淺談高中電學實驗

陳慧

【摘要】高中物理電學實驗是教學重點和難點，也就是高考的重要考點。電學實驗本身的特點，以及當前教學中存在各種問題，對學生完成基本的電學實驗帶來很大阻礙，更無法提高學生自主實驗技能和探究能力。為提高學生對電學實驗的掌握和應用能力，結合各種新型的儀器和信息化手段提出了電學實驗的幾種提升方案。

【關鍵詞】電學實驗；儀器；信息化

一、電學實驗的困境

1.電學實驗儀器的陳舊和更新換代滯后

目前，在高中基本上建立了專用的電學實驗室，配備了整套電學實驗設備。電流表和電壓表都統一裝備在實驗臺，同時也有可移動的表。

但在實際的使用過程中，存在許多問題。所使用的電學儀器基本都是傳統的儀器，比如電流表和電壓表都是指針式的，多用電表也是指針式的。學生在實驗室只是掌握了傳統的儀器使用方法，結果一到日常生活生產中對更加普遍使用的數字式儀器不會讀數不會使用。同時破舊的實驗儀器存在讀數困難、操作復雜、精度差、整合不夠等各種缺陷，極大地阻礙了學生完成實驗和培養實驗的興趣和能力。

2.電學實驗理念的落后

據美國心理學家布魯納的發現理論：教學過程應是在教師的啟發、引導下，讓學生親自去發現問題，探究問題，培養學生發現的習慣和能力。實驗就是非常好的培養方式，其中探究性實驗更是極大地提高學生學習興趣，并在探究的過程中掌握研究的思維和能力，達到學好物理。

電學實驗的內容很多，如探究決定電阻的因素、多用電表的使用、電源電動勢和內阻的測量、小燈泡的伏安特性曲線等。這些實驗在設計上其實都可是設計成探究性實驗，也容易開展探究學習。但有非常多的一線教師由于各種原因，大多采用演示實驗完成基本教學任務，甚至有教師連實驗都免了。如此落后的實驗理念，不但沒能有效地完成教學任務，更不用談提高學生實驗能力和實驗素養。

3.新高考的要求和目前教學效果的矛盾，及新技術迅猛發展提出的要求

今年全國Ⅰ卷電學實驗：組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統，要求學生自主根據提供的器材完成實驗。從這道題目可以看出，對電學實驗提出了比較高的要求。全面考察了學生對基本電學儀器、電路設計、新型元件的使用，通過電學實驗反映出學生解決問題的能力。但考后的得分不盡人意，有考生不要說根據題目設計實驗，連熱敏電阻是什么都不知。

所以結合第二點可知，教師即使很好地完成了基本的實驗教學任務，沒有從新高考下對電學實驗的要求去教學和指導學生，那么是無法完成教學任務和高考選拔人才的功能。

同時更大的挑戰在于，由于技術的更新迭代加快，信息化背景下整個國家的教育變革也提出了教育信息化的要求。這必然要求高中教育，在完成基本的知識傳遞之外，還要提供給學生更新更多的選擇。如果高中實驗教學還停留在傳統的儀器、傳統的實驗方法和傳統的實驗思維，必將無法完成教育任務和社會發展的要求。

二、電學實驗困境的解決策略

1.電學實驗儀器的改進

《基礎教育課程改革綱要（實行）》就基礎教育課程改革的具體要求：改革課程內容“繁、難、偏、舊”和過于注重書本知識現狀，加強課程內容與學生生活以及現代社會和科技發展的聯系，關注學生的學習興趣和經驗，精選終身學習必備的基礎知識和技能。

為此實驗室教師要做好常整理，會整理的工作。破舊的實驗儀器要盡早更換，對于質量存在問題的實驗器材廠家堅決不采購，每次實驗過后要及時排查損壞的實 驗器材。同時實驗室教師要聯合任課教師，增添新型的儀器，甚至自制一些實驗儀器。

現代的日常生活中，科技進步非常迅速，可以用日新月異來形容。春晚出現的智能機器人，代表了國家對智能化對科技發展的重視。同時在無人機、智能穿戴、無人駕駛等各個新型領域，都出現了有別于以往的新概念新器材。而我們當前的實驗設備，已經遠遠落后于時代的發展。

