物理实验教学设计之我见

物理实验教学设计之我见物理实验教学，一方面应该按教学的目的的要求造成一个特定物理环境，让学生置身于这个环境中，引导学生手脑并用和运用一切感官，通过思考，辨别物理现象中的主次、真假，从中形成正确的物理概念，认识和理解物理规律；另一方面是培养学生利用实验方法独立研究物理问题，从而获得新知识和把知识应用于实践的创造能力。要使物理实验教学达到以上目的，必须做好物理实验教学的实计。好的物理实验教学设计是提高物理教学质量的关键，是使学生学习物理化难为易的重要途径，是培养学生学习、研究物理能力的有效手段，甚至教材的深广度以及整体水平的提高都有赖于良好的实验教学设计。（一） 物理实验教学设计的含义物理实验教学设计应包括实验原理及其装置的设计、演示实验的演示过程的设计和学生实验指导书的设计。只有好的实验装置（哪怕是可以得到非常精确的结果），没有好的演示过程或恰当的学生实验指导，是不会收到良好的教学效果的，这两者相辅相成。显然，实验教学目的在于教学，它有别于科研人员以寻求某一结论为实验目的的实验。因而还必须具有教学的特点，所以物理实验教学设计应突出物理思想而不必过于奢求精确度，演示过程和学生实验指导书应突出引导和启发而不必过于具体地“抱着走”。 （二）物理实验教学设计的理论指导 1.用物理的科学知识、物理的思想方法来指导物理实验教学设计设计者本身首先要对物理概念的本质涵义有深刻全面的认识，对物理规律成立的条件及规律本身的物理意义和定量关系要非常明确。普通物理学和普通物理实验以及我们的课本，对概念的本质涵义的阐述及其揭露的思想方法、对对物理概念建立的实验基础及其分析推理，都是我们作为中学物理实验教学设计的主要依据和参考。它们会帮助我们尽可能不犯科学性错误，能使我们站得高一点，对物理概念、规律理解得正确、深刻和全面，所设计的实验就能够比较完美。 2.以物理教学法的教学原则和不断更新的教学思想指导实验教学的设计这一点在设计演示过程和学生实验指导书时尤为重要。例如，应该如何使学生易于接受实验的思想方法；如何由表及里层层深入地进行实验；如何从实验操作和一切感官所获得的赶心感性认识，引导学生通过思考抽象得到物理概念的本质涵义；如何从所研究的物理过程中各物理量的关系，推理概括得到物理规律；着意在哪些环节启发引导学生的思维活动、培养实验操作技能和创造能力等，都需要我们学习和应用教育心理学、物理学发展史、教学法、创造学等，以不断更新自己的教育思想、改革教学方法，根据学生的认识水平和认识规律，按造教学目的来设计实验装置，设计好演示过程或学生实验指导书。 3.用新的科学技术知识指导实验教学设计当前我们正处于科学技术日新月异、突飞猛进的时代，电子技术、电脑的应用日益广泛，为各个领域提供了很好的革新手段，因此我们也需要学习有关的应用技术知识，改革和创新物理实验教学手段，提高物理实验教学效率。（三） 实验教学设计应注意的问题 1.演示实验教学的设计 （1）选择宜于作演示的物理实验。一般书说来，定性的实验或无需精确读数测量的实验、测量数据较少或各物理量之间有比较简单关系的实验、现象比较明显或容易引起学生兴趣和调动学生积极性的实验，是比较适宜作为演示实验的。这是因为考虑到课堂上可以利用的是有限的，学生观察实验也受到限制，例如视线角度不同、远近不同等，一般演示用仪器的测量精度都较差，刻度也比较粗糙等。 （2）着重考虑发挥演示实验对学生的示范作用。目前不少教师为了更好地培养学生的实验技能和独立研究物理问题的能力，把较多的演示实验改为学生实验，这就更突出地要求充分发挥好演示实验的示范作用。关键在于设计好演示过程中的启发、引导。例如，使学生明确实验目的、原理相应的思想方法、步骤；如何控制物理条件，使其能出现该实验所需的物理现象；在什么条件下测量哪些物理量；选择怎样的测量手段，数据记录表格设计等。在演示过程中必须严格地按仪器操作规范使用仪器，指导学生利用相应的感官获得感性的认识。在演示后启发学生思考，引导学生分析现象、处理数据、作出实验结论、进行误差及其原因分析等，并摘其重点做好示范。 (3)演示实验要特别注意直观性。物理实验是测量的科学，所有的量具和测量仪器都是把各种量转化为人们感官所能直接感觉和鉴别的信息（包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等，其中视觉尤为重要）。例如，电流强度的大小，是通过磁电式仪表转化为指针偏转角的大小（当然还必须制定出大家公认的基准，而所有的测量都是与相应的基准作比较的）。所谓直观就是上述的“转化”的原理，应该是学生所熟悉的或易于为学生所理解的，或是学生已具有认识这一原理的知识基础的，应该有尽可能简单测量仪器或量具，有最简单的测试手续，有最简明的实验过程。根据上述对“直观”的理解，对高中学生来说，使用磁电式仪表来测量电流、电压，比之使用数字式仪表更显得直观，因为高中学生对于磁电式仪表的原理比数据式仪表的要清晰明了得多。 (4)演示实验应充分重视可见度。