物理实验教学的研究与思考——有效教学的探索与思考

第四中学物理组  陈凯

摘要

物理教学必须以实验为基础，实验在物理教学中占有举足轻重的地位。而在现今中学物理教学中，引入了多媒体的应用，使课堂丰富多彩，但在普通中学中，实验仍是薄弱环节。本文经过分析中学物理实验教学现状，结合实例阐述了物理实验的价值和实验教学的新想法。

关键词：中学物理实验教学    物理实验    新构想

1．问题的提出：

物理学是一门以实验为基础的自然科学，回顾物理学产生和发展的过程，可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。无论是经典物理学的建立和发展，还是现代物理学的进展都与物理实验息息相关。在中学的各门基础课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用，实验在物理教学中更是占有着举足轻重的地位。二十世纪九十年代，建构主义学习理论的出现更是给中学教学带来了一场革命，建构主义学习理论认为人们应通过反思自己已有的经验和知识，并以此为起点，建构自己对世界的认识和理解。在建构主义的学习环境中，学生与老师的角色发生了很大的变化，学生的主观能动性，情景的设置，学生的认知创新都得到了充分的重视。因此，加强实验教学的有效性，提高物理教学效果和开发学生创造能力，在加强素质教育的今天，显得更加突出，尤为重要。 

教育部2000年2月颁布的《全日制普通高级中学物理教学大纲（讨论修订版）》中，明确提出在高中物理教学中要落实课题研究，并指出课题研究可以大致分为探索性物理实验、科技制作、新科技问题的学习报告、社会调查、扩展性学习等几个不同的类型。课题研究是一种崭新的学习方式。所谓研究性实验，就是要打破现成的实验方案，在一些特定的要求和条件下自行设计新的实验方案和步骤，完成其实验要求。这种设计具有较大的灵活性，需要学生在牢固掌握基础知识和基本方法的前提下富有创造力。面对21世纪，如何以研究性实验为载体，认真探讨物理实验教学如何培养学生的创新精神和提高创造性思维能力的问题是势在必行的。然而近年来对中学物理实验教学现状的调查结果表明，在中学物理实验教学中存在着一些问题。

2、中学物理实验教学现状的分析

2．1 教学观念的偏转

近年来对中学物理实验教学现状的调查结果表明，在七十年代由于实验仪器设备条件不十分完备，所以曾有一段时期中学开设的实验不足。八十年代由于高考指挥棒的引导，加之有关教育主管部门对科学实验的重视，强化了实验教学，大力开展了实验教学研究，有的把演示实验改为分组实验，有的根据教材特点、学生特点，适当增加了一些课外实验，使物理实验教学极富成效。九十年代初实行了教师定量工作制，在物理教师工作的定量中未考虑实验这项繁琐复杂的工作任务，消弱了实验这一环节。由此而引发了“做实验不如讲实验”，“讲实验不如背实验”的荒谬作法，加之科技的飞速发展，多媒体进入课堂，使得部分教师过分追求，迷恋多媒体的模拟实验，让学生看看了事，不重视让学生看实物，实际操作。这在笔者在两所普通中学（海口四中和长流中学）的实验小调查（见附录）中有所体现。调查结果显示，发现有很多实验课就未曾上课，只在课堂上讲解而已。在高二年级两个班的调查中，97位学生只有4位称以前曾自己设计过实验课题,只占总人数的4.1%。（调查结果见下表）：

总而言之，不做实验或少做实验，放弃了运用实验的直观教学方法，这一现象严重妨碍了培养具有创新能力的人才．

2．2 实验教学模式僵化

从仅有的几道调查问题的结果中显示，中学物理实验教学的基本原则没有得到充分的体现，教学方式呆板。从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间。就分组实验来说，教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到，然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的、原理……，然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下，取几个数据，实验就算完成了。这样做实验，收获不大。从问卷问题五的结果中可见，只有一半的学生觉得自己的动手能力得到了提高，而创新能力的提高只有5.2％。况且，现阶段往往是一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论，这样就有可能导致部分学生看别人怎么做，自己就怎么做，特别是几人合做时，有极少数学生只看不动手，也不留心实验观察，不记录有关数据，更谈不上去思考。这从问题四中可窥见一斑。这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力，不利于引导学生突破思维定势这个思维障碍，不利于学生创新思维方法的形成，不利于学生智能的发展．

