实验教学的意义|深化实验教学改革 优化物理教学质量
实验教学的意义|深化实验教学改革 优化物理教学质量
物理实验是物理教学的一个重要组成部分，它既是物理教学的重要基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。它对激发学生的兴趣和求知欲，训练学生的科学方法，创设学生有效掌握知识的学习环境，培养学生的各种能力和良好的科学素质具有重要作用。因此，深化实验改革，对优化物理教学，提高教学质量具有重要意义。以下是笔者在多年的教学实践中总结出的一些做法。
一、到实验室上绪论课
良好的开端是成功的一半，因此上好绪论课至关重要。绪论课的教学，能否激起学生学习物理的浓厚兴趣，决定着绪论课的成功与否，甚至可能会决定学生在今后能否学好物理，是否从事物理工作等。中学生，特别是初中生对一门新的功课、一个新的老师感到很新鲜，怀着强烈的好奇心。但若教师在绪论课上手段落后，方法单一、死板，只是单调地用讲授法讲述物理的作用、研究范围、怎样学好物理，那么学生的积极性和兴趣会很快消失，甚至讨厌物理。怎么办呢？可带学生到实验室上绪论课。学生进了仪器室、小制作陈列室，如同进了科学的殿堂，兴奋不已，被一件件的教学仪器、小制作吸引住了，指这指那问道：这是发电机吗？能发出电吗？那是什么？做什么用？此时教师因势利导，介绍一些重要的仪器和作用，并演示一些神奇的实验。如发电机发电，抽水机抽水，激光斜射入水里或玻璃里传播方向偏折，用投影器上的光径三棱镜色散产生五彩缤纷的彩虹等。学生看了更是情绪激动，兴趣盎然。教师再播放一段有关物理新科技和新成果的录像。如火箭发射升空、人造卫星上天、美国宇航员踏上月球等。这些精彩壮观的场面既能迷住学生，又能使学生充分地认识到物理的重要作用，科技的无比威力。教师再简单地介绍绪论这一课的相关内容。这不仅能起到事半功倍之效，更重要的是激发了学生学习物理的浓厚兴趣和强烈的求知欲。
二、变教师演示实验为学生演示实验
在以往的教学中教师扮演的是一种家长的角色、知识传播者的角色。对演示实验的教学也是如此，教师在台上做实验，学生在台下看实验。现代的教学观把学生的创新能力培养放在首位，认为教师的主要作用是教学的设计者、组织者和帮助者及品德的示范者。教师既是学生的长者、引路人，又是朋友。演示实验不是教师的专利，变教师演示实验为学生演示实验，有利于学生积极参与课堂活动，有利于学生的主体性和积极性的发挥。具体做法：开学初，将教材中的演示实验像安排值日生一样安排给学生，并把事先印制好的实验报告单发给学生，用以填写实验者姓名、时间、实验目的、原理、器材、步骤和结论。每次课前教师要做好充分的指导工作，确保学生能熟练完成实验。课堂上由学生上台演示，教师可在边上适当辅导。学生每次课堂实验后，写好实验报告单交给教师，教师再给学生打分，作为学生平时实验考核的分数。这种做法，教师虽辛苦一些，花时间较多，但对增加学生实验机会，发挥学生的主体性是大有益处的。一个学期下来有的学生可轮到５次，少的也有４次。学生十分喜欢上讲台做演示实验，也十分珍惜轮到的机会，都很想充分表现他们的实验才能，演示认真，操作规范，俨然是个老师。
三、变口述为实验
