物理實驗教學與學生能力的培養論文
【摘要】 實驗教學是物理教學的一個重要的組成部分，我們在強化實驗課教學的同時，既要注重實驗設計能力、實驗觀察能力、實驗操作能力、歸納總結能力以及升華遷移能力的培養，還要注重在實驗中進行養成教育，加強競爭意識等的培養，力求在實驗課堂中落實新課標理念，在使學生體驗知識與技能、過程和方法的同時，還努力加強對學生的情感、態度與價值觀的教育，力求培養全面發展的創新型人才。
【關鍵詞】 物理課堂 實驗教學 新課標理念 實驗能力
物理是一門以實驗為基礎的自然科學，物理學實驗是人類認識世界的一種重要活動，是進行科學研究的基礎，根據新的課程標準，物理實驗既是物理教學內容的一個重要的組成部分，又是物理研究的一種重要方法。新課程標準明確指出要體現生活物理，結合生活，貼近生活學習物理，讓學生從身邊的事物學起，利用身邊的事物進行實驗探究，以培養新時代的創新型人才。
實驗課分為教師的演示實驗和學生的分組實驗，兩者都不能隨意，更不能紙上談兵，敷衍了事，草草收兵，強加、硬塞給學生現象和結論。要注重科學性、實在性和探究性，還要加強實驗裝置的改進、轉換，以便達到最佳效果，做到師生同樂。教者要做好充分準備，設想各種可能出現的現象，并想好解決的辦法，精心組織和引導，抓住學生提出的各種問題，加以答疑和激勵，最后教者要注意進行課堂反饋和自我反思，以便自我提高和自我完善。如果遇到異常情況不要害怕緊張，而是要頭腦清醒地引導學生并幫助學生分析實驗失敗的原因，曉之以理，讓學生充分接受，再次實驗，體會成功的喜悅，并讓學生懂得科學的探索是艱辛和持續性的工作。下面談談我在實驗教學中對學生能力培養的點滴做法和體會。
一、注重實驗設計能力的培養
實驗設計能力是指在理解與掌握了實驗目的、實驗原理、實驗方法等的基礎上，擬定實驗方案、選擇儀器和設備、進行實驗探究的能力。一般來說，在設計實驗之前，都要先形成實驗的假設，實驗的假設應該是以提問的形式出現，“當問題本身屬于質疑性的問題時，它還可以有效地配合教學，并使學生學習到物理學的研究方法。”① 這樣，便能在實驗設計時培養物理研究的能力。
1.每次實驗都要讓學生明確設計實驗的目的，掌握正確的實驗設計原理。我每次實驗課教學開始，首先讓學生弄清為什么做實驗的問題，有明確的做實驗的目的，才能進—步去理解實驗原理。
2.要求學生掌握實驗的基本方法。我在實驗課教學中著重訓練學生掌握三種基本方法，一是實驗歸納法，這是通過實驗事實歸納出物理概念和規律的認識方法；二是實驗驗證方法，這是指根據已有的經驗和知識經過推理，提出假設和預見，然后再通過實驗來證實的方法，這是一種結論在前，實驗在后的科學方法；三是理想實驗的方法，這是根據科學抽象的理想純化作用，有意識地突出研究的主要因素，排除次要因素和無關因素的干擾，在頭腦中構思成理想化實驗，用以代替難以實現的實驗來進行研究的方法。
3.教給學生實驗設計的基本思想方法。要設計一個物理實驗，就要首先對這個實驗進行構思。我在實驗課教學中，訓練學生掌握的實驗設計與構思大致有以下幾種：一是轉換法，就是借助于力、熱、電、光、機械等方法之間的相互轉換，依據等效的思想，把一些不易觀察不易測量的量轉換為可觀察、可測量的量，如伏安法測電阻就是把測電阻轉換為測電壓和電流；二是比較法，就是利用異中求同或同中求異，對物理現象或物理量進行比較，在進行對比時常要采用控制變量法，如水和沙石的比較；三是再現法，就是利用實驗，模擬自然現象，如利用內能做功的教學時當場燒開水，學生觀察現象真切，分析問題就簡單多了。
二、注重實驗操作能力的培養
觀察能力的培養
“觀察物理現象的能力，是指在實驗中正確選擇觀察對象，從觀察對象中發現物理現象及現象間的本質聯系的能力�！雹谖锢碛^察能力的培養，對于學生掌握知識，增強對知識探究過程的體驗，起著非常重要的作用。具體來說，接著學生的觀察能力要從以下幾個方面著手：
1.要培養學生的觀察興趣和持之以恒的觀察習慣。
