以学定教提高高中物理实验教学的有效性
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摘 要：物理新课程教学的目的是提高全体学生的科学素养，提倡学生自己设计实验，进行探究。在物理课程的实验教学中，“将实验与科学探究有效地结合起来”已成为新课标的主旋律。要转变教师观念，调动学生的实验兴趣；创设问题情景，激发学生实验问题意识；引导相互探究，培养学生实验探究能力；引导学生思维，培养学生实验分析能力，以提高高中物理实验课教学的有效性。
物理学是一门以实验为基础的基础学科，是培养和提高学生科学素养的重要学科。实验教学是高中物理教学的重要组成部分。教师在物理实验教学中，要准确把握好实验教学时机，充分调动学生的积极性和主动性，让学生实现“要我学”到“我要学”， “学会”到“会学”的转变，让学生时刻体会到学习的乐趣，养成良好的实验习惯，为终身学习奠定良好的基础。本文就教师在高中物理实验教学中，如何引导学生动手动脑，培养学生物理的兴趣，感受物理学科的科学魅力，从而提升物理实验课教学有效性作一探讨。
一、转变教师观念，调动学生的实验兴趣
传统的高中物理教学以学生掌握知识为核心，以教材为中心，以课堂为重心，对实验课不重视，或流于形式，为实验而实验，师生关系中教师权威占主要地位，学生只能处于被动的学习中。学生对于考试中的实验更是以不断的练习来总结解题技巧，学生成了纯粹的解题工具，而不懂实验的真正目的，更有甚者不理解实验原理，对于开放性的问题，就表现出一头雾水。这种教学方法，忽视学生主体参与及内在需求和人性化的发展，导致学生对实验教学不感兴趣，学生解决问题的能力、探索精神和创新能力受到遏制。这种教学，很难培养出技能扎实、具有科学态度和创新精神的新一代人才。
（图1） （图2）
高中新课程则要求教师在教学实践中，要重视实验教学，不断发展学生的实验技能，培养学生学习物理的兴趣，激发他们的学习动机和实验欲望。因此，教师要注重培养学生的实验兴趣，让学生亲自动手实验，使学生切实体会到学习的乐趣，进而对实验课教学感兴趣。例如：在“测定玻璃的折射率”实验中（如图1），教师如果仅仅通过语言讲授实验方法，学生很难体会到P3大头针挡住P1、P2的像，甚至会认为三者就是在同一条直线上。教师可以设置比赛方式，看谁最快能从玻璃砖的bbˊ一侧中寻找P1、P2的像，让P3挡住P1、P2的像，鼓励最快找到P3位置的学生，这样可以调动学生实验的积极性和竞争意识。然后再用同样的比赛策略，让他们寻找位置让P4挡住P3本身及P1、P2的像。接着撤去玻璃砖，记下大头针P1、P2 、P3 、P4的位置，明确大头针的位置关系，画出光路图，进而根据光路图测量出从空气射入玻璃中入射角θ1与折射角θ2。然后，通过n=计算出玻璃的折射率。同样，可以通过竞争比较的方式，让学生比比谁的结果最接近课本所给的折射率大小。学生会发现大多数数值与课本提供的折射率非常吻合，从中体会到成功的喜悦。这种通过自身体验获得新知的方法，不仅激发了学生学习兴趣，让学生领略到实验课的快乐，而且有效地培养了学生的创新精神和实践能力。
二、设置问题情景，激发学生实验问题意识
英国教育家彼得·克莱恩说：“学习的三大要素：接触、综合分析、实际参与。”学习的第一大要素就是接触，发现问题。问题意识是科学的起点，实验推动科学的发展。实验课中学生应该具有问题意识，在课堂中要注意激发学生问题意识，它在实验中起到至关重要的作用。在实验教学过程中，教师应引导学生学而思，思而疑，让学生从实验中发现问题。只有使学生对某一知识或事物产生强烈的好奇心和求知欲，想急切知道问题背后的答案，才能切实提高实验教学有效性。在物理实验教学中，教师应抓住学生这一心理特点，创设问题情景，激发学生实验问题意识。
教师在教学实践中，应根据学生的实际和认知水平，设置一种启发式的、辐射性的问题情境，让学生发现所学的知识已经不够用了，需要学习更多的知识来解决。如此不仅能激发学生的学习兴趣，而且有效地调动学生学习的积极性和主动性。例如，“验证力的平行四边形定则”的实验，学生在初中阶段就学习了同一直线上二力的合成。在教学中，就应该从同一直线上二力的合成入手，再引入互成任一角度力的合成，让学生明确学习的目的。如图2，在教学的过程中（为了更好地找到关系，选择特殊情况进行实验），首先用一个弹簧测力计提起一个物体（500g），静止时，让学生记下此时刻度尺的读数F1=5.0N；接着用两个测力计同时向上提起这个物体，再让学生读出这两个测力计的读数F2=2.5N、F3=2.5N，并比较F2 、F3与F1的关系，可以得到F2 +F3=F1；然后再将两个测力计向外拉出，成90°的夹角，调整适当的位置，再让学生读出此时两个刻度尺的读数F4 =3N、F5=4N。此时计算发现F4+F5≠F1、∣F4—F5∣≠F1，即简单的代数运算已经不符合一定夹角二力的合成。但是，从数学角度发现符合数学中直角三角形的勾股定理，对学生来说可以起到一定的提示作用。如果角度任意，会有什么情况？是否存在着一种特定的关系？由学生在实验的过程中发现问题，同时明确本节课学习的主要目的，就是对互成角度的二力进行合成。最后通过实验，找出力的平行四边形规律。在学生原有知识基础上，设置阶梯式问题情景，从二力同一直线到互成角度，从特殊角度到任意角度，实现学生从特殊到一般性的过渡，让学生有“跳一跳，摸得着”的感受，培养学生发现、分析、解决问题能力。
