优化实验教学过程策略的探索，本文主要内容关键词为：教学过程论文,策略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
实验不仅是“物理学”的基础，也是“学物理”的基础。在新课程理念下物理教学要真正落实以实验为基础，就必须充分展现实验的魅力，优化实验教学过程，淋漓尽致地发挥它的教学功能。对照三维教学目标，物理实验有三重功能：动手——操作技能层面；动脑——思想方法层面；动情——观念态度层面。要改进实验教学，应突出一个“优”字，即在实验设计上要突出实验原理，渗透思想方法；在实验操作上要拓展教学内容，丰富物理表象；在实验分析上要观察思维同步，激发创新思维；在实验教学过程中要把握动态生成，理解物理本质；在实验教学的效益上要有效整合媒体资源，优化实验教学全过程。
一、展现实验设计思路，渗透物理思想
教学实验不等于科学实验，科学实验关注结果，而教学实验关注过程，过程与结果相比过程更重要。物理实验并不需要着力去美化其外表，重要的是深化教学内涵，渗透物理思想。正如爱因斯坦所说“实验的教育价值往往与仪器的复杂程度成反比”。如研究平抛运动实验装置是那么“土”，方法是那么“笨”，误差又那么“大”，为什么要保留？因为有其独特的实验教学功能和价值：(1)调节斜槽：突出物理实验需要条件控制。(2)铅笔定位：训练学生数据采集的敏感度和能力。(3)描点连线：训练数据处理、作图能力。不仅是经典实验，我们应当引导学生去追根溯源，从中汲取物理思想的营养，就是对于新课程教材中大量的演示实验和学生实验，我们也不能简单地照搬照抄、机械操作，而应当根据实验要求，充分应用发散思维，展现实验的各种可能设计，再利用收敛思维，好中选优，筛选出最佳可行方案。使物理实验成为师生共同参与的“亚研究”过程。以此来渗透物理思想，启迪学生思路。
［案例1］ 碰撞中的动量守恒实验设计
在做“验证动量守恒”实验时，学生发现由于小支柱的存在，入射小球与小支柱会相碰，从而使实验误差较大。为此教师要求各小组对这个问题进行探究。各组同学设计出下列改进方案。
改进意见1：将被碰小球的位置降低一些，这样入射小球和小支柱就不相碰了。
改进意见2：将被碰小球换成同质量的半径较大的小球，使两小球仍然水平相碰。同时入射小球不与小支柱相碰。
改进意见3：让被碰小球直接放在斜槽末端，不再需要小支柱的支持。这样就不存在小球与小支柱相碰的问题。
改进意见4：让小支柱是活动的，小支柱随着被碰小球的离开而倾倒，从而避免入射小球与小支柱相碰。
改进意见5：在两小球相碰实验中，让被碰小球做成单摆、使两小球相碰后，入射小球从被碰小球的下方通过，因而得到碰后入射小球的理想位置。至于被碰小球的位置，可由课本中实验得到。
改进意见6：去掉小支柱，在上方悬挂一磁性铁针，在被碰小球上钻一个小孔，在孔内固定一小段铁丝，让磁针通过铁丝刚好能吸住被碰小球，如图1。
图1
教师将各小组方案汇总，然后对全体学生公开，让学生展开讨论。同学们提出了下列意见。对于方案1，被碰小球的位置降低，使两小球不再做水平相碰，这样不符合实验目的，故不是理想的选择。对于方案2，被碰小球的半径变大的多少是和入射小球碰后速度有关的，速度大时，对应被碰小球半径小，反之则大，这不是一个容易确定的值。对于方案3，让被碰小球直接放在斜槽末端，两小球先后做平抛运动，入射小球需再沿槽滑动一小段距离后才离开斜槽，离开时的速度变小了。对于方案4，若小支柱能碰后即倒，则是不错的选择。对于方案5，使实验装置和过程变得复杂了。对于方案6，只要小磁针的存在对入射小球没有影响，则这种方案是最佳选择。教师肯定了同学们的分析，并指出分析是理论层面的问题，到底哪种设计方案比较好，要由实验结果说话。布置同学改进装置，做实验得出结论：方案6最佳。
二、拓展实验的操作内容，丰富物理表象
物理规律的表现形式是多层次、多侧面的。蕴含着物理规律的各种物理现象也是丰满、立体的，但教材为我们提供的实验方案却往往着眼于单层次、单侧面的实验内容，有着较大的局限性和单调性，物理教学中诸多难点的形成，往往是由于学生缺乏相应的感性材料，表象单薄，甚至畸化，因而不能建立起准确、清晰的物理图象。“从生动的直观，到抽象的思维”，这是认识的基本程序。我们有必要对原有的实验内容方案进行适当的拓展和补充，积极创设情景，尽量让学生能多层次、全方位地去认识物理规律的全貌。
［案例2］ “通电自感”与“断电自感”演示实验教学
