浅谈高中物理实验教学

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  摘 要: 物理学是一门建立在实验基础上的学科,如何在教学中搞好实验教学是每位物理教师都必须重视的问题。在分析高中物理实验教学现状的基础上,作者结合对自身教学的反思、分析,对如何有效实施物理实验教学及如何让学生成为学习的主体,积极展示个性等问题进行了思考和探究。
  关键词: 高中物理实验教学 问题 对策
  
  物理科学伴随着物理实验的发展而发展。在教育教学领域,物理实验教学发展到今天,对物理教学起到了巨大的推动和促进作用。新课程标准提出的“三位一体”的目标应该是我们教学实践追求的终极目标。然而,随着基础教育改革的深入,以往实验教学中存在的缺陷逐渐暴露出来,也引起越来越多的人的关注。下面我结合多年的教学经验和反思,就高中物理实验教学问题谈一些看法。
  1.问题的提出
  1.1新课标的实验要求。
  《普通高中物理课程标准(实验)》明确提出:实验是物理课程改革的重要环节,是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径,也是物理课程改革的重要资源。
  观察现象、进行演示和学生实验,能够使学生对物理事实获得具体、明确的认识,这是理解概念和规律必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验技能,培养实事求是的科学态度,引起学习兴趣,具有不可代替的重要作用。学校和教师应根据课程标准的要求安排足够的学生实验和演示实验;应最大限度地利用实验室现有的器材,力求利用多年闲置的器材开发新的实验;应充分地开发和利用实验室的丰富课程资源,尽快改变实验室的封闭式管理状态,实验室应该尽快向学生开放,鼓励学生主动做课外实验。
  开设“物理实验专题”模块,目的是使学生较为深入地学习物理实验的有关理论、方法和技能;进一步提高学生的实验素养,激发学生实验探究的兴趣;增强学生的创新意识;培养学生实事求是、严谨认真的科学态度;养成交流与合作的良好习惯;发展学生的实践能力。在本模块中,学生应完成不同难度的实验,原则上实验数量不少于8个。模块的设计尤其注重从以下几个方面培养学生:(1)经历实验探究过程;(2)强化实验方案的自我设计;(3)深入对实验过程和实验误差分析;(4)重视对实验方案和实验结果评估。
  我们不难看到新课标重新审视了基础教育中的实验问题,并提出了明确的要求,高中物理实验的改革势在必行。
  1.2实验教学的现状。
  1.2.1教师的主要问题
  1.2.1.1在课改的大背景下,教师们在实验教学的理念上都有了显著的提高,但在实际的教学中依然存在较大差距。普通中学一线物理老师工作量大,没有足够的时间和精力花在实验教学上,学校能做的实验就做,不能做的实验就放弃,不好做的实验就算了。
  1.2.1.2受传统应试教育的影响,普遍认为“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”。许多教师存在着重理论轻实验的思想,不愿意开展实验教学。
  1.2.1.3课件、视频放不停,急功近利走捷径。演示实验看视频,学生实验放录像,实验教学的基本原则没有得到体现,从实验内容到探究体验都没有给学生留出足够的发展空间。
  综上所述,核心问题是教师教学理念有待更新,教学方法有待改变。
  1.2.2学生的主要问题
  1.2.2.1死记硬背实验结论,做看客而不是主人。许多学生拿到实验题目后,首先做的不是根据题目要求设计实验方案,进行实际操作,依据实验记录,推出实验结论,而是只凭脑子里死记硬背的知识,机械地默写实验结论,以“背”实验结论“代替”实验操作。部分同学做实验时只是匆匆看客。
  1.2.2.2大多数同学认为做实验费时,考试又不考动手操作。尤其是近些年,高考发生了重大的变化,创新实验、能力考查越来越多,对教材上基本实验的器材步骤、方法过程、数据处理、误差分析等考察比例越来越小,对选学物理的同学也同样缺乏吸引力。
  综上所述,核心问题是学生思想认识不到位,实验积极性不高。
