改革物理分組實驗教學 促進學生主動發展

唐晟

摘要：隨著各大教育學校的發展，對于學校的各方面教學制度也有了更要的要求，除了要提高學生的書本知識，最需提上日程的就是要提高學生的動手能力、表達能力、總結能力、溝通能力。就以江蘇省姜堰中學為例，我校現在越來越重視學生各方面能力的綜合培養。本文以“驗證機械能守恒定律”為案例，對當前高中物理學生分組實驗教學提出一些改革建議，嘗試通過變革學生學習的方式來促進學生主動發展，簡單介紹如下。

關鍵字：分組實驗；改革建議；學習方式；主動發展

中圖分類號：G632.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）52-0105-02

物理學是以實驗為基礎的學科，所有物理學規律的建立都離不開觀察、實驗和思考。物理實驗可分為三類，如下：課堂演示過程、學生分組實驗、課外實驗，其中最重要的就是學生分組實驗。學生分組實驗教學是指把學生分組，在實驗室環境中，提供實驗儀器，讓學生按照一定的教學目的自主設計實驗，達到某一要求的教學過程。學生分組實驗之所以最重要，是因為它在高考書面考試范圍之內，同時也能更好地培養學生的學習興趣，增強學生的創新意識，訓練學生動手操作、自主探究、合作學習等能力，在培養學生科學素養的教育中具有獨特的地位和全方面的功能。另外，演示實驗和課外實驗這兩者均可以轉化為分組實驗來研究。

一、改革高中物理學生分組實驗教學的意義

現行高中物理教材的實驗內容大多都是驗證性的，其結果往往是唯一的或是理想化的，而教師在教學過程中也往往忽視了實驗方案的探索，幾乎不講實驗誤差或不進行誤差分析，更談不上對實驗方案和實驗結果的評估。目前大多數學校的學生分組實驗都是教師按照最常規的流程，進行各個環節，然后學生按照老師的要求和課本上的實驗步驟做實驗，按部就班完成即可。長期下去，教師教學模式僵硬、學生學習興趣低落、思維缺乏應有的多向性和靈活性，這些均不利于學生主動發展，也與新課程理念有很大的差距。按照新課標的要求，學生分組實驗應注重培養學生經歷實驗探究過程、深入對實驗過程和實驗誤差分析，強化實驗方案的自我設計、深入對實驗過程和實驗誤差分析、重視對實驗方案和實驗結果評估，從而促進學生主動發展。因此，開展高中物理學生分組實驗教學的改革迫在眉睫、意義重大。高中物理學生分組實驗如能真正落實新課標要求，最主要的是能夠強化教師教法與學生學法的相互融合，有效地促進教師對物理實驗教學的改善。

二、調整高中物理學生分組的實驗方式 加緊改變學生的學習方式

為實現新課程理念，在學生分組實驗教學過程中，我們教師可以通過訓練學生基本儀器的使用以及做試驗中需要安裝的器材，用來提高學生的實驗能力。試驗后，還要鍛煉學生的寫作能力，即實驗報告。培養他們獨立思考的能力和優良的學習態度。

三、案例分析

下面以“驗證機械能守恒定律”實驗為例，先介紹在傳統意義的實驗方案上進行設計和改進，再介紹用朗威專用軟件實驗來創新完成這個實驗。

1.傳統實驗方案的問題設計。第一，在進入實驗室之前，教師應根據實驗內容布置一些簡單的思考題，讓學生充分預習。如：（1）本實驗的目的是什么？（2）要完成這個實驗目的，你能想到哪些方案？在這些方案中你能挑一個最佳方案嗎？（3）要完成你所選定的實驗方案需要實驗室提供哪些器材？這些器材能否用我們日常生活中常見的物品來替代？可以自制嗎？第二，進入實驗室后，教師將學生合理分組，并提出一些富有啟發性或學生不易回答的問題，讓學生分組討論，培養學生合作探究、自主學習的能力。比如：（1）安裝實驗儀器時要注意什么？如何才能保證？（2）在釋放重物時應注意什么？如何才能保證？（3）從保護器材的角度考慮，我們在做實驗的過程中應注意什么？第三，在處理實驗數據之前可以組織學生討論：（1）在測量各計數點到O點的距離時，是直接測量各計數點到O點的距離，還是分別測量各計數點之間的距離？為什么？如果我們測量時使用的尺子有一定的厚度，進行測量時應該注意什么？（2）算某點的瞬時速度時，應該用什么方法？（3）在某種特定情況下，如果第一個O點附近的紙帶被損壞，此時此刻，能不能利用這種情況來測試一下重物下落工程中的機械能守恒？（4）在處理實驗中的數據時，我們可以分別計算重物下落時重力勢能的減少量，再計算重物動能的增加量，來驗證機械能是否守恒。有沒有更直觀的方法來驗證機械能守恒定律？（5）本實驗中有哪些系統誤差和偶然誤差？

