第八章學生物理實驗能力的培養(yǎng)

物理與電子工程學院2013級學科教學（物理）龐經(jīng)政目錄：

第一節(jié)物理實驗能力簡述

（一）物理實驗能力的概念（二）物理實驗能力的意義第二節(jié)中學生物理實驗能力

（一）中學生物理實驗能力的表現(xiàn)（二）中學生物理實驗能力的發(fā)展第三節(jié)中學生物力實驗能力的培養(yǎng)

（一）培養(yǎng)學生對物理實驗的興趣

（二）引導學生領會教材中實驗的物理思想與設計思想

（三）加強對學生實驗技能訓練的指導

（四）逐步增加探索性實驗（五）引導學生多做課外實驗

（六）教師演示要規(guī)范第八章物理實驗能力的培養(yǎng)第一節(jié)物理實驗能力簡述

物理實驗是有目的、有計劃地運用儀器、設備，在人為控制條件下，使物理現(xiàn)象反復再現(xiàn)，從而進行認真觀測，獲取大量資料的一種科學研究方法。

物理實驗的主要特點有二：一是可控性，二是可重復性。在物理教學中做的物理實驗是物理教學實驗，新課程注重科學探究，實質上是注重真正體現(xiàn)物理學研究過程和方法的物理實驗。物理實驗教學在新課程實施中占有重要地位。閻金鐸：物理實驗的全過程包含著相互影響和相互交叉的三個不同意義的內(nèi)涵：思維、操作、觀察，因此實驗教學的目的是要培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力和操作能力。段金梅：物理實驗能力是指與進行物理實驗有關的心理特征。進行物理實驗活動，要求的不是某一種能力，而是許多相互聯(lián)系著的能力。主要包括：設計實驗計劃的能力、實驗操作能力、觀察能力、分析問題和解決問題的能力、處理數(shù)據(jù)的能力、分析和總結的能力。（一）物理實驗能力的概念

喬際平：中學物理實驗能力主要包括編寫實驗計劃的能力、操作能力、記錄和數(shù)據(jù)處理的能力以及分析總結的能力。

續(xù)佩君：物理實驗能力，即順利進行物理實驗并完成實驗目的的個性心理特征。物理實驗能力包括操作和思維兩種能力。

物理學發(fā)展歷史的事實說明了，物理實驗的重大突破，都會促進科學技術的飛躍發(fā)展。物理學的實驗基礎、理論體系和研究方法是現(xiàn)代科學技術的基礎。因此，就必須很好的培養(yǎng)學生的實驗能力。

一、物理實驗對完成物理學習具有特殊的意義

1．物理實驗可以使學生掌握正確的物理概念，并能鞏固概念。

概念是人的大腦對現(xiàn)實的對象和現(xiàn)象的一般特征和本質特征的反映形式，它代表著事物，同時用詞把它表現(xiàn)出來。概念是經(jīng)過了由具體的事物進行分析、比較、綜合、概括等一系列的過程逐漸形成的。物理學的概念的形成也不例外。如彈力概念的形成。（二）物理實驗能力的意義2．物理實驗能啟發(fā)學生積極思維，并能很好的訓練學生的思維方法。

心理學認為，思維是人腦對現(xiàn)實的概括、簡潔的反映，這種反映借助于詞而實現(xiàn)，并以已有的知識為中介，這種反映是和人對世界的感性認識及其實踐活動密切聯(lián)系著的。所以說思維是個心理過程，是通過分析、綜合而在頭腦中獲得對客觀現(xiàn)實更全面、更本質的反映過程。因此，分析和綜合是思維的兩大主要環(huán)節(jié)。而物理實驗正可以對學生的這兩個方面進行訓練。學生在整個學習過程中，不但要有積極的思維，還有具有正確的思維方法，否則是不能學好物理的。3．學生通過實驗活動，能夠鍛煉意志、培養(yǎng)性格，養(yǎng)成良好的作風和習慣。4．學生動手做實驗，能更加激發(fā)他們對物理學習的興趣。二、實驗能力是進行物理實驗的基礎進行物理實驗活動，要求的不是某一種能力，而是許多相互聯(lián)系著的能力。它包括下述幾個方面：

1．設計實驗計劃的能力。2．實驗操作能力。3．觀察能力。4．分析問題和解決問題的能力。5．處理數(shù)據(jù)的能力。6．分析與總結的能力。物理實驗過程包含著觀察、操作和思維三種相互影響和相互交叉的心理活動。觀察主要表現(xiàn)在操作過程中，操作主要表現(xiàn)在完成和實踐實驗設計的過程中，思維主要表現(xiàn)在設計、觀察和分析實驗現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)的過程中。因此，物理實驗能力應涉及物理實驗的觀察能力，物理實驗的思維能力，物理實驗的操作能力，是三種能力的綜合。第二章中學生物理實驗能力（一）中學生物理實驗能力的表現(xiàn)