  1.2.3教育评价的主要问题
  现实中,学校的教育评价很多时候只是简单的文化课考试,实验操作评价理论与实践缺乏全面的深入整合,难以找到可行的评定标准。即使是具有权威的“高考”也不能对实验操作、亲身实践等环节进行直接评价。其结果是学校、老师和学生都忽视了实验的本真意义。
  综上所述,核心问题是缺乏具体到位的可操作性评价体系。
  2.解决问题的对策
  要想使物理实验真正成为学生的实验,探究的实验,有希望的实验,就要变学生被动操作实验为主动的情感体验过程,把单独的实验有机结合起来,把实验室里的实验拓宽为生活中的实验、社会中的实验,让学生在感情上喜欢物理实验,在心理上重视物理实验,从精神上崇敬物理实验,在行动上能把物理实验当作对知识的探索和发现的一种手段,全方位地体验物理实验的酸甜苦辣,而不是把实验室当做放松和玩乐的地方。我在充分保留传统实验优点的基础上,主要从以下七个方面寻求拓宽实验的视野。
  2.1实验优先,开展随堂小实验:手脑并用,激趣益智。
  “课内小实验是穿插在课堂教学过程中的学生小实验”,即将教材中以住不受重视的认为无足轻重的小实验搬到课堂上,让学生利用手边的物品就能方便开展的实验[1]。内容如新教材上的“说一说”、“做一做”或习题中的实践性的内容,凡是可以在课堂上轻松完成的,就尽量让学生当堂完成。我在学完《用打点计时器测速度》后,要求学生同桌为一组合作完成“自制打点计时器”的小实验,通过实验测出纸带速度并判断纸带运动情况。我惊喜地发现学生的热情高涨。在后面的教学过程中,学生解除了被动连续听课的困乏,以饱满的热情投入后续的学习中。课内小实验的主要特点是取材容易,通常就地取材。在学完《自由落体运动》后,我在课堂上组织学生两人一组利用手边能找到的物品“测定反应时间”。学生们除了刻度尺,还用上了课本、铅笔等各式各样长条形的东西,实验中爆发了阵阵开怀的大笑,实验取得成功后的喜悦、自信心,无疑对学生以后探索知识的奥秘奠定了基础。
  2.2实现教、学角色的转变,学生是“演员”,教师是“导演”。
  “激发学习兴趣”是中学物理教学目的任务之一,实验教学是“激发学习兴趣”最有效的方法[2]。实验给学生提供了亲自动手的机会,既能调动学生获取知识的积极性,增强主动性,又能让学生在动手过程中,通过设计、操作、观察、分析、归纳,自我解决头脑中的“为什么”,总结出合乎事物发展的新规律,使学生独特的个性和创新能力在动手寻找知识真谛的过程中得到发展。因此,在教学设备能够满足需要的情况下,或经过努力能够创造条件的情况下,应尽可能地变演示实验为学生实验,充分发挥学生的主动性,真正实现教、学角色的转变。例如为了让更多的学生直接参与实验,在“红蜡块的运动”演示实验中,我先召集志愿者到讲台演示,一人操作玻璃管,使管子慢慢地匀速地水平移动,而另一人则每过几秒就记录一次红蜡块的位置,最后连接这些位置,从而得到红蜡块的运动轨迹。接着向学生提出要求:“大家能否自行设计一个实验,在纸上画出类似红蜡块的运动轨迹?”很快就有学生想到了一个绝妙的主意:用纸做一个比铅笔略粗的圆筒并套在铅笔上,同桌两人合作,匀速地移动铅笔和圆筒,并定时记录圆筒的位置。这样,一个自创的小型“运动的合成与分解”实验就新鲜出笼了。可见,学生缺少的不是创新意识,而是缺少创新的环境和机会。
  2.3将物理实验与探究性学习相结合,实现从被动学习到主动学习的转变。
  探究性实验是根据教材的特点和学生实际情况,3—4人一组,在学生已有知识和具有初步实验技能的条件下,教师提出课题,指导学生动手、动脑,在实验中观察现象,主动探索,然后得出物理规律。通过探究式实验,学生不但能掌握基本仪器的使用方法、基本实验原理及其设计、实验数据的处理方法、能力型实验的研究对策,培养实事求是的实验态度、团结协作的能力、敢于怀疑的精神和探索创新的意识,等等,而且能懂得要变换角度、变换问题认识同一件事,例如:测电阻的实验,可以使用不同器材,不同方法,不同电路,其方法很多,有伏安法、滑安法、滑伏法、替代法、半偏法等,电路也有内、外接法,限流、分压接法,等等,共同点是应用了部分或闭合电路的欧姆定律。