教材中原有“通电自感演示实验”（如图2(b)所示），教师在演示该实验之前，可通过改变实验情景和仪器进行前置拓展。运用如图2(a)所示的实验电路来验证自感电动势是否存在，当这个拓展实验结果与学生原有猜想（闭合开关S，灯
延迟变亮）不一致时，激发起学生探索动机，学生在教师指导下通过理论分析失败原因，运用比较、补偿等实验思想方法设计出如图2(b)所示的电路，使实验获得成功。在此基础上教师对原有实验进行后置拓展，如图2(c)演示S打开，通过线圈上电流变小时产生的自感电动势，当此后置拓展预言的现象（两灯会再亮一会儿，慢慢熄灭）没有出现时，进一步激发了学生的探索动机，学生在教师引导下运用电路理论进行失败原因（通过灯丝的电流逐渐变小，电路电阻太大）分析后，设计出如图2(d)所示的实验电路，使实验再次获得成功。在此基础上还可进行如图2(e)所示实验（可乐瓶中间剪开一分为二，适当加工后，使上半瓶刚好能紧密套在下半瓶上。在瓶内插两根导线彼此靠近，再在瓶内充入适量打火机气体，打开S，由于断电自感产生的高电压使瓶内的两导线间产生火花放电，火光一闪，气体爆燃，上半瓶盖“啪”的一声向上迅速弹出，惊险刺激！），以加深“断电自感”的印象。
图2
三、重视实验的探究分析，扩大实验成果
物理实验一刻也离不开理性思维的引导和支持，以物明理，物、理渗透，这正是物理学科的特点和优势所在，因此，实验教学中，必须坚持实验和思维同步并进的原则。课程标准所要求学生掌握的实验是实验教学的基础，只有学生真正掌握了“原实验”的原理、方法、过程，才能在各种变式中发现与原实验的联系和区别，用所掌握的实验方法研究新问题。从某种意义上讲，物理实验教学的一个重要目的是要求学生能把握实验理论、方法及技术并能移植应用到新的实验图景和新的实验问题中，设计新方案，处理新的实验数据，解决新的实验应用问题。
［案例3］ 用“新装置”（定滑轮细绳连接体模型）研究“老问题”（验证机械能守恒）。2008浙江高考实验题，如图3所示，两个质量分别为
和
的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知
，现利用此装置验证机械能守恒定律。
图3
问题(1)，若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有？考查学生对机械能守恒的理解、实验方法和实验设计能力。
问题(2)，为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
A、绳的质量要轻；
B、在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；
C、尽量保证物块只沿竖直方向运动、不要摇晃；
D、两个物块的质量之差要尽可能小。
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是？
以此考查如何提高实验的准确度，要求学生能正确分析该实验中的哪些因素会影响实验的误差，并且想办法使它们变成可忽略的次要因素，该问题设计注重学生科学方法的掌握，能力要求高。
问题(3)，写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议。具有开放性，有利于学生的自由发挥。
上述考题不是教材中的原实验，而是在原实验基础上进行了大胆的变式，这是新课程下的高考实验试题改革的一种趋势。它要求教师在实验教学中要重视探究性，而不能“照方抓药”，照本宣科。为此，我们不妨在“验证机械能守恒”的实验教学中引导学生进行如下探究过程：
(1)选择研究对象和过程。让学生讨论哪些过程符合机械能守恒的条件，分析哪些运动过程比较容易在实验室中进行测量和研究，评价验证自由落体运动过程机械能守恒的可行性。
(2)确定研究自由落体运动过程。根据实验目的要求设计实验方案，评价各种方案的可行性。
(3)根据所设计的实验方案进行分组实验操作，记录实验数据，得出实验结论，交流评价，最后写出实验报告。
通过上述探究过程，学生可以认识到，教材上要求研究自由落体运动是考虑到学校具体实验条件而建议做的比较简单的运动过程，符合机械能守恒条件的物理过程还有很多，还可以设计其他实验验证运动过程的机械能守恒。如用频闪照相技术代替打点计时器；在配有光电门的气垫导轨上研究滑块细线钩码系统，在钩码拉动下运动时系统的机械能守恒。
