學習物理的興趣，提高物理實驗教學的效率。新課程的理念就是“以人為本”，引導學生自主學習，關注學生學習過程，關注學生知識的構建。所以“源流”式物理實驗教學，既符合新課程的要求，也符合學生認知規律。

2 “源流”式物理實驗教學策略

“源流”式高中物理實驗教學的策略必然是加強物理實驗各部分的聯系，從整體上把握物理實驗，努力讓學生參與實驗的每一個過程，探究每一個物理實驗的本源。只有讓學生了解到物理實驗的本源，體會物理實驗設計的精巧，領會物理實驗的美，感悟物理實驗的物理思想和哲學思想。學生對物理實驗才能產生濃厚的興趣和刻骨銘心的愛，對物理學習有持久的動力，達到事半功倍的效果。“源流”式物理實驗教學策略就是把握好下面幾個方面的關系：

2.1 物理實驗操作與實驗設計相結合

物理實驗的操作如果離開了實驗設計思想，那么他的操作只能是工人式的機械操作，再熟練也只能是縮短實驗時間而已，如果能夠先了解實驗設計思想，學生的操作就會有目的性，成為工程師的操作，所以在高中物理實驗教學中要特別重視讓學生參與物理實驗的設計，充分理解物理實驗的原理，這時學生的操作不再是“冷酷”的，而是富有感情的，學生在實驗操作中才會加入思考，學生在操作過程中才會充滿愛，實驗操作才能富有生命力。學生的熟練操作才能轉化為操作能力。

反過來，如果物理實驗設計離開了實驗操作的經驗支持，就會變成干癟的教條，缺乏生命力。有充分考慮實驗操作的實驗設計才能內容充實，富有人性，而且實驗操作反過來才會對實驗設計進行反思和評價，為進一步優化設計方案打下基礎。比如牛頓第二定律實驗的實驗操作中要求平衡摩擦力，此時小車要不要掛空的砂桶？小車后面要不要拖紙帶？如何才能認定小車是勻速運動？不接通打點計時器電源，可以么？許多的問題，如果你告訴學生要記住實驗操作步驟，學生如果沒有參與實驗設計，他又能記多久呢？

新課程高中物理強調科學探究，在探究過程中學生自主確定物理實驗的思想方法，設計實驗方案，學生科學探究過程中的實驗操作都是在實驗原理指導下進行的，學生在實驗操作過程中能做到“手腦并用”，就能高效培養學生實驗操作能力和實驗設計能力。

2.2 物理實驗方法與物理思想相結合

物理實驗是在一定科學理論指導下進行的 [2 ]。物理實驗方法有許多，常見的有直接比較法、等效替代法、控制變量法、累積法、模擬法、留跡法、轉換法、外推法、放大法、理想化法等等。物理實驗方法的選取，必須在物理思想的指導下進行，才能準確高效，不會誤入歧途。在物理教學過程中要讓學生一起欣賞一些經典的物理實驗，體會其中實驗方法的精妙之處，領悟其中的物理思想。比如伽利略斜面實驗是如何測時間（沒有秒表）？根據什么判斷小車在做勻變速直線運動？如何推理到自由落體運動也是勻加速直線運動？

物理思想必須通過實驗方法來體現。對稱的思想可以通過累積法來體現；連續的思想可以通過外推法來體現；等效的思想可以通過等效替代法來體現；可逆的思想可以通過逆推法來體現。比如邁克爾遜測光速的方法充分體現了對稱、連續、可逆的物理思想。愛因斯坦稱贊這一實驗的優美和方法的精湛時說“邁克爾遜是科學的藝術家” [3 ]。在物理實驗教學過程中要關注實驗方法所含的物理思想，關注每一個實驗設計蘊含的物理思想和實驗方法，這樣才能從高度上把握物理實驗。

2.3 物理實驗知識與實驗技能相結合

物理實驗知識包括物理實驗的原理、方法、步驟及儀器的工作原理和使用方法，實驗技能包括動作技能（實驗操作技能）和智慧技能（猜想、假設、數據分析）。而如何更好地使用實驗儀器，采用什么實驗方法較好，如何使實驗結論更正確，誤差更小，則是一種實驗能力。