  2.4让实验室成为学生学习物理的主要阵地,给学生创造更多的动手机会,提高学生设计实验的能力。
  开放实验室,精选课外实验,尽量创造更多的条件,给学生更多的时间和空间动手做实验,是提高学生物理实验能力的关键。由于人的能力差异,一些学生动手能力不强,在实验中往往处于旁观者的地位,有时想做实验,又怕周围的同学讥笑。让学生常到实验室,可以给学生更多的动手机会,使动手能力较差的同学得到锻炼,增强其实验能力。办法可以采取教师指导的形式或根据兴趣爱好组织专题研究和探讨,遵循“以学生为本”的原则,从而增强学生学习物理的兴趣,培养他们的动手能力和创造能力。
  2.5自制教具,充分发挥榜样的力量。
  朱正元教授积极倡导“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”。利用手边一些不起眼的东西自制的教具尽管粗糙简陋,却有别出心裁,化腐朽为神奇的特点,在演示效果上往往不亚于那些冷冰冰的正规的实验仪器。由于是自己的老师亲自制作的教具,学生会在心理上产生强烈的亲切感和认同感,从而更注意实验想要达到的目的,也启发学生:在必要的时候所需要的东西是可以发明创造的。这也能拉近物理学习与应用之间的距离。更重要的是,展示自制教具的同时教师展示了自己的智慧和灵巧,奉献给学生的也不只是物理知识,而是一个勤于思考并敏于行动的良好榜样,这对于学生形成良好的动手能力和实验习惯是大有裨益的。例如在描绘抛体运动轨迹的实验中,我用注射器喷水的方法显示轨迹,收效良好;在演示“摩擦力提供向心力”的实验中,我把一个旧光碟放在教学用的圆规角上,再在上面放一块橡皮,这就构成了一个“转盘”,利用这个装置学生很直观地明白了向心力的来源。要培养和增强学生的动手能力和动手习惯,教师就必须先培养自己的动手能力和习惯,使学生有一个模仿的榜样,才能更好地激发其创造力。
  2.6注重物理学史上的经典实验,渗透物理科学思想。
  纵观物理学史上最美的十大实验,绝大多数是用最简单的实验设备揭示了最深刻的物理原理。比如牛顿三棱镜分解太阳光实验被评为第七大最美的实验,实验的器材不过是两块三棱镜,但实验揭示了光的色散现象,进而开创了现代物理学的重要领域——光谱学的先河。今天人类对自然界的认识,小到分子原子,大到星球宇宙,在很大程度上依赖于各种光谱带来的信息。还有托马斯·杨的双缝实验应用于电子干涉实验,伽利略对于落体实验的研究,等等,这些都是通过最简单的实验手段、利用最简单的实验器材,揭示了最深刻的科学真理,在物理学史上留下最美的风景。这些实验体现了物理学中普遍的思想和特殊的方法,是我们进行物理科学思想教育的宝贵资源,我们要善于选择改造合适的史学实验,利用这些实验渗透物理科学思想,以提高学生的科学实验素养。
  2.7转变实验评价方式,多一份人文关怀。
  美国课程理论学家斯塔弗尔比姆说:“评价的最终目的不是为了证明,而是为了改进。”因此实验教学改革的一个重要方面就是改变实验的评价机制。变终结性评价为过程性评价,变单一性评价为多方位评价,关注学生的实验结果,更关注学生的实验过程。我校采用记录学生实验档案的方法实现了这一转变。例如一个自己独立完成的实验设计,一个真实的实验过程实录,一个错误数据的原因分析,一组未必精确的实验数据,一个创见,一个小教具,等等,均给以积极评价,并及时反馈给学生,使每个学生都能认识到自己的优点,增强自信心,在原有基础上都有所进步。这样,前期实验设计,课堂实验过程实录,后期实验数据处理、完成报告等均纳入计分之列,很好地保证了实验效果。
  物理实验是研究物理学的重要方法和手段,加强实验教学,不仅可提高物理教学效率,而且可提高学生的实验素质,有助于培养学生的创造性学习能力。只要教师做实施素质教育的有心人,对它们合理地加以应用,就一定会在教学中收到良好的效果。
  
  参考文献:
  [1]阎金铎,田世昆.中学物理教学概论.北京:高等教育出版社,2003:75.
  [2]李新乡,张德启,张军朋,王守江.物理教学论.北京:科学出版社,2005:167.
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