所以，在教材要求的原实验完成之后，不仅要对实验进行分析、总结，并且要对实验进行恰当的延伸，尽可能扩展实验的功能，通过创设问题情景来借题发挥，达到“一题多解”“一题多变”“一物多联”的目的。从不同角度，用不同方法进行变式实验，这对深化理解物理规律，克服思维定势，促进知识的迁移和运用都十分有益。
四、把握实验中的动态生成，理解物理本质
由于实验中蕴藏着许多不确定的因素，也可以说存在大量极其活跃的因素，在实验中教学中，教师要引导和激励学生从中发现和提出一些具有独到见解的非常规问题，善于把握课堂动态生成的课程资源，这是教师教学智慧的集中体现。例如：在用投影仪投影水波的干涉实验中，有的学生会提出与屏幕上的亮纹相对应的是水波的波峰还是波谷的问题；在用导体球及金属网罩进行的静电屏蔽实验中，一些同学会提出网罩的大小是否可以无限制扩大的问题；又如在竖直上抛运动中，有的同学又会提出当物体达到最大高度时，物体是否处于平衡状态的问题。而这些“非常规”问题的提出，正是学生具有创新精神的具体表现。
［案例4］ 用示教可拆变压器演示电流与匝数的关系
一位物理教师在用示教可拆变压器演示电流与匝数的关系实验时，所用原、副线圈的匝数之比是2∶1，但实际测得原线圈的电流反而要比副线圈大得多！这时学生哄堂大笑，教师满脸尴尬。出现这种场面，学生倒是特别来劲，都七嘴八舌地议论开了，想要找出实验不成功的症结，为老师“排忧解难”。很快，有一位坐在前排的同学给老师指出：变压器上方那段铁芯还有没搁放上去呢！老师赶紧弥补了这个疏忽，使铁芯严密闭合，再重做实验，结果当然完全符合变流比关系。接着教师索性“反守为攻”，要学生分析两次实验结果为何大不相同，从而突出了“理想变压器”这个关键条件。
五、有效整合媒体资源，优化实验教学
在新课程教学过程中，要整合各种教学资源，其中包括教师本人；实验仪器、教具等实物资源；教科书、图片、练习册等纸介质教学资源；课件、视频等多媒体网络资源；社会教学资源等等。任何一种教学媒体都有其独特的功能与价值，决定教学效果的不是媒体本身，而是使用媒体的方法。正确的做法，不是对传统媒体的简单否定或盲目取代，而是要使各种教学媒体协同互补，有效整合。就实验教学来说可以在以下几个方面将信息技术与传统实验进行有机整合。
1.提供物理实验的社会生活背景。例如，汽车由于惯性，碰撞是非常危险的，这不便用实验直接演示，在教学中，就用多媒体播放模拟人在汽车相撞时冲向汽车前挡玻璃，撞碎前挡玻璃的惊人情景。
2.把不能做，不便做，不准做的实验，用多媒体画面把实验的实况播放出来。如讲授超重、失重会联系到人在电梯中上、下时会出现超重与失重的现象，而上课时不能带学生到电梯中去观察，这时借助事先录制好的画面播放出来让学生分析，会收到很好的效果。
3.针对实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、实验数据采集、实验现象记录与分析，实验中的结论作出显示或分析。可由计算机来处理以达到增加实验精度，减少实验时间，拓展实验深度等目的。
［案例5］ “超重失重”DIS模拟实验
用布娃娃代替人，加速放下后停住与拉起后停止运动，来模拟“下蹲和起立的过程”和“乘电梯过程”（布娃娃的底部放置有压力传感器）超重失重现象，描绘出的压力随时间的变化关系曲线如图4所示，让学生体会到科技的力量。
这种实验设计突破了传统实验的不足，凸显DIS手段的技术优势。完成最优化的教学，是我们所要追求的最高教学境界。
图4
4.摆脱实验观察的时间和空间限制，使现象放大或缩小，使周期延长或缩短，把过程分解或压缩等等，我们可以借助信息技术把物理现象变化的全过程，以最清晰的形态，最有利的角度，展现在学生面前。就以碰撞现象为例，如果在演示时仅仅拿两小球一碰了事，那是远远不够的，我们要“小题大做，步步推进”；先演示几个小球之间的“快碰撞”；接着在气垫导轨上放两个滑块（其中一个固定一段劲度系数较小的轻质弹簧）演示它们之间的“慢碰撞”；最后又将滑块的碰撞过程拍成录像重放，利于“慢镜头”“定格”放大时间，利用“特写镜头”放大空间，使学生更加细微地观察碰撞的全过程。
在演示中还要注意观察思维同步，实验与思维并进，引导学生对照实验，抓住六个物理量(F、a、υ、W、
)，紧扣两条线（力与运动、功与能）进行过程分析，然后由学生总结出相关规律。实践表明，这样形成的物理图景才是生动、清晰的，这样获得的知识才不至于僵化而富有迁移活力。