回歸學科本源 反思實驗教學優(yōu)秀獲獎科研論文

回歸學科本源反思實驗教學優(yōu)秀獲獎科研論文[摘要]根據(jù)《上海市中學物理課程標準（試行稿）》，結(jié)合《上海市高中物理學科教學基本要求（試驗本）》，從實驗教學的窘迫現(xiàn)狀、演示實驗的傳承作用、學生實驗的能力培養(yǎng)、DIS實驗的科技前瞻等幾個方面入手，對物理實驗教學提出改進的建議，并在教學過程中進行積極嘗試和總結(jié)，旨在使學生能夠從物理實驗中得到更多的思維鍛煉和能力培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]物理；實驗；高考新政

中學物理是物理學的一部分，物理學是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用及最一般規(guī)律的學科，它是建立在實驗基礎之上的。幾乎所有的物理概念、物理規(guī)律都來源于實驗，同時又被實驗檢驗后才能成立。要學好物理必須做好實驗，要教好物理必須重視實驗教學。

一、高中物理實驗教學的窘迫現(xiàn)狀

在高中的各門基礎課程中，物理課在培養(yǎng)學生科學素質(zhì)、思維品質(zhì)與創(chuàng)新能力方面具有重要意義，而物理實驗課更是在培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)方面發(fā)揮著無可替代的作用。但是隨著高考新政的實施，物理實驗教學陷入了十分窘迫的境況。一方面，高考新政正在逐漸扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)教育導致的弊端和唯分數(shù)論的人才培養(yǎng)觀，并試圖減輕學生的學業(yè)壓力；另一方面，考試與評價方式的改變（如物理實驗技能的考查不計入任何高校招生分數(shù)），以及課時的大幅度削減，也使一些學生和家長，甚至包括一些教育界的領(lǐng)導和教師對物理的態(tài)度發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變，走向了另一個極端，認為物理不再重要了，對物理實驗課的忽視則更加嚴重。面對這樣的局面，需要重新思考物理實驗教學的意義，與時俱進，探索通過實驗教學提升學生學科素養(yǎng)的新途徑。

二、發(fā)揮物理演示實驗的傳承作用

演示實驗最主要的功能是傳承，通過示范和學習，把最基本的物理思想和科學方法傳遞給學生。但物理演示實驗不應只傳承其方法，還應傳承其精神。很多經(jīng)典實驗至今仍舊閃耀著智慧的光芒，在友善地喚醒學生的科技意識，照亮一代又一代青年學子攀登科學高峰的長路。但物理課本上的多數(shù)經(jīng)典實驗，從方法到過程、從儀器到裝置、從數(shù)據(jù)到結(jié)論、從圖像到公式等都太圓滿無缺了，使人覺得科學家只要靈光一現(xiàn)便會誕生一個偉大的定律，久而久之，物理學家便被集體神話了，那些在實驗中所經(jīng)歷的茫然無措的摸索、單調(diào)枯燥的重復、一次又一次的失敗都被忽略了。因此，在實際物理實驗教學中，有必要根據(jù)具體教學內(nèi)容，拓展介紹物理學史，使學生了解每一個成功實驗背后真實的演變過程以及科學家所歷經(jīng)的千難萬苦，在此基礎上再通過經(jīng)典實驗的演示和學習，逐漸滲透物理思想和方法，把物理實驗的精髓傳承下去。

以伽利略研究勻加速直線運動的羊皮紙實驗為例。伽利略一開始在斜面上做實驗，后來改為斜槽，斜槽不光滑，最后才想出貼羊皮紙的辦法，讓實心銅球從斜槽上滾下。當時尚無鐘表，無法精準計時，為解決這一問題，他先是以自己的脈搏計時，結(jié)果不理想；后來又改為用音樂的節(jié)拍，還是不行；最后才想出一個“水鐘”的記時法。即用一個較大的容器穩(wěn)定地滴水，不斷用天平稱量水的質(zhì)量來計算時間，測出銅球在斜槽上的位置與時刻，不斷改變斜槽的角度，反復實驗上百次，最終才得出結(jié)論：物體沿光滑斜面運動是勻變速直線運動，這種科學實驗方法直到現(xiàn)在仍然在物理研究中被廣泛應用。

每一個規(guī)律的得來都是科學家千錘百煉的結(jié)果，演示實驗更是要遵循這個事實。并非所有的演示實驗都一定要成功，有些實驗受客觀因素影響較大，比如“摩擦起電實驗”受天氣、溫度、空氣濕度的影響都很大，即便事先對電羽、橡膠棒、絲綢、毛皮等進行了必要的烘干處理，如遇潮濕惡劣天氣也會使實驗現(xiàn)象不明顯，有時候甚至完全不能成功。這時一定要讓學生知道，實驗失敗是很正常的，并與學生充分分析原因，再給學生播放一些事先錄制好的視頻或錄像資料。

當涉及分子、原子等物理學的微觀領(lǐng)域，一些經(jīng)典實驗如“粒子散射實驗”等，無法在課堂上演示，也可以借助掛圖和教材把原理、器材、方法、步驟、實驗現(xiàn)象等一一介紹給學生，使學生領(lǐng)略其中的物理思想。如果能輔以仿真實驗課件，將會使效果更好。只有讓學生領(lǐng)會了思想，掌握了方法，才能指導學生做好物理實驗。

