第四节   中学物理实验教学 

【基本内容】

物理学是以实验为基础的科学。物理实验是根据一定的研究目的，运用科学仪器、设备，人为地控制、创造或纯化某些物理过程，在尽可能减少干扰的情况下进行定性的或定量的观察和研究，以探求物理现象、物理过程变化规律的一种科学活动，物理实验也是检验物理学理论是否正确的标准。

一、物理实验教学的作用

实验教学是物理教学的有机组成部分，无论从物理教学的目的、任务还是物理学科的特点等方面考虑，物理实验教学都占据极其重要的地位，对提高物理教学质量以及培养创造性人才具有十分重要的作用。

（一）提高学习兴趣、激发学习动机

实验具有直观、形象生动、真实等特点，利用实验不但易于激发学生探索的兴趣，而且还能发展兴趣。学生观察实验和做实验还能增强学生的信心和学习的欲望，进而激发学生学习的动机。

（二）提高感知效果、优化学习环境

学生获得感性认识是形成概念、掌握规律的基础，而实验可以提供精心的选择和经过简化了的感性材料，它能使学生对物理事实获得明确、具体的认识。实验中，教师可以充分利用物理实验创设问题情景，让学生进入新奇的实验环境之中，带着疑问主动探索新知识、获取新知识。

（三）培养观察能力、掌握实验技能

通过阅读实验资料、操作实验仪器、观察实验现象、分析实验结果等活动，使学生的阅读能力、观察能力和操作技能等得到锻炼，并使学生的实际技能以及创造能力得到发展。

（四）突出本质因素、理解概念规律

在物理实验教学过程中，一个极其重要的问题就是要突出现象和过程的物理本质。在实验教学中，要尽可能地减少干扰因素，突出本质因素，在精心设计演示实验、积极创设问题情境的基础上，要利用学生实验，充分发挥学生学习的主体作用，使学生理解概念、规律的实质。

（五）启发学生思维，增强探索精神

思维能力是各种能力的核心，在实验教学中要通过各种形式的实验引导和启发学生思维，促进学生思维发展；通过探索性实验培养学生的探索精神和创造能力。

（六）养成良好的习惯，学会科学方法

物理实验的过程要求实事求是、一丝不苟，它可以培养学生实事求是的科学态度和热爱仪器的优良品质。通过实验还能够让学生从中学习、体会科学的研究方法，也能够掌握科学的学习方法和认知方法。

二、中学物理实验教学的分类和主要内容

中学物理实验教学中涉及的物理实验比较多，不同实验的教学目的也不一样。根据中学物理实验教学中教师和学生所起的作用划分，通常可将中学物理实验分为四大类：即物理演示实验、学生分组实验、学生边学边实验以及学生课外实验与小制作等形式。各种实验的主要内容如下：

（一）中学物理演示实验教学

通过表演示范把要研究的物理现象展现在学生面前，引导学生观察、思考，从而把知识传授给学生，完成教学任务。物理学科的特殊性决定了物理教学过程中，教师必须经常在课堂上为学生作各种各样的演示性实验，使学生获得物理现象的感性认识。

通常作为演示实验的教学必须满足以下几点要求：

1.演示实验要有明确的目的；

2.演示实验要明显而直观；

3.演示实验要安全可靠，确保成功；

4.演示实验对学生要有启发性；

5.演示实验要配合以讲解，引导学生观察思考。

中学物理演示实验教学的程序：

通常中学物理演示实验教学一般分为三个阶段：

1. 准备阶段：向学生说明演示实验的目的，介绍实验所用的仪器、设备以及实验

的原理，安装好实验装置。

2.操作阶段：教师在课堂上操作演示实验，一定要注意演示和讲解相结合，教师既要指导学生对物理现象和物理过程进行有效的观察，还要引导学生积极正确的思维，把实验现象和理性思维有机的结合，从中分析确定事物之间的因果联系。

3.总结阶段：演示实验结束后，教师要引导学生认真总结，强化观察到的物理现象和过程，引导学生思维，对现象进行分析，从中得出正确的结论。

（二）中学物理学生分组实验教学

中学物理学生分组实验也叫中学物理实验课。由于学生分组实验一般是在教师的指导下，学生分组独立完成实验，因此在此过程中，学生要经历一个比较全面和完整的实验过程，要综合运用所学知识、多种能力和技能，需要小组成员之间的协调和配合。这种实验要求学生自己动手使用仪器、观察测量、记录数据、分析数据、得出结论。因此，学生分组实验是培养学生良好综合能力的重要环节。