三、引导相互探究，培养学生实验探究能力
（图3） （图4）
新课程下有效教学的一个重要理念，就是要促进学生的全面发展，实验教学的出发点只能是学生的实际情况。由此，实验的有效教学必须建立在学生的实际情况和个性特征的基础之上。合理指导实验操作，既不能低估学生的潜能，也不能高估学生的实际能力，只有让学生主动参与到实验中，才能提高实验教学的有效性。
有的高中学生的基础较薄弱，学习自觉性不强，很多问题都得在课堂上解决。因此，教师就必须进行实验前的指导，以及实验探究的引导。例如，在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，学生在实验之前，教师必须对恒力对物体所做的功和物体动能改变的测量，进行必要的指导。这个实验首先要明确，恒力对物体所做的功和物体动能的改变必须对应同一过程，通过实验求出恒力对物体做的功和物体动能的改变，再去找它们之间的关系。根据W=FS，E=mvt2-mv02，猜想所需测量的物理量有F、S、m、V0、Vt。选择A到B过程，如图3所示，引导学生，位移SAB我们可以采用什么测量？（直尺）而速度的测量在物理实验室中可以采用什么方法呢？想想上学期我们做了什么实验？看看你们桌面上有什么仪器？通过引导，学生回答：通过利用打点计时器打出的纸带来计算，即在匀变速直线运动的物体所得的纸带中，物体在某点的瞬时速度采用中间时刻的瞬时速度等于这一段运动的平均速度的方法来计算，这样V0、Vt就解决了。然后，引导学生联想到小车实验，只要测出小车的质量，小车在这段过程中的动能的改变量就可以计算了。
对于恒力对物体所做的功，小车在做匀变速直线运动，小车受到的合外力就是恒力。请同学对小车进行受力分析，小车受到了哪些力的作用？（重力、支持力、摩擦力、绳子拉力）哪些力做功呢？引导学生回答除了拉力做功外，摩擦力也在做功。此时，引导学生在验证牛顿第二定律的实验中，思考小车的合外力用什么来代替？学生回答：利用桶和钩码的重力代替小车所受的合外力。继续提问引导，采用什么措施，可以利用桶和钩码的重力代替小车所受的合外力？在引导的过程中，学生联想到通过倾斜轨道以平衡摩擦力，以及小车的质量要远大于桶和钩码的质量。同时满足这两个条件，就能达到利用桶和钩码的重力代替小车所受的合外力的要求（如图4）。这样在教师的引导过程中，学生能够利用以前所学的知识，一一解决了小车动能的改变量和小车所受恒力做的功，整个实验过程也就清晰了。通过教师引导，学生分析实验过程，由学生自己设计出实验步骤和方法，并动手实验，让学生体验成功的喜悦，培养学生的探究热情和探究能力。
四、引导学生思维，培养学生实验分析能力
美国心理学家吉尔福特说：“人的创造力主要依靠发散思维，它是创造思维的主要成份。”在物理实验教学中，加强学生思维的培养，对拓宽学生的思路，更深刻地理解物理知识及多角度地进行研究活动，有着非常重要的作用。
（图5） （图6）
一般情况下，对实验数据的归纳和处理都是两个物理量间的关系是否相等（探究恒力做功与动能改变的关系）或者两个物理量之间是不是正比关系（弹簧的伸长量和弹力的关系）。在“探究加速度与力、质量之间的关系”实验的过程中，对数据分析时，通过数据观察发现力相同时，质量增大，加速度在减小。引导学生思考：在寻找物理量之间的关系时，除了直接观察实验数据外，还经常采用什么方法呢？（图像法）图像显示物理量之间的关系比较直观，也可以有效减小实验误差，确定并排除实验中的一些错误数据。由此，在物理中利用图像来处理物理量之间的关系是非常常用的方法。用图像来分析时，绝大多数学生想到的就是画a-m图像，而a-m图像显示的是一条曲线（如图5）。这个曲线是不是反比例函数双曲线的一支呢？可以用什么来判断呢？曲线不容易判断二者的关系，在图像中直线比较容易反映出物理量之间的规律，由此就想到，能不能将曲线转化为直线？数学上如何将双曲线转化成直线？数学中，如果y与x成反比，则y与就成正比关系。在教师的提示引导下，多数的学生就想到可以在直角坐标系中画a-的图像（如图6），通过图像发现a-形成一条过原点的直线关系，直观体现了a-成正比，也更确切地判断出a-m的关系。这样的引导，既加深了对知识的理解，又打破常规，广开思路，使学生的积极性、主动性、创造性得到了极大发挥，有效地培养了学生实验分析能力。
实验作为物理教学的重要环节之一，是真正落实物理课程标准目标的重要途径，是实施物理课程发展的重要条件。教师应引导学生在实验过程中，将所学过的知识进行整合，并通过自己动手实验探究获得新知识，不断激发学生学习物理的兴趣和实验欲望，使学生从中感受到科学探究的喜悦，提高创新思维和实践动手能力，有效地提高了物理实验课堂教学质量。
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（福建省厦门市新店中学）