物理實驗知識是實驗技能的基礎，學生在對物理實驗知識深入理解的前提下，實驗技能的發揮就可以達到充分。比如對某個實驗不了解，一到實驗室就按照實驗步驟一步一步地做，實驗操作技能就無法提高，不理解物理實驗的原理，就無法發揮你的智慧技能，實驗技能無法對實驗能力的提高產生影響。反過來實驗技能可以讓實驗更加順利，對物理知識的深入理解提供幫助，只有對物理實驗知識深刻理解，對實驗技能熟練掌握，才能提高物理實驗能力。如果教師能選取一些靈活性、變通性大的問題，積極創設情境，鼓勵學生發散思維，進行多方位、多角度觀察，思考、探索、想象，就可提出多種設想和解決問題的方案。在此基礎上，再引導學生進行收斂思維，確定解決問題的最佳方案。這不僅能培養學生的基本操作技能，而且能訓練學生思維的流暢性、變通性和獨創性（發散思維的三個難度），從而激活創造性思維 [4 ]。

2.4 物理實驗理論與生活實踐相結合

在學習實驗理論過程中盡量結合生活中的例子，使學生學習的理論生動而具體，對理論的理解有很大幫助，也能激發學生學習物理的興趣。比如研究自由落體運動時，我們可以用鋼珠自由下落研究鋼珠的加速度，也可以用尺子自由下落研究反應時間，還可以用水龍頭的水滴下落測重力加速度。總之要讓物理實驗走向生活。

在日常生活中也要善于發現物理現象，學會用物理規律來解釋自然現象，生活中的一些問題能夠想到用物理理論來思考，對有些問題會想辦法用實驗來探究，使生活走向物理。比如《兩小兒辯日》中早晨的太陽更紅更大，這是為什么？能否設計一個光學實驗來探究？積極開展課外探究性實驗和落實教材中的“小實驗”，“小實驗”大多數來自日常生活，具有取材方便、方法簡單、趣味性強，效果明顯等特點。比較好的將物理實驗理論與生活實際相聯系，通過物理實驗來驗證或探究一些生活現象，能夠培養學生物理實驗意識，提高物理實驗能力，樹立正確的物理思想。

2.5 物理實驗結論與物理實驗過程相結合

物理實驗過程中學生體驗，學生間的交流，學生獨立思考，學生遇到許多問題通過許多途徑和方法用實驗加以解決，這一過程中學生學會思考、學會交流、學會設計、學會求助、學會探究。實驗過程中的收獲遠比實驗結論本身重要得多。學生對自己經歷的實驗過程而得到的結論會更親切、更熱愛，“因為愛總是帶有是生產性的”。實驗過程中的問題提出、猜想和假設對物理實驗結論的得出有激勵的作用。

反過來物理實驗結論能夠促進學生對實驗過程進行反思，就有可能找到更簡潔有效的實驗方案，從而可以更新實驗過程。比如驗證牛頓第二定律實驗中我們先讓M不變，改變鉤碼m的大小測出不同的加速度a，看看a與F=mg是否成正比。得到結論后我們認為實驗操作可以改為鉤碼個數從多到少，每次減少的鉤碼都放在小車上，這時再做a-F圖象線性更好。

有過程的結論是鮮活的，有了結論再看過程是明晰的，過程和結論相結合是豐富的，能夠幫助學生更好地掌握物理實驗，提升物理實驗能力。

總之，高中物理實驗的內容很多，只有讓學生從高度上，從整體上把握物理實驗，學生對物理實驗中的思想方法和設計理念才能有深刻的理解，學生才能從物理實驗中領悟物理實驗的精髓，學生對物理實驗有深入的思考和持久的動力，就能高效培養學生的實驗能力。

參考文獻：

[1] 郭思樂.教育走向生本[M].北京：人民教育出版社，2011：25-26

[2] 張憲魁.物理科學方法教育[M].北京：中國海洋大學出版社，2000：50

[3] 愛因斯坦.愛因斯坦文集 （第I 卷）[M].上海：上海商務印書館

[4] 王丕廣.高考物理實驗與高中物理教學[D]：[碩士學位論文].山東師范大學，2009：24