2.傳統實驗方案的操作改進。驗證機械能守恒定律，在這個過程中，要想取得好的結果，最重要的就是必須要把打點計時器豎直架固定好，以便減少實驗過程中產生的阻力。圖1中顯示的打點計時器用方座支架懸在空中，復夾或燒瓶夾，在這個過程中，除了固定使用，還需要承擔計時器的重量。還有，因為計時器的位置裝置的太高，提紙帶需站到凳子上，這部分工作非常不好做，手容易顫動。所以，可以將原裝置中的打點計時器放低，如圖1（見上頁）所示。

3.朗威專用軟件實驗——擺球法。有條件的學校還可以提供給學生這樣一組實驗器材：朗威DISLab、計算機、DISLab機械能守恒實驗器（如圖2）、天平等，放開讓學生自己設計、動手完成，這套方案比傳統意義下的更簡便、快捷，原理也不難，學生小組合作應該能完成這個創新過程，涉及它的原理介紹如下。

首先要把擺球掛到固定的高度，接下來，緩緩放開，在它擺動的期間，勢能和動能之前會互相轉換能量。在這期間，空氣的阻力可以忽略不計，因為只有重力對其有影響，所以，此時此刻的機械能守恒。

在這個過程中，擺球處于最低的位置，作為零勢點，然后把光電門傳感器固定在不同的位置，把這時的高度設為點h，則在兩光電門傳感器處擺球的機械能為：E=mv2/2+mgh；

本實驗中，擺球為直徑為0.008m小圓柱體，質量為0.0075kg，擺球通過光電門傳感器時的擋光時間為t1，所以：擺球的速度為v=0.008/t1。

實驗過程與數據分析：

（1）將DISLab機械能守恒實驗器按裝配圖安裝好，把光電門傳感器固定在實驗器的A點，并接入數據采集器的第一通道。

（2）將小擺球用磁鐵夾吸住，固定在A點上方5～10厘米處。

（3）移動光電門傳感器固定臂，使用測平器觀察并調整光電門的透光孔正好在A點。

（4）選擇“計算表格”，選中“自動記錄”中的“開始”，釋放擺球，當擺球通過光電門傳感器后，阻止擺球回擺。

（5）移動光電門傳感器裝配好相關的位置，使用測平器觀察并調整光電門的透光孔分別位于B、C、D點，反復重復4次，獲取四次不同的實驗數據。

（6）選擇變量字樣，依次定義h、m，分別表示光電門距零勢點的高度和擺球的質量，一并輸入相關的數據。

（7）選擇公式字樣，輸入本次試驗中要用的具體公式，得出相關結論（見下表）。

（8）由相關結果得出：擺球在不同的四個點的機械能范圍低于5%。在合理的誤差范圍以內，可以得出相關的結論：在沒有阻礙力的情況下，機械能是守恒的。

綜上所述，高中物理學生分組實驗教學改革意義重大。結果很重要，但是過程更重要。我們的目的是提高學生的綜合素質，即動手能力、表達能力、總結能力、溝通能力。課堂上，教師的講解很重要。但是本人認為鼓勵學生動手學習、動手總結更為重要。俗話說，實踐比理論更重要。所以，學校的這方面發展，需要得到教育界的高度重視。當然，這對教師的要求也嚴格了很多。作為人民教師，不但學生要學習，我們更要學習，而且還需要時時更新教育教學理念，提升自己的能力和與時俱進的信息，切實落實新課程標準對實驗的要求，然后運用到教學中去，變革學生的學習方式，通過理論和實踐相結合的方式，將學生培養成科學素養高、創新意識強、主動發展的新型人才。endprint