中學生物理實驗的觀察能力、操作能力、思維能力與五種智能品質（包括深刻性、靈活性、批判性、敏捷性、獨創(chuàng)性)組成一個系統(tǒng)，它們的交叉關系形成15個交叉點，構成中學生實驗能力的靜態(tài)結構。觀察能力操作能力思維能力深刻性靈活性批叛性敏捷性獨創(chuàng)性中學生實驗能力的靜態(tài)結構圖能力表現(xiàn)品質物理實驗中的觀察能力物理實驗中的思維能力物理實驗中的操作能力深刻性1.目的性。觀察者能明確觀察對象、條件、要求以及觀察的計劃、步驟。2.條理性。具有正確的觀察方法，如按時間先后、位置遠近、先外后內(nèi)、先外形后動作的順序進行觀察。3.全面性。通過觀察能反映事物的全貌以及各部分之間的聯(lián)系，能指出在某種特定條件下感知對象所能反映的各種情況。4.精確性。能精確地把握現(xiàn)象的特征，認識事物的本質。5.概括性。能用語言和文字正確概括所觀察的結果。1.表現(xiàn)在實驗的設計中：能運用所學的物理概念和規(guī)律，針對所研究的問題，提出和闡述實驗原理，在熟悉儀器使用和實驗操作規(guī)范的基礎上，設計出合理的實驗方案。2.表現(xiàn)在實驗進行的過程中：能夠對實驗中所觀察的現(xiàn)象和所測數(shù)據(jù)進行正確的分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理等。3.表現(xiàn)在實驗結果的處理中：對實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)和結論養(yǎng)成用科學概念和規(guī)律有邏輯地分析歸納、聯(lián)想、解釋，以及用數(shù)學輔助推理的習慣，正確處理實驗結果，能進行初步的誤差分析，得出恰當?shù)膶嶒灲Y論。1.正確認識基本量具、儀表。拿到量具、儀表能說出他們的名稱，通過對外部形狀、銘牌、一般結構的觀察和閱讀說明書，能了解它的主要功能、使用條件、量度范圍、精密度及使用范圍。2.養(yǎng)成良好的操作規(guī)范，進行正確的實驗操作。（1）正確裝配儀器。（2）會對儀器進行預備性調(diào)整。（3）能按規(guī)程及實驗步驟啟動儀器。（4）能按實驗步驟正確操作儀器，獲得數(shù)據(jù)資料。（5）實驗結束后能按一定的順序拆除和整理儀器，使一切設備復原。靈活性1.觀察方法靈活。能靈活選擇觀察方法，及時調(diào)整觀察思路。2.分析方法靈活。能從不同的角度思考和分析所觀察的現(xiàn)象。3.靈活組合。善于靈活地對所觀察的現(xiàn)象進行分解與合成。4.動態(tài)性。能夠觀察現(xiàn)象的動態(tài)特征。1.表現(xiàn)在實驗的設計中：能靈活地運用所學的物理概念和規(guī)律，針對某一問題，提出多個實驗原理，設計出多種實驗方案。2.表現(xiàn)在實驗的進行過程中：能夠對實驗中所觀察的現(xiàn)象和所測量的數(shù)據(jù)進行靈活的分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理等；善于從不同的角度、方向、方面運用多種方法解決實驗中出現(xiàn)的問題；概括—遷移能力強。3.表現(xiàn)在實驗結果的處理中：善于靈活處理實驗結果，善于從不同的角度分析實驗誤差。1.能根據(jù)研究問題的要求，靈活選取所需儀器、儀表、量具等。2.善于根據(jù)儀器的特點和性能靈活地進行裝配、調(diào)試、操作；掌握各種儀器的操作技巧，并能將之遷移到新儀器的操作中，應變能力強。3.善于對實驗儀器進行合理的組合，恰當?shù)牟季?。能力表現(xiàn)品質物理實驗中的觀察能力物理實驗中的思維能力物理實驗中的操作能力批判性1.恒常性（或穩(wěn)定性）。能排除觀察中各種無關因素的干擾，集中注意力進行持久的觀察，以揭示事物的本質。2.辯證性。能夠從正反兩方面理解所觀察的現(xiàn)象，對觀察結果能進行客觀的評價。3.監(jiān)控能力。能夠將觀察本身作為意識的對象，不斷地進行積極主動的計劃、檢查、評價、反饋、控制和調(diào)節(jié)。1.善于對實驗方案的可靠性做出正確的評估，從不同的方案中選擇一種恰當?shù)目尚械姆桨浮?.及時解決實驗中的問題，及時檢查、評價、調(diào)節(jié)實驗過程，從而修改實驗方案，使實驗順利進行。3.理解實驗的相對性，注意在實驗的全過程中保持質疑心理，重視實驗中各階段的反思和總結。1.能夠綜合運用眼、耳、鼻、皮膚等多種感覺器官發(fā)現(xiàn)實驗中的異?，F(xiàn)象，并用動作防止突發(fā)性的事故。2.掌握排除一般常見故障的方法。3.能夠尋找代用品，并進行簡易加工，使其解決儀器設備方面的某些困難。能力表現(xiàn)品質物理實驗中的觀察能力物理實驗中的思維能力物理實驗中的操作能力敏捷性1.概括力。只要通過觀察少量現(xiàn)象，就能夠概括出事物的本質和規(guī)律。2.敏銳性。在觀察過程中，能夠對各種現(xiàn)象（特別是偶然現(xiàn)象）及時做出反應。3.及時性。在觀察結束后，能及時做出觀察報告（書面或口頭）。1.表現(xiàn)在實驗方案的設計中：能根據(jù)研究的問題，及時調(diào)動大腦中的各種知識，在較短的時間內(nèi)制定出實驗方案。2.表現(xiàn)在實驗進行的過程中：善于捕獲各種信息，對各種現(xiàn)象及時做出反應，迅速解決和排除實驗中的各種問題。3.表現(xiàn)在實驗結果的處理中：能夠在實驗結束后及時寫出實驗報告，得出結論。1.能熟練操作基本的實驗儀器和工具，操作連貫、配合自然、動作協(xié)調(diào)。2.能夠熟練、正確地完成現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的觀察記錄，數(shù)據(jù)的處理。能力表現(xiàn)品質物理實驗中的觀察能力物理實驗中的思維能力物理實驗中的操作能力獨創(chuàng)性1.觀察對象的獨創(chuàng)性。善于根據(jù)研究問題的需要，獨立地選擇恰當?shù)?、新穎的、獨特的觀察對象。2.觀察方法的獨創(chuàng)性。善于選擇獨特的、新穎的、有效的方法和思路。3.結果分析的獨創(chuàng)性。善于對觀察結果作獨特的、新穎的分析和解釋。1.能夠根據(jù)問題的需要，獨立設計實驗方案、獨立選擇實驗設別、獨立獲取實驗數(shù)據(jù)、獨立分析實驗結果并得出結論。2.善于提出獨特、新穎的實驗方案、實驗方法，對實驗結果有獨到的見解。3.能獨立完成一定難度的探索性實驗。并能根據(jù)手頭的儀器、設備改進原有的實驗。4.在科技活動中，能夠設計有一定特色的科技作品。1.能根據(jù)實驗方案獨立組裝并操作實驗儀器，獲取所需數(shù)據(jù)。2.善于探索發(fā)現(xiàn)新穎、獨特的操作技巧和操作方案。3.能夠獨立實施探索性實驗和設計性實驗的設計方案。4.能制作出有特色的科技產(chǎn)品。能力表現(xiàn)品質物理實驗中的觀察能力物理實驗中的思維能力物理實驗中的操作能力（二）中學生物理實驗能力的發(fā)展