许多有经验的教师，为了激发学生探求知识的欲望，往往会举许多生动的例子。如有的教师为了说明大气压大得惊人，介绍了１６５４年德国马德堡市的市长、学者奥托·格里克表演的一个惊人的实验，他把两个半径３０多厘米的空心铜半球对紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空气，然后两队马向相反的方向拉两个半球，结果用了八对马还没有把它们拉开。有的教师进了一步，边投影边介绍（用投影片展现当年八匹马对拉的情景）。这里为取得更惊奇的效果，要演示一个真实的实验。将马德堡半球的对口处涂上一些凡士林油，再把它们合起来，用力相对转动一下，使对口密合，以免漏气，用抽气机抽出球内空气，关闭活塞。请八个力气大的学生在马德堡半球两边向相反方向使劲拉，结果怎么也不能拉开。这种真实的实验能强烈地刺激学生的感官，引起他们极大的兴趣和强烈的求知欲望。又如在教声音的共鸣时，有的教师为了说明声音的共鸣现象，举了一个有趣的故事：洛阳某和尚的房间里挂着一种乐器——磬，它经常自鸣作响，和尚因此惊扰成疾，他的朋友听说这件事，特地去看望他，正好听到寺院敲钟的声音，磬也响起来了，第二天他就用钢锉把磬锉了几处，从此磬就不再发出声音了。听了这个故事学生半信半疑。可做下面的实验：取两个频率相同的音叉Ａ和Ｂ，使它们的共鸣盒口正对并靠近。用橡皮槌敲击音叉Ａ的叉股，使音叉Ａ发声，过一会儿，用手捏住音叉Ａ的叉股，使它停止振动，这时，音叉Ａ不发声了，却听到音叉Ｂ在发声。将Ｂ的叉股套上一个小铁环，则音叉Ｂ的频率发生了变化。重复实验，音叉Ｂ不发声了。学生亲眼观察到这个实验后，心服口服。
四、变小为大，变弱为强，变快为慢
要能充分发挥实验的重要作用，首先要保证有足够的可见度，使学生能充分、详细、认真地观察和思考。这一点美国的有些中学物理实验可使我们受到启发。他们有的器材装置大得出奇。例如，用从天花板挂下来的大铅球来演示单摆，演示表面张力的装置竟达一米宽。由于实验装置大，故可见度大，现象明显，过程壮观，给学生留下极为深刻的印象。我们的物理实验，有的因为实验装置摆放在水平桌面上，有的因为现象不明显，可见度很低。学生根本无法观察，对教学极为不利。因此，物理教师要善于进行实验改进，努力提高可见度。如演示物体曲线运动的条件，在钢球运动方向的侧面放上一磁铁，钢球受到跟速度方向不在同一直线上的磁铁的吸引力作用，偏离直线而做曲线运动。由于整个实验装置和现象都在水平面上，学生在座位上根本看不见。若将整个装置放在投影器平台上演示，学生就能很清楚地看见钢球做曲线运动的路径了。再如灵敏验电器，在课堂上演示“灵”而不“显”，若把金属箔做得太大，则会“显”而不“灵”。我们采用了灯光反射原理，在验电器后方装上两只灯泡，使演示现象明显清楚，可见度大。又如，演示液体的热胀冷缩时，往水中滴几滴红墨水，在烧瓶上方的玻璃中插入一根铁丝，只要稍稍对烧瓶加热，就可明显地看清液体的热胀冷缩现象。我们通过研究与实践认为，采取以下方法可增大可见度。１.垫高：把实验装置垫高，便于教室后排学生观看。２.投影：利用投影器把平面上的实验现象投射到屏幕上，便于全体学生观看，如电力线、磁感线谱、水波的干涉等。还可将微弱的现象通过投影放大，如电荷间的相互作用，固体的热胀冷缩演示等。３.立面展示：把平面上的实验装置，改为挂到黑板上演示，如初、高中的一系列电路接线演示实验。４.染色：有些实验装置装有无色透明液体，比如水、酒精、煤油都染上颜色便于观察。５.模型放大：游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺、各种电表的刻度很小，可以用放大的木制模型演示。６.屏映：有些实验装置中的水柱或光柱受光线的影响，学生不易观察清楚，用白纸屏放在教具后面做屏映，即可观察清楚。７.强光源：在做光的反射和折射实验时，用红色激光束演示比普通光源效果更佳。８.改进实验原理。如演示电流间的相互作用，由于电流间的相互作用力很小，普通导线又较重，所以现象十分不明显，若将两条平行导线换成铝箔条，可从旧纸介电容中拆出，或香烟盒中的铝箔，再把两平行铝箔条用铁架台悬挂起来，放在投影器平台上方演示，现象就很明显了。