為了培養學生的觀察興趣，我沒有放過一切有利的時機。生動的演示實驗可以象磁體吸鐵般地吸引學生的注意。只對生動形象的事物產生觀察的興趣是不夠的，還必須培養他們對似乎平淡的現象進行搜索觀察的興趣，我經常地介紹—些科學家們從通常人們視而不見的現象中發現真理的故事，以及通過堅持不懈的長期觀察而發現真理的故事，像伽單略、牛頓、哥白尼、居里夫人的故事，常會在學生們的心靈中刻下座右銘，以使學生形成良好的觀察習慣�！皯斦J識到，對增強觀察能力來說，觀察習慣比掌握某一種具體的觀察方法更重要，更困難�！雹�
2.要引導學生掌握基本的觀察方法。
一般來說，對某一個現象進行觀察時，應首先從整體來觀察，以獲得一個大體的輪廓印象；然后再從各個方面和各部細節進行細致的觀察，運用分析的方法找出現象各局部的主要特征；進而再注意各方面、各局部的聯系，最后獲得一個較全面、較深刻的認識。
3.要注意培養學生透過表面現象揭發事物本質特征的能力。
通常反映事物本質的東西并不顯見，而非本質的現象卻常常布下迷霧，不具備透過現象看本質的能力就會上當受騙，發現不了規律。例如，讓學生觀察紅棕色二氧化氮與空氣，藍色硫酸銅溶液與水之間的擴散現象，表明分子不停地作無規則運動，又觀察陽光下飛舞的灰塵，這時，會有許多學生誤以為這也是分子的無規則運動，學生都忽視了分子的數量級10-10m是肉眼看不見的。這個實驗教育學生，為了不造成錯覺，在觀察事物各部分時，必須細致入微，明察秋毫；在觀察整體時，又必須把各部分聯系起來，切忌粗枝大葉和坐井觀天，這樣才能在錯綜復雜的現象中排除表面次要的因素，將本質的特征顯露出來。
4、要引導學生特別留神在事物發展過程中稍縱即逝的現象、偶然出現的現象以及在由量變轉到質變的關節顯示出來的現象。
為培養學生善于發現問題，我經常引導學生不要放過那些稍縱即逝和不引人注目的現象。例如，在浮沉子的實驗中，應注意浮沉子中氣體體積的變化；在研究動能大小的決定因素時，應注意速度的方向是否對其有影響，可以把斜面做成各個方向的軌道，比較物體滑行的遠近。事物的發展在質變階段表現的現象是不同于往常的，這是培養學生觀察能力的好時機，我們不應輕易放過。例如沸騰是學生幾乎每天都要接觸的現象，但絕大多數的學生從沒有有意識地去觀察過這些現象，他們只能很粗略地描述沸騰現象。因此，有必要讓學生仔細觀察沸騰開始的后的整個過程，打開瓶蓋和關上瓶蓋進行觀察。首先不必給學生提出什么要求，讓學生自己去觀察和發現沸騰的主要特征，然后教師再進行引導，這樣讓學生經歷一次小小的發現物理規律的過程，比教師一一地指示他們被動地觀察收獲要大得多。經常教育學生到家里，從自己的身邊學習物理，物理就在你的身邊，你的身邊無處不存在物理，這些話語也能激勵學生去探索力的、熱的、光的、電的知識，激發學生的學習興趣，提高了學習效率和效果。
5.把觀察和思維緊密結合起來。
觀察和思維是不能截然分開的。觀察是正確思維的基礎，而深入地觀察需要思維指導，因此，培養觀察能力應注意把觀察和思維緊密結合起來。例如，研究串聯電路和并聯電路時，不僅觀察同一電路中兩燈的發光程度，還要觀察不同電路中兩燈的發光程度的比較，思考為什么，為以后的學習設下伏筆。
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實驗操作能力是指對實驗儀器、工具、實驗過程等的動手操作能力，它是實驗得以順利進行的一種動手能力。實驗操作能力主要是在實驗操作過程中逐漸培養起來的。
1.裝配儀器，合理排布。有一些較為復雜的儀器需要首先把儀器的各個零部件裝配起來，要求裝配得正確、合理、充善，每種部件“對號入座”。如安裝電動機模型。對于運用多種儀器、儀表的實驗要合理排布，其排布的原則為便于接線、便于檢查、便于操作和便于觀測，正確地把各種儀器儀表連接起來。
2.掌握儀器調節的方法。在裝配連接好各種儀器后，要對儀器儀表進行預備性調節，要求學生掌據各類儀器的調節方法。