三、培養(yǎng)學生的實驗能力

學生分組實驗探究物理規(guī)律，要著重培養(yǎng)學生學會設計實驗方案、控制變量、嚴謹規(guī)范地觀察現(xiàn)象和記錄數(shù)據(jù)，建立不怕失敗的堅定信念，發(fā)展去偽存真的辨析能力，磨煉研究意志，提高思維品質(zhì)。

例如，在“一定質(zhì)量的氣體溫度不變時壓強與體積關(guān)系”的實驗中，根據(jù)測得的六組P（壓強）、V（體積）實驗數(shù)據(jù)，用計算機先畫出“P-V”圖像，但該圖像為雙曲線，無法直觀看出二者之間的比例關(guān)系。這時可引導學生改變坐標軸，畫“P-1/V”的圖象，通過計算機擬合可得到一條直線，這說明P與1/V成正比，從而歸納出“一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下，壓強與體積成反比的結(jié)論”。理論上這根直線應該通過坐標原點，但幾乎所有的小組都沒有過原點。這時，可以讓學生充分討論，集思廣益，最后發(fā)現(xiàn)：實驗時輸入的體積是通過注射器上的刻度得到的，并沒有包含連接注射器與壓強傳感器的小軟管的體積，直線在橫軸上的截距應該就是小軟管中體積的倒數(shù)。把小軟管的體積減去后再重新輸入數(shù)據(jù)，計算機擬合出來的直線基本上都能過原點了。

為了在課時被削減的情況下，充分地上好實驗課，教師們可以從以下幾方面進行嘗試。一是采用單元教學法，把相關(guān)聯(lián)的幾個實驗組合成一個綜合性實驗；二是開放學校實驗室，事先分好組，充分利用課外活動時間做實驗；三是把實驗內(nèi)容同科技節(jié)等社團活動有機結(jié)合，既豐富多彩又學以致用；四是改變作業(yè)方式，把一些小實驗以作業(yè)的方式布置給學生，讓學生以作品或?qū)嶒瀳蟾娴姆绞缴辖??？傊?，只要學生有興趣，辦法總是可以想出來的，時間也是可以擠出來的。

四、重視傳統(tǒng)實驗與現(xiàn)代科技的結(jié)合

最新的《上海市高中物理學科教學基本要求（試驗本）》中，學生實驗中的DIS（DigitalInformationSystem，數(shù)字化信息系統(tǒng)）實驗數(shù)量有所減少，但課本中大多數(shù)演示實驗仍然以DIS的形式出現(xiàn)，DIS引領(lǐng)物理實驗新潮流的本質(zhì)沒有改變，這是因為其擁有傳統(tǒng)實驗無法比擬的強大的科技優(yōu)勢。

一是強大的物理圖像描繪功能。如驗證牛頓第三定律的實驗，傳統(tǒng)方法是用兩個彈簧秤來完成，學生的觀測在左邊的示數(shù)和右邊的示數(shù)之間來回往復，有時難免顧此失彼，觀測得不夠細致也不夠全面。如果用DIS實驗來完成，用兩個傳感器代替彈簧秤，作用力、反作用力的大小和方向等將實現(xiàn)同步詳盡記錄，這樣作用力和反作用力的關(guān)系就能一目了然了（見圖1）。同理，在學習“振動和波”的時候，對于聲波的振動圖像，傳統(tǒng)實驗只能依靠感覺記憶，稍縱即逝，難以準確記錄。而利用聲傳感器記錄聲波振動圖像，聲波音頻變化的大?。M軸）和振幅強弱的變化過程（縱軸）可以非常直觀形象地呈現(xiàn)出來（見圖2）。

二是強大的數(shù)據(jù)采集與處理功能。傳統(tǒng)實驗中學生的主要工作是裝配儀器、規(guī)范操作、正確測量、精準讀數(shù)、列表、描點、畫圖等具體事務，沒有空閑進行推理想象，缺乏思維深度，從而影響了探究的效果。而DIS實驗中，這些單調(diào)瑣碎的工作都由計算機代替了，把學生解放出來進行推理判斷、誤差分析、修正和改良等。例如研究物體自由落體運動的規(guī)律，研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系等，可見DIS實驗的效率優(yōu)勢。

三是高度的精確性與靈敏度。以“電磁感應現(xiàn)象”的新課學習為例，學生們對于“導線切割地磁場磁感線是否能產(chǎn)生感應電流”很感興趣，由于地磁場引起的感應電流很微弱，在傳統(tǒng)實驗中往往要興師動眾，用幾十米的導線在室外進行，調(diào)試很多次，才能使靈敏的電流計做出反應。而DIS電流傳感器的靈敏度級別非常高，即使在室內(nèi)使用單匝線圈在地磁場中轉(zhuǎn)動，也能清晰地捕捉并記錄感應電流的變化。如用位移傳感器測教室的長度時，可以精確到1