还有些实验现象，只发生于一瞬间，在如此短的时间内要让学生观察、区分和比较是极其困难的，教学中遇到的动态现象的定量分析也显得很麻烦，借用多媒体电脑技术能驾驭时空，延滞时间，放慢过程，弥补人体感官的不足，可帮助解决这些物理现象的分析、研究。如高一物理平抛运动一节教学，教材中介绍了用平抛运动演示器来研究它的竖直分运动是自由落体运动（即听Ａ、Ｂ两球是否同时落地），因人耳无法分辨微小声差，直观性不够。如实验时用数码摄影录像机（即ＶＤ格式）摄取运动过程后输入多媒体电脑，然后进行频闪（或慢放）等技术处理，再用大屏幕展示，通过Ａ、Ｂ两小球对各个时刻位置的比较，可发现两球总处于同一水平线上，证实了平抛运动竖直方向分运动是自由落体运动，还可以比较“频闪照片”各个时刻Ａ球所处的位置，发现各个水平位移相等，说明平抛运动的水平运动是匀速直线运动。录入电脑后的实验现象，还可多次重复观看，本来发生在一瞬间的现象，借用电脑，可进行慢放、帧放、频闪等，既提高了实验的可信度，也加深了学生对运动的理解。
五、自行设计演示实验
光靠教材中所安排的演示实验，是远不能满足教学需要的，特别是一些重点、难点、疑点，不做实验，学生的感性认识不充分，表象不丰富，理解和掌握知识就很困难。这就要求教师要能根据教学的需要自行设计演示实验。如为了导入动量定理这课的教学，可设计一个实验：在铁架台的支架上用细线吊起一个较重的铁球，在铁球下面拴一条同样的细线，如果突然用较大的力向下拉下面那条细线，结果下面那条线断，上面那条线不断；如果慢慢用力拉下面那条线时，上面那条线断，下面那条线不断，这是为什么呢？学生急于探其究竟，教师接着引入新课，学生的注意力就十分集中。又如在研究静止在斜面上的物体对斜面的压力时，学生由于缺少感知，往往觉得物体的重量多大，对斜面的压力就是多大。为此我们可以设计如下实验：把已知重量的砝码放在水平放置的台式测力计上，此时测力计的示数正好等于砝码的重量；接着教师把台式测力计的底座一端稍稍抬起（这时测力计的平台是斜面），它的示数变小。上述实验不但区别了重力与压力，也显示了斜面的压力小于物体的重力。演示时，许多学生很惊讶，在生动的事实面前，他们才真正接受了正确的受力情况分析。如没有台式测力计，可找一块厚的海绵，分别放在水平桌面上和斜面上，再分别在海绵上放同一木块，可以发现放在水平面上的海绵被物体压得较扁，在斜面上的海绵虽被压， 但看上去较厚，且沿斜面向下斜，说明木块不仅对斜面的压力变小，并且有下滑的趋势。这种直观形象的实验，学生一看就明白。真可谓千言万语说不清，一看实验便可知。
六、增设课堂小研究
小研究是结合教学内容由学生通过实验进行学习的内容，是学生实验的一部分。从时间上看，可以在几分钟内完成；从所用器材来看，可以是学习用具、家庭用具和瓶瓶罐罐，也可以是实验室里的器材；从实验对象来看，学生人人参与，有助于学生深刻理解和牢固掌握所学知识。教师要认真钻研教材，精心设计好小研究。如教学静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力，可以设计一个小研究：让每个学生准备一个算盘，在它的边框上拴上一条细线，细线另一端系测力计，若测力计不够，可用弹性好的橡皮筋代替。１.将算盘正面摆放在水平桌面上，沿水平方向拉测力计，拉力由小到大，直到算盘能滑动为止，观察测力计读数如何变化，说明摩擦力如何变化，在算盘未被拉动前拉力从０逐渐增大，静摩擦力在什么范围内变化；若拉力５牛，静摩擦力多大。