“可见度”是泛指实验装置、实验过程中出现的物理现象，都能引起每个学生相应的感官有清晰的感觉。例如，实验装置的结构、线条、图形、仪表指针和刻度；伴随物理现象出现的声、光、气味等务必使每个学生都能感觉到，如电学示教板，应把导线连接展示清楚，线路简单的可固定于竖放的板面上，或在板后接线，而把完整的电路清晰地画在板面上；如果仪器不便装在竖放的板面上就应使用较粗的有鲜艳颜色的单支硬导线来作连接，并使之分布于空间中，从正面看过去互不重合，就能使学生看清楚每根导线的来龙去脉，对实验装置就有特别明朗的清晰感。我曾经遇到过有几位座位较后的学生，用望远镜来观察我做的演示实验，这是对我做的演示实验“可见度”的一个讽刺也充分反映学生要求看清楚演示实验出现的物理现象的心理和珍惜每个演示实验的精神。 2.学生实验教学的设计 (1)定量性较强的、需要作精确测量的、测量次数较多的实验，或原来的某些演示实验，宜作为学生实验。一是学生实验仪器的刻度比演示仪器好，学生宜于得到比较准确的数据；二是由学生亲自控制进行实验，在什么条件下得到哪些数据，在什么条件下某些量之间是怎样相互影响、依存和制约的，自身亲历其境，宜于深刻理解物理概念的物理意义或物理规律的适用条件；三是学生有较多的操作训练机会，有利于培养学生实验的技能技巧。 (2)学生实验指导书应写清楚实验目的、原理、装置、方法和步骤，给出分析处理数据的方法和要求，提出做完实验后值得思考的问题或对实验的一些扩展。如果实验中用到学生未使用过的器材，或是已使用过但属于不同用途或对仪器扩展使用等，都要对学生交待清楚，或提供它的说明书。对于高中学生，以上内容在实验指导书中不必分开栏目来写，但要求学生在预习时能按这些栏目写出实验报告初稿，其中还应有学生自己设计的实验数据记录表格，在学生对整个实验有全面的理解、心中有数的情况下，才能主动地进行实验。 (3)学生实验装置宜给出元器件发、仪器，由学生本人组装成实验装置，而尽可能不用已按实验要求组装成套的教具。在中学阶段应该创造更多的机会让学生以脑指挥手，得到手脑并用的正确训练，不宜包办代替。那些惟恐学生组装不了，惟恐他完成不了实验，都替他把装置装好，甚至做成一个整体的仪器，只需他扳几次开关，读几个数据就做完实验的做法实际上是误了学生，切不可取。（四） 实验装置、教具的设计、改革和创新 1.教具就要突出“教”的特点，他有别于生活用品、生产工具。例如，做个电话机原理说明器的教具，只把常用的电话机的话筒和受话器拆出来，接了线还不够，因为还有话筒和受话器的原理要说明，所以话筒和受话器的外壳应该是透明的。让学生看清楚它的构造才能达到这个“教”的目的。 2.优先考虑使用基本的通用仪器、器材来组装实验装置，以充分发挥现有仪器、器材的作用，增加学生对各种仪器的使用次数，从而更熟悉它们的操作和培养创造性地使用仪器、器材的能力。例如，应用音频发生器和电磁打点计时器可做成水波实验（如波的干涉、衍射等）中的可调频率的波源；应用音频发生器、扬声器、示波器、话筒等组装成为声波干涉的实验装置等。 3.给基本的通用仪器加设附加装置，以扩展现有仪器、器材的用途，使其能适应实验教学设计的思想方法的需要。例如，给电流计加装一个微电流放大器可做成很灵敏的电流计，用来做单根导线切割磁感线的电磁实验，使该实验有非常直观的效果；给灵敏电流计加设一个阻抗变换器成为高内阻电压表，可用于测量较大电容器上的电压等。 4.自制教具应突出改革和创新，“土”、“洋”结合。自制教具一方面要因地制宜、因陋就简、修旧利废；另一方面要利用现代科学技术的新成就、新产品来创造和革新我们的教具，“土”和“洋”的概念会因时、因地而异，但都应在“土”、“洋”结合上不断下工夫创新，从实际情况出发自制教具。自制教具应该毫不削弱实验的科学性，也不意味着实验思想的落后，而是继承已有的实验装置、教具的优点，并以严密的科学性、革新的实验教学思想、先进的实验手段去改革和创新教具。 5.在教具的制作上，教师和实验员的主动积极因素是非常重要的，他们在教学第一线，熟悉教材，最了解自己的学生，能够发动学生从学习的角度提出设计方案或改进意见，能够根据学生的认识规律，根据教学目的、教学过程来设计实验。只有发挥教师和实验员的主动积极作用，才能充分发挥现有仪器、器材的作用，才能创造出一些简易而物理实验思想先进的装置来满足教学过程的需要。 6.在教具的制作上，还可发挥学生的积极性和创造性，集思广益。学生有着丰富的想象能力和巨大的潜力，学生往往有着出乎意料的惊人之作，作为教师的借鉴和参考。“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。如果一个人掌握了它的学科的基础理论，并学会独立地思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。”（爱因斯坦论教育，纪念爱因斯坦译文集，第70页，上海科技出版社，1979年版）这应当是我写以上文章的指导思想，并在教学实践中努力实施的。 5