学生分组实验的特点：

1. 学生分组实验以学生个别独立操作为主，在实验中教师的作用主要是指导而不能代替和包办。

2. 学生分组实验使学生经过一个比较完整的实验过程的训练。

3. 通常学生分组实验多以定量研究为主。

学生分组实验的教学目的：

1. 培养学生自主学习的良好习惯和能力；

2. 使学生掌握常用基本仪器的构造、原理和正确的使用方法；

3. 对学生进行基本实验操作训练，培养学生的实验技能；

4. 使学生学会正确进行观察、测量和记录数据；

5. 使学生了解误差的概念，并学会初步分析和处理实验数据；

6. 使学生学会写实验报告。

学生分组实验的程序和要求：

1. 准备阶段：学生明确实验目的，理解实验原理、方法、认识实验仪器、做好实验操作与记录准备。

2. 操作阶段：是学生把实验方案变成实践的阶段，学生亲自在实验室进行实验。这个阶段学生的主要任务是：安装和调试实验仪器、控制实验条件变化、观察测量、记录数据等。

3. 总结阶段：是把具体实验结果提高到理性认识的重要阶段。学生的主要任务是：分析并处理实验数据，得出实验结论，完成实验报告。教师在这个阶段要注意教育学生，尊重实验客观事实，培养学生实事求是的科学态度和作风，培养学生分析处理实验数据和归纳实验结论的能力。

（三）中学物理学生边学边实验教学

它是一个比较新的实验类型，它和演示实验的显著区别是：演示实验主要由教师进行实验操作，学生观察教师所做的实验现象和过程。而学生边学边实验则是由学生亲自进行操作的实验。因此，这类实验更能发挥学生学习的主动性和积极性，更能激发学生的学习兴趣，也有助于培养学生的动手能力和物理实验能力。

学生边学边实验的特点：

1. 学生边学边实验与教师的讲解密切配合，实验穿插在课堂教学过程中进行，不仅可以为学生随时提供感性认识，而且有助于教师在课堂上变换教学方式，调节课堂气氛。

2. 学生边学边实验往往根据教学实验的需要设置，实验灵活。

3. 学生边学边实验往往根据教学实验的需要设置，实验灵活。

学生边学边实验的程序步骤：

1.师提出问题，引导学生寻求解决途径。

2.师讲解实验注意事项或对主要器材的使用进行示范性操作。

3.生动手实验，观察现象，分析思考，记录数据。

4. 处理数据，得出结论。

5. 应用练习。

由于学生边学边实验一般在教室进行，所以实验规模不要太大，仪器要尽量简单，数量要多，学生分组要小，操作步骤不能太复杂，操作技术不能要求过高，实验时间不能过长，实验成功率要高。这种类型的实验在美国的中小学的科学课堂上随处可见。

（四）中学物理课外实验与小制作

课外实验与小制作是课堂实验教学的有益补充，是不可缺少的一种教学形式。一般说来，课外实验与制作有两种方式：即一种是结合教学内容，要求学生用一些简单的器材自制教具并独立进行观察和实验；一种是在教师的组织和指导下进行室外观察和测量。

通常，教师给学生布置课外实验与小制作时，一定要注意三个方面的问题：

1. 所选题目的内容要有意义，能激发学生实验或进行制作的兴趣，使学生能积极、主动进行课外小实验或小制作；

2. 实验方法要求相对简单，取材方便，所需材料应为日常生活中容易得到的材料；

3. 选题要考虑安全因素，不要涉及一些危险的环节。

三、新课程理念下的中学物理实验教学应注意的问题

（一）新课程理念下中学物理实验教学的新要求

新课程的培养目标定位于培养全体学生的科学素养，新课程标准使物理教学有了新要求和新特点，促使物理实验从内容到形式上都发生了如下较大的变化。

1. 物理实验的趣味化

物理实验根源于假设加验证的探索性质，这决定它具有极大的动机来激发学生学习兴趣的功能，但是以往物理课程教学因为过分强调“学科中心”和“知识系统性”，使得物理实验的“学术化”偏向十分明显。国内外的各种调查显示，很多中学生对物理学习的兴趣正在明显降低，甚至一些学生放弃了物理学习。