由于中學生觀察能力、思維能力、動作技能的不斷發(fā)展及中學物理教學的訓練，中學生的物理實驗能力迅速地發(fā)展著。第一，實驗能力不斷增強。

物理觀察能力和思維能力的發(fā)展有力地促進了物理實驗能力的提高。不論是實驗的觀察能力、思維能力還是實驗操作能力，都在不斷發(fā)展著。

第二，實驗能力的結構有待完善。目前教學中或多或少地存在如下認識和傾向：①忽視實驗課教學，忽視實驗能力的培養(yǎng)。有不少學校的教師不是“做實驗”，而是“講實驗”；②沒有認識到物理實驗能力包含實驗的觀察能力、實驗的思維能力和實驗的操作能力，不能有意識地、全面地培養(yǎng)學生的這三種能力；③不能正確認識智能品質在物理實驗能力中的表現(xiàn)，并全面地選行訓練，特別是忽視了批判性品質和獨創(chuàng)性品質的訓練。

第三，物理實驗能力存在性別差異。

男生的實驗能力比女生強。男生的批判性和獨創(chuàng)性較強。但女生具有視察仔細、操作規(guī)范、按部就班的特點，因此，實驗的深刻性較強。

研究表明，與男生相比，女生的實驗能力表現(xiàn)出不平衡性，即部分女同學實驗能力很強，部分實驗能力較差，這說明在目前的教學情況下，影響女生物理實驗能力發(fā)展的是一些心理因素，如對實驗的興趣、動機、毅力、習慣、自我監(jiān)控能力和獨創(chuàng)性的智能品質等。第三節(jié)中學生物力實驗能力的培養(yǎng)