3.要按實驗規則進行實驗操作。要根據實驗的要求和各種儀器的使用規則進行正確操作，要逐步訓練學生操作動作規范、正確、熟練快捷、動作干脆利落。
4.及時排除實驗故障，順利進行實驗。當實驗做不下去，數據很不合理，說明實驗過程出現了故障。出現故障要首先進行故障分析，一般情況下，力學實驗與摩擦有關，要檢查實驗器材是否光滑，水平等；熱學實驗與散熱有關；電學實驗與電表量程、正負接線柱的連接，電路的連接等有關。分析實驗故障一般可用以下三種方法來尋找故障原因：一是從分析現象入手，推測產生現象的原因；二是從假設某一部分出現故障入手，分析它可能產生的現象；三是邊探索邊分析，縮小探尋的范圍。
5.結束實驗，整理儀器。實驗結束，要按照一定的順序拆除儀器儀表和整理儀器儀表，各類儀器儀表要調到初接入時的狀態。如托盤天平的托盤下方應用橡皮管支起，以防刀口磨損。對于部分學生還可培養其具有一定的儀器維修能力，儀器發生故障時，對損壞的零部件進行修理或調節。另外為培養動手能力，在平時也可多讓學生動手拆裝一些儀器，如拆裝一個常見的機械鐘等。
三、注重實驗分析能力的培養
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實驗數據處理能力是指對通過實驗測得的眾多數據進行分析處理，以獲得某些量的變化規律或量與量之間的函數關系。
1.對學生進行實驗數據的圖線化訓練。對于從實驗觀測中獲得的數據，一些簡單的情況，可以通過列表分析就獲得某些量的變化規律或物理量之間的函數關系，但大多數情況下還需進一步對數據進行圖線化。圖線化中最簡單的圖線是直角坐標系中直線圖，所以對于各種數據間的關系要盡量使其圖線直線化。對于—些不能直接直線化的數據，可以通過適當變換使之直線化，如熔化、凝固、沸騰、伏安法測電阻等，分別作x軸、y軸，描出相應的點，最后作出直線圖。一些圖線的外延與坐標軸的截距、曲線的斜率、曲線下的面積等都具有特定的物理意義。
2.進行誤差分析，修正數據。對于實驗數據一般地都要進行誤差分析。誤差的來源有兩類：一類是系統誤差，是由于儀器的難確性，如零點不準，或實驗理論的近似性，或實驗條件不能達到理論公式的規定要求，或測量方法本身有缺陷，或者測量者個人的生理、心理影響等產生，系統誤差在找到了原因后就可消除或修正。另一類是偶然誤差，它的來源主要是感官靈敏度、儀器精密程度、環境干擾和—些不可預測因素。偶然誤差服從統計規律，可通過增加測量次數和一些處理偶然誤差的理論和方法來進行。在實驗操作中減小誤差還可以通過提高測量精度，采用較為精密的測量工具，改用更好的測量方法，實驗中測準關鍵量，減少實驗干擾因素等來實現減小誤差的目的。誤差來源找到后，就要對實驗數據作出修正。
3.從數據或圖線上確定某種物理量的變化規律或某些物理量之間的函數關系，并通過物理分析，總結出物理公式和物理規律，達到實驗的目的。實驗的結果要在實驗報告上表達出來。
�。ǘw納總結能力的培養
物理學是一門以實驗為基礎的科學，它的很多規律來自于實驗。我們在教學中應加強學生通過實驗觀察和數據處理，進行歸納分析，進而發現物理規律的能力。如上“機械效率”—節時，我設計如下一組實驗，由學生操作：
（1）按教材圖示實驗，測出彈簧秤讀數、重物重力、繩頭移動的距離和重物移動的距離。算出拉力做的功和重物提高h米而真正需要做的功。 （2）用一只較大的動滑輪和—根較前粗糙得多的繩子重做上述文驗（重物不變，提升高度不變），算出拉力功和重物直接提升功。（3）用第一次實驗中的器材，將動滑輪改為定滑輪使用，使重物提高同樣高度。算出拉力做的功和重物直接提離h米需要做的功。
實驗結束后，我引導學生對這三組數據進行比較分析，自然地引出總功、有用功和額外功以及機械效率等概念，同時學生也找出了省力與機械效率高低不是—碼事的規律。在此基礎上，同學們認識到總功與動力功、有用功與阻力功是一個概念，“功的原理”只是“機械效率”的一個特例，它是一種理想狀態。