教师应有效提高物理实验的趣味性，创设趣味实验等新的实验形式，使实验系列化、多样化，这也是今后教学中需要强化的教学目标和教学途径。

2. 物理实验的生活化

物理是一门实践性和应用性很强的科学，物理现象无时不在，无处不有，物理知识广泛地渗透到个人和社会生活的各个方面。为此，教师有理由创设一些新的物理实验形式，使学生认识和理解物理科学对个人和社会的价值，营造“学科学、爱科学、用科学”的风气，在潜移默化中对学生进行“科学的生活”和“生活中的科学”教育。

3. 物理实验的微型化

微型实验同常规实验相比，具有仪器简单、材料少、省时省力、现象明显等特点。由于微型实验源于生活，用于生活，能极大的激发学生物理学习的兴趣，有效提高课堂教学的质量。同时，由于微型实验的器材来源广泛，取材容易，可达到人手一套器材的标准，从而能实现人人动手的培养目标。学生通过动手做实验，既训练动手能力，培养创新思维，又增强了自信心，既体验了自主实验的成就感，又强化了实验的参与意识。

4. 物理实验的社会化

将“从物理走向生活，从生活走向社会”，“面向全体学生的物理”这些理念落实到物理课程教学中，要求整个课程教学要贴近生活、贴近社会，使学生学习“有用的物理”。作为物理课程教学内容的一个重要组成部分，物理实验尤其要注意联系学生的生活和社会实际。这一方面可以提高学生的科学兴趣，使学生感到物理就在自己的身边；另一方面也可使学生在掌握物理知识的基础上，了解其应用的原理。因此，通过物理实验来解释和解决日常生活和社会实际问题，对于拓展物理实验的功能，培养学生的科学素养和提高学生的学以致用能力，具有十分重要的意义。

（二）中学物理实验教学改革应注意的问题

1.中学物理实验教学要改“包办性”为“独立性”

独立完成一个实验，要求学生具有扎实的基础知识，严密的思维能力，熟练的实验技能。而培养学生的独立实验能力，最好的办法是指导学生尝试课本外的探索性实验和设计性实验。学生独立实验，是巩固物理知识，培养学生思维、动手能力，发挥学生主动性的重要途径之一。

2. 中学物理实验教学要改“单一性”为“多向性”

第一，要改验证性实验为探索性实验。

第二，加强理论和实践的联系，让实验更加贴近生活、深入生活，用所学知识去解决实际问题，进一步培养学生的动手能力，激发学生的求知欲望。

3. 中学物理实验教学要改“局限性”为“开放性”

第一，开放实验室，给学生创造更多的动手机会。由于人的个性差异，有些学生往往不满足于课堂上所看到的或书本上所接触到的实验，他们往往表现出较强的动手欲望，有些学生则动手能力不强，有时想自己试着做实验，又怕做不成功，在实验中往往处于旁观者的位置。因此，不定期地开放实验室，既可以给动手能力强的学生施展身手机会，又可以为动手能力较差的同学提供锻炼自己，提高实验能力的便利。

第二，开放思想，给学生提供更多的探究机会。在老师对学生有所指导的情况下，不要对学生限制得太多，有时在老师的引导下，激活学生的思维，往往会有意想不到的结果。这种自由度不仅有利于培养学生的自主精神和自觉意识，还有利于学生创造型思维能力和动手能力的培养。

第三，开拓实验空间，引导学生积极探索。学生实验不能总是停留在实验室里，不能总是依赖实验室的器材。教师应指导学生利用身边的材料去做各种实验。这样可以将实验室“搬出”学校，将仪器“搬回”家中，让学生摆脱课本、实验室、器材的限制，真正做到实验教学的“改革开放”，引导学生去探索和发现，培养学生的观察能力、想象能力和创造能力。

4. 中学物理实验教学要改“落后性”为“现代性”

教学要适应现代化进程，中学物理实验教学要与时代同步，必须对现有仪器设备尽快更新，运用现代化的教学手段，使学生实验更直观、简便、准确，更具吸引力。我们还可以适当增加一些近代物理实验，让实验走在教材的前面，让学生初步了解和接触科技前沿。

综上所述，物理实验改革应注重把实验的改进与培养学生创新精神结合起来，不仅要让学生明确实验改进的必要性，学会改进的方法技术，体验改进成功的喜悦，更要注重启发培养学生运用所学知识、去进行创新的意识和能力。