例談中學物理課堂實驗設計的創新改進*

彭立君*

(岳陽市第一中學 湖南 岳陽 414000)

例談中學物理課堂實驗設計的創新改進*

彭立君*

(岳陽市第一中學 湖南 岳陽 414000)

物理學是以實驗為基礎的科學，創新改進實驗是進行中學物理課堂設計的一項重要內容，課堂實驗設計的創新改進是否成功絕大程度地決定了課堂是否會取得成功．

一般來說，實驗的創新改進會從改進儀器、添加新鮮儀器、修改實驗方案等方面著手，達到吸引學生、準確測量、有效證實問題等有價值的教學目標．實際教學中，往往在實驗創新改進時有一些較為普遍，但卻是思考不周、值得商榷的作法．

下面就具體的實驗來談談創新改進課堂實驗的思考，與同行做一交流．

1 實驗儀器的改進不能走“傻瓜型” 、“花瓶式”的道路

生活中的各種產品，為了方便群眾的使用、便于產品的推廣，或是為了吸引大眾的眼球，更多地采用了“傻瓜型”、“花瓶式”的設計．但學生實驗不同，要在實驗過程中培養學生的動手操作能力、創新思維能力，要盡可能地讓學生關注實驗本身．在做儀器改進時，因考慮到方便使用而忽視了學生實驗能力培養、因考慮精美包裝而掩蓋物理本質，是違背物理實驗本身的目的的．

在高中《物理·必修2》“實驗：研究平拋運動”的一節的課堂教學中，采用“平拋軌跡自動描畫儀”來做實驗，操作過程只需要放上小球，松開按鈕，就輕松獲得平拋軌跡．改進后節省了大量的課堂時間，且軌跡線條清晰、光滑，給平拋運動的分析講解，快速而令人信服地提供了具體直觀的研究對象．

新儀器的使用獲得教師的贊許：“這個東西好．”不過，就課堂而言，學生的時間都花在實驗數據的處理上．實驗操作簡化成“把球放到指定位置放手”，總讓人感覺到有非常的不安．學生動手操作能力的培養，本身就是物理課堂的一項重要內容，當把實驗操作簡化成“放手”唯一一個動作之后，實驗就失去了本身的價值．

同樣，在高中《物理·必修1》“牛頓第三定律”的一節的課堂教學中，教師在教學過程中忽視“兩個彈簧測力計探究作用力與反作用力的關系”的實驗，而是直接進入“傳感器探究作用力與反作用力的關系”實驗，如圖1所示．

圖1

傳感器與電腦結合準確地表示出了作用力和反作用力的大小、方向及變化關系．表面上看是完美地解決了作用力和反作用力的關系，傳感器和電腦的結合，有一種酷炫的感覺．

然而，在此實驗教學過程中，教師忽略了彈簧測力計研究相互作用力實驗(如圖2所示)的意義．彈簧測力計雖然簡陋，但可以給學生留下具體、直接的相互作用力的感受，對相互作用力形成一個較為實在的認識．有了這樣的基礎感受后，傳感器實驗準確的對相互作用力的大小、方向及變化關系的演示才有價值，不然光有電腦間接的演示圖線是難以讓學生信服的．

圖2

教師在做課堂實驗設計時，要認清課堂實驗的目的．一方面，課堂實驗不只是為理論做鋪墊，實驗儀器的改進應充分考慮到學生動手能力的培養、實驗探究能力的培養．另一方面，在實驗教學過程中，不能過分追求實驗的高大上，應該知道一些簡陋實驗可以讓學生對所研究的問題有一個更為直接、實在的認識．

2 實驗儀器的添加不宜朝復雜化、間接化方向發展

新鮮的器材設備往往能夠引起學生的關注，但有一些器材的加入會起到喧賓奪主的作用，有時會掩蓋實驗事實．做實驗改進時不能去追求新奇高科技的器材，不能因強調實驗的某一方面的效果而丟掉實驗的本質．