為此，我們必須要對目前的實驗儀器進行更新換代，增添切合現實生活的儀器，為學生打開視野。

（1）電流表電壓表

（指針式電表） （數字式電表）

傳統指針式電表價錢比較低，但讀數受人為影響比較大，量程比較小易損壞，交直流電表不同。數字式電表讀數精準度提高，量程大并設有過載保護，不需要選擇量程，可測交流和直流。

（2）多用電表

（指針式多用電表） （數字式多用電表）

指針式多用電表，表盤復雜，讀數存在比較大的誤差，操作相對復雜。

數字式多用電表，操作簡單，直接讀取數據，不容易出錯，在現實日常生產中使用比較廣泛。

（3）變阻器

（滑動變阻器）（電阻箱）（吊扇調速器）

前者主要特點實現電阻的連續性變化，后者特點能夠直接讀出具體的電阻值，吊扇調速器原理跟電阻箱類似。增添該生活原件，有助于教學，提高學生興趣，掌握一定的生活常識。

（4）傳感器

傳感器是測量和探索自然界各種參數的檢測元件，有人稱其為“探頭”（probe），英文中還有“sensor”（敏感元件）與“transducer”（傳感器）之稱。國際標準化組織（ISO）工業標準“JIS-Z130”將傳感器定義為“對應于被測量，能給出易于處理的輸出信號的變換器”。國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：能感受規定的被測量，并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。

實際上，主要是完成光、熱、電、力學量和機械量之間的變換或轉換，把非電學量轉換為電學量。傳感器技術解決了如何準確、可靠地獲取系統中的信息，并結合通信技術和計算機技術完成對信息的傳輸和處理，最終實現對系統控制的目的。因此，傳感器技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大基礎學科。

傳感器在精確性、可靠性、靈敏性三個指標上都得到保證，其對非電學量方便地進行了測量、傳輸或控制的功能，也拓寬了電學設計性實驗研究的范疇。應用傳感器測量物理量作為重要的物理量測量方法來掌握，可以將中學實驗不能定量測量的量變成可以定量測量的量。這樣豐富了物理實驗的測量方法，改善了物理量測量的技術手段，加深了中學實驗的深度。

比較常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器，實現了實時采集數據，建立相應坐標關系進行數據處理。

粵教版教材就專門設立一章來探究傳感器，足見教材開發者對此的重視。而高中的教學并沒有重視這章，沒有將傳感器與力學實驗和電學實驗想融合，這是不可取的。

以上儀器在教學過程中使用，即可以解決教學任務，同時又提高學生學習物理的興趣，掌握最新式的儀器，真正實現物理來源于生活又反作用于生活的理念。

2.電學實驗理念的改變和創新

物理實驗是人們根據研究和學習的目的，利用物理儀器和設備，人為地模擬物理現象，排除各種偶然因素的干擾，突出主要因素，在有利的條件下重復地去研究物理現象及其規律的活動。物理實驗是建立和檢驗物理理論的基礎和有利武器，是物理學習的一種重要研究方法。物理實驗既是物理教學的手段，同時又是物理教學的目的。因此，在物理教學中，必須樹立物理教學應當以實驗為基礎的基本觀點。

（1）實驗目的改進和創新

隨著技術水平的發展，實驗設備不斷完善了，學生的能力也逐步地提升了。教學中原來只是理論講解的可以轉變為演示實驗，甚至是探究性實驗，原來是演示實驗也可以轉變為學生探究性實驗，原來是驗證性實驗也可以改為探究性實驗。

如電學實驗中對電流表和電壓表的改裝問題，因為該知識點不是高考的考點，導致教師基本是停留在理論分析，并沒有通過實驗來真正展示給學生。教學過后，學生也只是知道電流表改裝是并聯小電阻，電壓表改裝是串聯大電阻，無法體會到所學知識轉化為實際應用的樂趣和價值。

從實驗設計上是完全具備實驗操作的，可以采用教師演示或者是學生探究性都可以。每個實驗室都有靈敏電流表、電阻、電流表、導線、電源，只需要按照電流表的改裝原理，就可以將理論學習轉化為學生實驗學習。讓學生在實驗過程中，切實體會電表改裝原理，并掌握改裝的技巧，進而激發學生主動探究的欲望和能力。