當然，教師在進行實驗教學的同時還要注意情境的設計，以便盡快激發學生的學習興趣，結合以上做法達到最佳實驗效果。
�。ㄈ┥A與遷移思維能力的培養
創設情境，設置疑問；設計方案，探索研究；觀察現象，分析數據；得出結論，完成報告。以上是常規的實驗步驟。在我們實施分層教學的學校，對實驗班可以同時進行升華與遷移，把學生難懂的，難理解的知識貫穿在實驗中，讓學生通過先實踐，眼見為實，從表象上認識、承認現象的存在，即講求實在性，然后引導學生運用已學的知識進行分析、討論，達到升華與遷移的目的，從而完成理解層次的知識點。實踐證明，這樣能幫助學生突破難點，又不覺得畏難，激發了學生迎難而上的攀登科學高峰的精神，從而激發學生更多的創造欲望和潛能，適合當今新形勢下的教學模式。
四、注重實驗品質的培養
沒有規矩，無以成方圓。養成教育不僅適用于平時的行為習慣，也適用于學生的學習習慣的養成。那些在班級中有良好的學習和行為習慣的學生，往往是學習的佼佼者，加上自身的資質和強烈的競爭意識，大多數學生都是出類拔萃的。
在每次新帶一個班級進行分組實驗前，我都會做好下列準備工作。第一，按照學生的成績、表現、操作能力、男女比例協調搭配分組并打印成表格，讓學生迅速找到自己的座位，開始初次的合作，從心里認識實驗課不能隨意，進行科學研究工作更不能麻痹大意；第二，在黑板上寫好實驗名稱、目的、原理、器材、抄驟、注意事項、研究討論的問題等等，學生整體了解實驗報告的格式，并能創造性、高效地完成探究活動；第三，教師進行創造性工作，在黑板上寫好組次，對學生的紀律和實驗情況，在巡視中發現的優點、不足，以及學生的實驗報告，及時在組次上做標記，評出第一、二、三名及優秀報告獎，激發學生的競爭意識和奮發向上、你追我趕的進取心，這樣有助于良好習慣的養成，也提高了實驗效率和達到人人動手操作、思考問題的效果，更激發了學生的創造潛能，我發現學生有時會有挖掘教材高難度的能力，部分學生的思維能力和反應速度已超過我們的授課速度，他們中存在吃不飽的現象，因此，在我所教班級中我主張學生擁有參考書進行自學，以便攝取更多的課外知識，以滿足他們的求知欲。這些都符合新課程、新教材的理念，即強調面向全體學生，而不僅僅是少數尖子生，這樣我們就要關照個別差異，讓每個學生獲得成功的同時，給吃不飽的學生另外提供補充性挑戰。
新課程改革要求我們每個教育工作者改變過去那種過于注重知識傳授的傾向，轉向注重學生的能力培養，引導學生形成積極主動的學習態度，使學生在獲得知識與技能、過程和方法的同時，學會學習和形成正確的價值觀，即從單純過重傳授知識轉變為引導學生學會學習、學會合作、學會生存、學會做人，關注學生“全面”的發展。我們知道，過去的教育體制忽略了對學生能力的培養，而側重于知識結果的傳授，學生缺乏應有的社會責任感、健全的人格、創新精神和實踐能力，因此以關注學生“全面發展”為目的的新課程改革，成為歷史的必然。我們要牢牢把握新課標的尺度在實驗課中大膽實施開放性的課堂教學模式，大力培養學生各方面的能力，使每個學生都能成為有用之材。
【注釋】
①《物理能力測量研究》續佩君著 廣西教育出版社1999年版第41頁
�、凇段锢韺W習論》梁樹森著 廣西教育出版社 1998年版第209頁
�、邸段锢砟芰y量研究》續佩君著 廣西教育出版社1999年版第28頁
【參考文獻】
[1]、中華人民共和國教育部：《物理課程標準（實驗稿）》 人民教育出版社
[2]、陸炳炎 王建磐：《素質教育的理想與目標》 華東師范大學出版社 2001年2月
[3]、梁樹森 《物理學習論》 廣西教育出版社 1998年5月
[4]、續佩君 《物理能力測量研究》 廣西教育出版社 1999年3月
[5]、李建平 《新課程實驗如何深入地進行》 《人民教育》 2004年6月
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