如何在物理教學中培養(yǎng)學生的實驗能力？可以歸結為如下幾個方面:

（一）培養(yǎng)學生對物理實驗的興趣

（二）引導學生領會教材中實驗的物理思想與設計思想

（三）加強對學生實驗技能訓練的指導

（四）逐步增加探索性實驗（五）引導學生多做課外實驗（一）培養(yǎng)學生對物理實驗的興趣在物理教學中培養(yǎng)學生的實驗能力，首先應當培養(yǎng)學生對于物理實驗的興趣。學生對做實驗有了興趣，才能使他們自學自愿地去進行試驗，從而在實驗過程中培養(yǎng)他們的實驗能力。目前國能的中學物理實驗教學，實驗的情境往往過于嚴肅，并且與日常生活的實際脫離較遠，“學術味”太濃，這在想當程度上影響了學術對物理實驗的興趣。因此，教師應當努力增加一些學生熟悉的、與日常生活密切相關的實驗，是學生有一種物理實驗并不神秘，物理實驗就在自己身邊的感覺，這對激發(fā)學生對物理實驗的興趣有著很好的作用。物理“小魔術”1.意念浮沉子2.水落幣出3.生活中的小實驗（二）引導學生領回教材中實驗的物理思想與設計思想現(xiàn)行中學物理教材中的物理實驗，都是配合教材內(nèi)容而設置的，主要是為了幫助學生對教材的內(nèi)容加深理解，加深印象。由于種種原因，教材對實驗的思想與方法討論較少，加之學生自己也缺乏對實驗思想方法的歸納與總結，因此往往對教材中重要的、常用的實驗思想方法不甚明了，這也在一定程度上削弱了實驗教學特有的教育價值。為了培養(yǎng)學生的實驗能力，教師必須幫助學生進行必要的歸納與總結。統(tǒng)編教材中重點介紹了用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的方法，試驗中的推理方法，減小實驗系統(tǒng)誤差的方法以及改裝、校準實驗儀器的方法等這些實驗的思想與方法都應該向學生系統(tǒng)地介紹與歸納，使學生真正掌握。比如，如何減小實驗的系統(tǒng)誤差問題。因為系統(tǒng)誤差一般都有確定的方向性，因此可以有意識地采取一些減小系統(tǒng)誤差的措施。減小系統(tǒng)誤差的方法很多，常用的有“替代法”、“比較法”、“異號法”、“修正法”等。為了介紹這些方法，原高中物理甲種本教材安排了“測定冰的溶解熱”、“替代法測電阻”、“用惠斯通電橋測電阻”、“用電位差計測量電動勢”等四個實驗。教師應當將四個實驗的思想方法向學生作一系統(tǒng)的歸納，并結合具體實驗說明其方法的巧妙之處。教師可以以“替代法”測電阻為例，向學生介紹減小系統(tǒng)誤差的一種方法。伏安法是人們熟知的一種測量電阻值的方法，它的系統(tǒng)誤差主要來自兩個方面：（1）由于實驗原理不完善兒造成的誤差；（2）由于實驗儀器不準確而造成的誤差。

安培表、伏特表能達到0.5級已屬不錯，因此難免造成系統(tǒng)誤差。這兩方面的系統(tǒng)誤差都可以替代法所消除。電路與伏安法相同，接通電路后，記下安培表、福特表的讀數(shù)，然后用電阻箱替代Rx，調(diào)節(jié)電阻箱，使兩表恢復到原來的讀數(shù)，此時電阻箱的阻值就是Rx的阻值。由于電阻箱的精度是比較高的（可達0.01級）因此這種方法可以大大減小系統(tǒng)誤差。（三）加強學生實驗技能訓練的指導學生的實驗能力不是教師講會的，也不是學生觀看教師演示學會的，而是通過教師的指導，經(jīng)過他們自己反復進行實踐、反復練習才能形成。為此，必須加強演示實驗、學生分組實驗，并嚴格要求，嚴格訓練，使學生逐漸形成較強的實驗能力。上海華東師范大學二附中為了培養(yǎng)學生的實驗能力，在高中學生中開設了高中物理實驗選修課，作為實驗教學改革的艙室。經(jīng)過幾年的試驗，受到同學們的歡迎。學完這門課程的同學普遍反映很有收獲，對課程中介紹的幾種重要的實驗方法了解清晰，掌握熟練，并能舉一反三地應用。在課程結束之前的考查中，要求同學們用學過的幾種實驗方法，對中學物理教材中的某一個實驗加以設計、改進，絕大多數(shù)同學都能很好地完成。華東師大二附中的教師總結認為：中學物理實驗教學改革的這一新嘗試，基本上是可行的，成功的。（四）逐步增加探索性實驗培養(yǎng)學生的實驗能力，除了教師需要做好演示實驗以及指導學生做好分組實驗以外，