（2）實驗方法的改進和創新

目前有些物理實驗，存在實驗原理和實驗方法不夠完善導致的誤差，或者是定性的研究可以轉變為定量的測量，或者是改變數據處理方法。雖然是簡單的一個實驗方法的改進，但可以達到訓練學生創新思維的目的，提升了學生實驗方案設計的能力，而這點也正是當前高考電學實驗的方向。

如在描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗中，測量出如圖所示的實驗數據后，使用Excel對小燈泡的U-I數據進行描述，可以得到下圖曲線，進一步得到結論，在課堂上解決時間。而Excel本身就是常用的電子表格軟件，廣泛應用于數據統計和分析、辦公自動化等領域，具有豐富的函數庫和程序模塊，具有強大的數值計算和繪圖功能，已經納入普通高中信息課程中。在人教版教材中，已經有多處使用Excel對實驗數據進行分析處理的。學生通過對實驗數據的處理，既可以很好地完成實驗，又可以培養對數據的處理方法。

（3）實驗現象呈現的改進和創新

高中全面實施新課程，數字信息系統實驗室（DISLab）作為現代教育技術手段逐漸進入高中物理實驗室，成為信息技術與物理學科整合的有效手段。正如前文提出，粵教版教材有一整章對傳感器及其應用就提出具體可行的內容介紹。

物理實驗是物理學科的基礎和重要組成，是實現教學目標的基本手段之一。將物理實驗論和系統學理論為基礎，對現有高中物理電學實驗進行改進和創新，用數字實驗平臺可以實現電學實驗的呈現更加的形象立體直接。

如恒定電流一章實驗，可采用DISLab平臺重新處理相關實驗，用電流、電壓傳感器代替電流、電壓表，以直接獲得兩者的關系圖線，直觀得到電阻、電燈泡電阻、二極管的特性曲線，加深對歐姆定律的理解，進一步加強對傳感器的使用。

通過實驗的操作，學生經歷數據采集、計算、描點、畫線、增加變量、再采集、計算、描點、畫線的過程，最后基于實驗數據得到電流和電阻的關系。

通過這種實驗現象的呈現方式的創新，學生懂得如何通過圖線發現物理的本質特征，初步認識到圖線背后的模型意義，掌握了應用新型手段獲取信息的方法。而這種方法，又是未來生活的必備技能，切合時代的發展。

3.電學實驗室的管理創新

隨著技術的發展和高考改革的要求，實驗室的功能也要隨之發生改變和創新。實驗室不單單作為教師完成教學任務的場所，更應該成為學生創造的平臺。實驗室的概念也不應該局限于以往的空間限制，應該把實驗室延伸到網絡信息化平臺。

電學實驗難于操作，難于理解，難以完成，并且高考的電學實驗更加趨向于探究性實驗和設計性實驗。在日常的教學時間之內，僅僅完成基本的實驗已經是非常艱難，更加不用談培養學生探究能力和解決問題的能力。

電學實驗室應該對所有學生進行開放，學生可以采取微信公眾號預約的方式來預訂實驗室。而實驗室教師根據預約做好登記按照實驗，并在實驗過程中給予學生指導和解答。同時，電學實驗應該分設兩個區，基本實驗區和探究實驗區。基本實驗區包括教材中出現的基本實驗和考試中變化的實驗，提供相應的實驗題目給予參考。探究實驗區包括高考中探究性的題目，更重要的是學生自主設計實驗。實驗室對學生自主設計實驗要給予大力支持，包括儀器的采購、設計的指導、成果的展示等。

如電學試驗中電磁繼電器，學生對實驗原理是理解的，但是缺乏實踐操作。而該實驗器材是非常容易獲得，對此實驗室就應該開設一門電磁繼電器的設計課作為開放式實驗課程之一對外開放。

電學實驗，既是教師教學能力體現的最好內容，更是培養學生能力的最佳平臺。對電學實驗的研究，要不斷深化難度和廣度，更要貼近生活、緊跟時代步伐，實現物理來源于生活的理念。

參考文獻

[1]惠潤.利用DISLab完善高中電磁學實驗體系的應用研究[D].2009.

[2]張振云.物理實驗教學的魅力與價值 [J].內江科技， 2007，02.