在高中《物理·選修3-2》教材“探究感應電流的產生條件”一節中有“搖繩發電“這個演示實驗，如圖3所示.教材中的實驗用靈敏電流計直觀地顯示出繩中的電流變化．教學過程中有教師對實驗作了改進，為了觀察方便、現象明顯，該教師把實驗中產生的電流經微電流放大后與示波器相連，學生直接觀察到示波器上電流波形的變化．

圖3 搖繩發電的演示實驗

按圖3所示做這個實驗的時候，學生都會感到驚奇——沒有常規電源的情況下，產生了電流．但觀課堂，學生顯得并無驚奇，因為學生感受不到搖繩跟示波器上波形變化的聯系．改進后的實驗增加了微電流放大、示波器這些本身都是有電源的附加器材，學生不能感受到電的來源是搖繩引起的，為何會有驚奇感呢？

教材中的實驗設計顯然更加合理，搖繩能使電流計指針產生明顯擺動，觀察可能不方便，但可以讓學生離座觀察，或用投影儀把電表投影到屏幕上讓學生觀看，繩的搖動和指針的擺動能讓學生建立起搖繩和指針擺動的直接聯系．但經過該教師的改進后，一個直接的問題卻變成一個間接的問題．當然，教材上的這個實驗也容易讓學生產生錯覺——電流計指針的擺動是隨著繩的擺動而動的．具體的教學過程中可以增加一個對比實驗，換用橡皮繩來做同樣的實驗，就可消除學生的疑慮了，如果要增加戲劇效果，可以先做橡皮繩搖動的實驗．也許這才是這個實驗需要改進的地方．

課堂中，我們希望創景激奇，引起學生的新奇感，激發學生的興趣．在教學實驗中引進一些先進的器材，但如果附加的實驗器材使一個直接的問題變成一個間接的問題，或者眼睛所看到的表面現象更加明顯了，但物理本質的邏輯關系變得模糊了，這樣的實驗改進就偏離實驗教學的基本方向，脫離了教學實驗的本質要求．

3 實驗方案的改進應朝平實直觀、簡潔通俗的方向思考

平實直觀、簡潔通俗的實驗能夠一針見血地反映問題的本質，不作任何解釋，只需要看清楚儀器，學生自己便能發現問題，這是實驗最好的改進．

在高中《物理·選修3-1》“通電導線在磁場中受到的力”一節中有探究“在勻強磁場中探究影響通電導線的受力因素”的實驗，如圖4所示．曾見教師用電子秤來測量安培力的大小，結合幾樣簡單器材，經巧妙的設計，把一個定性實驗變成了一個量化實驗．這是一個非常讓人興奮的實驗改進．

如圖5所示，改進的實驗中，放通電導線的支架放在電子秤上，條形磁鐵另外懸掛在通電導線上方獨立的支架上，條形磁鐵跨在通電導線上，分別改變電流的大小和磁鐵的條數(通電導線處于磁場中的長度)，通過電子秤觀察安培力的數值變化．實驗直觀簡潔，學生能夠直接感受到通電導線所受安培力的影響因素，并能準確快速地找到物理量之間的具體關系．

圖4 圖5 通電導線在磁場中受力的改進實驗

定性實驗改進成量化實驗是常見的一種實驗改進模式，但也不能只追求量化．這個實驗的成功改進在于，教師把一個生活中沒有體會的問題，通過自己的創新實驗設計準確直觀地呈現在學生面前，就像賣菜一樣論斤論兩地讓學生來感受．這種改變不耍一點花招，讓學生不得不信服這種力的存在，并很快建立起這種力與其他物理量之間的關系．

總的來說，中學課堂實驗有別于科學研究性的實驗，教學實驗與所研究的問題之間的關系應該一目了然，越簡潔越好．如何在實驗教學中選擇改進實驗儀器、選擇改進實驗方案，不能只追求操作的方便、儀器本身的新鮮(甚至于一種嘩眾取寵的心態)以及數據的準確量化，而應該更多地考慮到實驗本身帶給學生在知識領會、能力培養、品性情感熏陶等各方面的影響．

**湖南省教育科學規劃課題“自主探究合作型高效課堂構建的實踐與研究”階段性成果之一，課題編號：xjk011cjj051

2016-06-30)