3、重视 实验教学目标的实施

中学物理实验教学是在有限的空间还是在无限的空间里进行，这对于中学生来说都是无关紧要的，关键问题是教师在教学过程中如何实施实验教学的目标。

3.1  强化实验教学目标

在中学物理实验教学过程中确定以实验为基础，用实验来展开激发学生的实验兴趣，发挥学生参与教学的主动性和积极性，培养学生操作实验、设计实验的实践能力和创造能力。加强实验教学过程的研究，尽量把验证性实验改为设计性实验，把演示实验改为边讲边实验，通过挖掘教学内容的学术性，有机地把课内探索延伸到课外。总之，尊重科学，实事求是，面对群体，以实验创新教育为前提，使学生达到掌握物理实验技能和科学方法，养成科学态度，学会运用实验手段解决物理问题的能力。中学物理教师卢惠林曾撰文指出在学生实验的全过程中应自始至终抓好“七个正确”：其一，选择仪器正确；其二，安装调试实验装置正确；其三，操作规程正确；其四，观察方法正确；其五，测量读数正确；其六，处理数据正确；其七，实验结论正确。在实验教学过程中，教师应依照这“七个正确”来强化实验教学目标。

3.2  发挥学生主导、主体功能

二十一世纪应大力探索改革不适应新时期形势的中学物理实验教学模式，建立起按科学设计实验教学的程序，优化实验教学过程、指导实验方法。在这一改革教学过程中，许多教育学家都以不同的措辞描述了其主见，美国教育家杜威以实用主义的认识论（即操作或行动的认识论）作为教育理论的基础，提出教学应引导学生从各种活动中进行学习。他主张把教育的中心从教师或教科书转换到学生，这种“转换”他称之为“哥白尼式的革命”。杜威提倡的这种教育模式可以概括为：“学生中心，从做中学”。在《民生主义与教育》一书中，杜威对教育过程的论述是：“第一，学生要有一个真实的经验的情境——要有一个对活动本身感到兴趣的连续的活动；第二，再这个情境内部产生一个真实的问题，作为思维的刺激物；第三，他要占有知识资料，从事必要的观察，对付这个问题；第四，他必须负责一步一步地展开他所想出的解决问题的方法，第五，他要有机会通过应用来检验他的想法，使这些想法意义明确，并且让他自己去发现它们是否有效。”由于杜威提倡实用主义而闻名，他应用的这种教育模式，可以简称为“实用模式”。它的教育过程是：引导—→问题—→探索—→实验—→掌握。

物理学的迅猛发展不仅使物理研究的方式发生了变化，对我们的物理实验学习也产生了强大的冲击。在物理实验学习的过程中，我们也不能仅仅把物理实验看着是演示、观察、实验和证明，实验教学也不再只是老师讲解，学生模仿、记忆、练习这样一种传统的教学模式。而应该在解决问题的实践活动中，让学生心想、眼观、耳闻、手动，真正参与到实验活动中来，身临其境地体验实验，感受实验，并且在这一“实验”的过程中学习物理实验知识，体会物理思想，增强科学实验观念。

4. 实验的活动方式

实验教学是在教师引导下，学生以新知识的探索者和发现者的身份，运用已学过的知识和技能，通过实验获取新知识的一种教学模式。在教学过程中，教师不把现成的实验步骤直接告诉学生，而是让学生在实验基础上进行较多的思考和讨论。教师根据教学要求和学生的认知特点提出课题，从设计方法上给予一定的指导，或由学生提出课题，自行设计方案，通过实验、观察、阅读、分析、讨论、课外实践等多种活动，自我设计实验，认识物理规律，完成教学任务。设计物理实验不仅仅需要灵活、综合地运用所学的物理以及相关学科的知识和技能，还需要学生：(1)查阅资料，设计实验原理和实验方法；(2)根据实验要求，正确选择实验仪器；(3)设计独特的实验构思；(4)独立进行实验操作。因而利用设计实验能有效地培养学生解决物理问题的能力和创造能力。

4.1．实验选题的原则

      研究性实验选题的原则是不要求突出实验内容的复杂性，题目只给出实验目的和要求，由学生根据目的要求去独立查阅资料，独立制订实验方案，在自己认真思考的基础上，提出自己分析、解决问题的设想，然后在教师的指导下独立地去解决。

4.2．实验类型

具体说来，从研究性实验形式上，我们将研究课题分为两种类型：第一，只提出测量要求，不限定实验方法和所用仪器，完成某一物理量的测量任务；第一，给定某种仪器设备，要求完成某一物理量的测定或某一物理现象的观察研究。因此，以培养学生解决问题的能力和创造能力为目的的设计性实验的方式可分为两方面：