２.将算盘向前拉动，读出滑动摩擦力，比较滑动摩擦力与最大静摩擦力的大小。３.将算盘反面摆放，即算盘珠朝下，拉动算盘，读出滚动摩擦力，比较滑动摩擦力与滚动摩擦力谁大谁小。又如为了研究楞次定律，可让学生用一副线圈和灵敏电流计接成闭合电路。将条形磁铁Ｎ、Ｓ分别插入、拔出线圈，分别记下感应电流的方向，并判断感应电流的磁场方向和线圈两端的磁极方向，并作出以下归纳：１.当磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向有什么关系，感应电流在线圈上端产生的磁极跟磁铁下端的磁极有什么关系，当磁通量减少情况又如何。２.磁铁插入或拔出时，磁铁总是克服什么力做功，线圈中的电能从何而来。３.感应电流的磁场总是对磁铁的插入或拔出起什么作用。学生通过上面的实验研究就能深刻理解楞次定律了。教师设计小研究，要做好充分的准备，特别是布置学生自备的学具、家庭用具等，确保教学任务的顺利完成。
七、开展自制教具和小制作活动，并用它们做实验
开展自制教具和小制作活动，对加深和扩大学生知识面，提高兴趣，发展能力有重要的作用，因此教师要善于将所教内容运用到自制教具和小制作活动中。实际上这方面的内容是极其丰富的，如自制天平、弹簧秤、压强计、杆秤、不倒翁、反冲小车、直流电动机、水力发电机、风力发电机、潜水艇、潜望镜、望远镜、显微镜、收音机、验电器、电容器充放电演示器、自感演示器、固体热胀冷缩演示器、小孔成像演示器等有二百余种。关键是教师要认真阅读和收集这方面的教材和资料，肯动脑筋，肯花时间。布置学生制作教具和小制作，最好要有实物或原理结构图让学生参考。教师还要积极引导学生，运用所学知识进行一些带有创造性倾向的小制作，甚至小发明。如有的学生用玩具电动机分别制作了电动小车、自动倒顺小车、电动七色板、电动喷雾器、电动转铃、模型电风扇等。教师要主动热情做好指导，确保每一个学生的成功。几年来，我们精心组织学生自制教具、小制作千余件。这不仅培养了学生因地制宜、就地取材的科技制作能力，而且极大地改善了实验条件，充实了实验设备，大力推进了实验室建设。这些教具、小制作结构简单、原理明确，可以很好地用于课堂演示实验中。我们几乎每节课都用到学生自制的教具和小制作做实验，演示实验开出率达２００％。
八、布置实验作业
传统的教法，往往只布置书面作业，不布置实验作业。这种重理论、轻实验的做法早已不适应现代社会对人才的需要。“我听了，忘记了；我看了，记住了；我做了，理解了”是对实验与掌握知识关系的通俗概括和总结。所以教师要重视课外小实验作业的设计和布置。要紧密结合教学内容，启发学生利用方便易得的材料做些操作简单、易学易做、安全的实验。如用悬挂法测物体的重心、测合力与分力的变化关系、测向心力——筒里的水为什么不流出来，吹不开的火焰，测定声速、浮沉子，测定露点和湿度、测量铅芯材料和电阻率等上百个。布置小实验题目要具体、详细，并进行必要的指导。如筷子提米实验：将易拉罐上口剪掉，把筷子插入易拉罐的中央，再把米放入罐中压实压紧，提起筷子，由于静摩擦力作用，将整个易拉罐连罐带米一起提起。又如学生学了失重超重后，可布置学生用磅秤来观察。人站在磅秤上，迅速蹲下，观察磅秤上指针变化，又迅速站起，再观察指针变化。对课外实验作业教师要做好检查和批改，可让学生把所做的实验情况做到作业本上或专用的一张小实验报告单上，以便教师批改。
(潘隆昌)
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