第一，让学生经历“问题情景—建立模型—解释、应用与拓展”的过程。

物理实验融合物理知识、技能和方法，表现出一定的新颖性、综合性和开放性。学生遇到的或许是一个简单的问题，但要求通过多种途径去研究，体现思维的开放性和综合性，使学生学会运用多种方法解决问题，发展多样化的解题方法。在实验过程中，教师应给学生更多的自主权，启发学生按科学家解决问题的方法去探究。由于不同的学生在认识方法上存在着差异，他们有不同的认识方式和解决问题的策略，这样就可以拓展学生的思维，在更深的层次上认识所学的内容。实验的一般结构是： 明确探究课题——查阅文献资料——设计实验方案——观察实验现象——总结实验成果——获取知识。

这一过程可用下面案例具体阐述：

在上述探索过程中，学生可按自己的设计的实验方案，选择合适的仪器，按完善提高后的设计方案进行操作，这样极大地丰富了实验内容，使实验从单一化转化为多样化，改变了学生在实验中的地位，把他们从课本和老师的束缚下解脱出来，极大地调动了他们的积极性、主动性，激发了自主探索知识的动力，使他们创造性地加工信息、分析矛盾、解决矛盾，激发了学好物理实验的动力。

第二，培养学生提出问题和解决问题的能力。

物理实验是探讨研究和应用的问题。在这一过程中，为了使教学有助于提高学生解决问题和培养创新的能力，首先应使学生获得从物理学原理认识和理解问题的机会。教师向学生提出问题后，引起学生的好奇、困惑和矛盾，从而激发学生的探索心理，形成探究问题的情境，促使学生积极思考，构思实验，提出某种假设，作出操作上、现象上、结论上的某些预测和构想。这一类实验教学的基本模式是：以问题为基础，依循“问题——假设——实验——分析、综合——结论”的思路贯穿始终，教师要根据教学重点设计实验，提出富有启发性的问题引导学生积极思维。

5. 实验教学的启示

5.1 实验可激发学生学习物理的兴趣。

物理实验从问题的产生和解决入手，力图使学生产生强烈的认知心理，从而激发学生的内驱力。在教学过程中，充分考虑学生的实际能力：坚持自主性和启发性相结合的原则，循序渐进地使每一位学生都能达到成功的彼岸。从“讲、听、记、练”到“看、想、做、用”，改变的不仅是学生的学习活动方式，更重要的是将改变学生的思维品质和学习心向，使学生更理性地投入学习，不断进取，努力追求自我完善。

5.2  实验有助于开发学生的智慧潜力。

在认知心理学范畴上认为，中学生正处于良好的思维结构形式的重要时期，他们富于想象，勇于创新，敢于批判的品质在以“教师为中心”的传统课上难以得到很好的发展，以“重复演练”为主要手段的应试教育极大程度上抑制了学生创造性思维活动的正常展开。相反，实验教学，以“问题”、“方法”为基本要素，以“假设”、“验证”为基本的研究方法，给学生造就较大程度的自由思考，自行设计，自主实验的时空条件，为帮助学生新异思想的萌发提供了良好的情境。

5.3  实验教学有利于提高学生的学习能力。

由于教学中所涉及的设计性实验的内容不同，解决问题的方法也各有差异，但实现设计、探索的过程都充分体现了心智技能与操作技能的和谐统一，学生必须学会对手中实验现进行分析和筛选，发现提供设计和作出推理的关键素材。更有价值的是通过设计性实验，学生深切体验到收集课题资料，设计实验方案，运用科学方法的重要性。

5.4 实验教学有助于师生间的合作学习

通过实验教学，教师从单纯的知识传授者变为学生学习的促进者、组织者和指导者。在问题解决的学习过程中，学生对知识的接受不再是被动的，而是积极主动的。学生是学习的主体，是学习活动的设计者、主持者、参与者。学习方式由被动接受转变为主动探究。同时，在实验问题解决的过程中学习、应用物理知识，让学生真正体会到物理知识的作用，从而激发他们更大的与教师一起合作探索新知识的学习热情。

6. 结束语

“回顾与展望、继承与发展、传统与创新”——这是一对永恒的矛盾，也是一个永恒的课题。利用实验仅仅是培养学生创造性思维能力的一种载体，它把学生从课本和老师的束缚下解脱出来，激发了自主探索知识的动力，更好地实现物理实验教育的目的，使学生在获得物理知识的同时，能形成更好的创造性思维，从而激发出他们对创新的浓厚兴趣，为他们将来有志、有趣选定的专业发展提供一种思考方式。

最后，向所有给予我帮助的老师、朋友们表示感谢！

7. 参考文献

[1].基础教育新视点.  教育科学出版社. 2003

[2].郭昭全，何胜红.  高中物理学生实验课改革的实践与思考. 物理教学探讨 2000，8

[3].卢惠林. 改革中学物理实验教学的新构想.   中学物理教学参考

[4].康良溪.   学生自主实验能力的培养.     物理教师   

[5].安忠，刘炳升.    中学物理实验教学研究      高等教育出版社