物理实验教学的本真——基于新课程与高考双重背景，本文主要内容关键词为：本真论文,新课程论文,实验教学论文,物理论文,背景论文，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。
实验教学是物理教学的重要组成部分，基于新课程与高考双重背景下的中学物理实验教学改革是广大物理教育工作者都必须思考的新命题。一方面，物理课程标准对中学物理实验教学有了明确的定位——学生做实验的目的首先不是为了“巩固所学的概念和规律，练习实验操作方法”，而是为了“经历科学过程，体会科学方法，树立科学的价值观”，同时“更加热爱科学，体验科学工作的乐趣”。另一方面，毋庸讳言，高考事实上已经成为高中教学改革的指挥棒，从这个角度，高考改革对高中的课程改革起着非常重要的支持与促进作用，高考实验题对中学物理实验教学改革起着较大的引领作用。因此，中学物理实验教学改革，不能就实验谈实验，而应当置于整个课程改革与高考改革的大背景下，有目的、有计划地系统实施。
一、考题分析：三大特点与三大创新
近3年来的江苏物理高考卷中共有6道实验试题，考查内容和题型见表1。
表1
（一）三大特点
1.考查形式：用“以一拖n”的命题方式考查实验能力。6道试题命题思想很明确，考查学生的基本实验能力，“以一拖n”的实验形式考查覆盖面较广，如螺旋测微器的读数、实验数据的处理、描点作图线、实验中的探究方法、理论推导或者计算、误差分析等都有所涉及。
2.考查内容：对课本实验进行改造。6道试题呈现方式新颖，虽然内容属于老面孔，但问题角度有所创新，对原课本实验进行了拓展和改造。如2009年的实验试题（第11题）以“验证牛顿第二定律”为原型，探究有阻力时v-t关系，是牛顿第二定律实验的改造，要求有较强的知识迁移能力。
3.考查目标：具有较好的实验水平区分度。6道试题尽管是很常规的题目，但其中包含了许多探究要素，从不同内容、不同层次、不同能力要求来考查考生的实验能力。试题采用“多点设卡”，这样的难度分布设计有利于不同考生群体答题，也有利于选科测试的等级划分。
（二）三大创新
1.对教材认知结构的改革。比如，2010年的实验试题（第10题）“测电源E、r”，要求考生先改装伏特表，再测量电源的电动势和内电阻，试题清晰有序，符合学生认知规律，有利于学生发挥自己的水平。
2.实验问题的背景独特。比如2008年的实验试题（第10题）源于常规的“测定金属的电阻率”实验，但是，“导线质量相等”条件的设计有了较大的创新，如果按照思维定势，不认真分析数据，肯定就会出错。
3.提出问题的角度新颖。例如2009年的实验试题（第11题）“验证牛顿第二定律”，要求考生能够熟练进行定量计算、数据描图、误差分析等。
由此可见，这些实验试题源于课本，又跳出了课本，超越了课本，考查的是学生的实验探究能力和科学素养，这对中学物理实验教学形成了良好的导向，引领广大一线教师注重突出实验教学的核心价值，改变黑板上写实验、试卷中编实验、考试时背实验等现象，真正让学生成为善于思考、分析和处理实验问题的能手。
二、实验教学的本真
高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验，并明确了科学探究或物理实验达到的七个方面共27条具体要求，通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养科学探究能力，逐步形成科学态度与科学精神，追求实验本质，提升实验素养，获得自由、多样而有个性的发展。
（一）教学内容：培养两种品质
一是创新，即对未知领域的探索和思考，而实验为创新提供了足够的空间；二是钻研，即对结论的步步求证直至获得真理，而实验为这个过程提供了载体。新教材将以往的许多验证性实验改成了探究性实验（探究实验中最活跃的因素是猜想、假设与直觉，这是一个具有健全人格和创造能力的人所必须具有的品质），但从总体看来，物理实验教学还没有形成真正的课程体系，大多从属于物理理论知识教学，是为了验证物理理论的正确性而存在的。比如，传统的实验内容较多，反映现代科学技术新成就的实验较少；采用传统测量技术的实验较多，利用现代化技术手段深化教学要求的实验较少；按力、热、电、光划分各自独立的实验较多，而力、热、电、光等知识相互联系的综合性实验以及设计性实验较少。因此，物理实验教学内容的改革，首先应增设一批富有时代气息的前沿实验和一些应用技术方面的综合实验，同时，在实验方法和测量手段上，应恰当地引入传感技术、应用电子技术和计算机应用技术，以利于教学内容的深化。
物理学本身是和自然现象、科学技术、社会生产和日常生活紧密相联系的。近年来，人类在享受近代工业革命和现代科学技术带来的高度物质文明的同时，正面临着自己亲手制造的生存与发展的严重威胁：生态环境的恶化，大气、水源受到污染，核辐射和从臭氧空洞透过的宇宙射线使人类健康受到损害；温室效应造成气候反常；酸雨毁坏森林和建筑物；试管婴儿、克隆技术、基因工程引发有关伦理道德的争论；网络技术的发展给国家安全和道德教育带来挑战，等等。因此，物理教学中应该渗透科学、技术对社会的影响和责任，帮助学生正确认识社会。这样，STS教育便应运而生。目前，许多西方国家都相继开设了STS课程，如英国一些大学已开设140多种；澳大利亚Griffith大学要求理科一年级学生用四分之一的时间学习STS课程。早在20世纪六七十年代，美国许多著名的大学先后成立了STS研究中心，专门开展对科学、技术和社会三者相互关系的研究，并开设了STS课程，其目的在于促进学生深刻理解技术本身及其对人类和社会的影响。比如，英国SATIS(Science and Technology in Society)教材“电的产生和输送”一节内容，主要介绍有关电力网的知识：为什么要把许多电站联成电力网，核电站、火力电站、水电站各自有什么特点；具体给出了英国西北电网中各个电站的功率和每兆瓦小时的成本，以及冬季、夏季各一天24小时预期的用电曲线，让学生设想若自己是电力网的调度员，以5小时为一个时间段，根据各时间段预期的用电量，制定把哪些电站接入电网的计划。这样的内容和作业，并不在于传授实际知识，而在于使学生形成“成本—效益”的观念。物理教育中有条件地开设STS课程，普及STS知识，增强STS意识，非常必要。
（二）教学方法：解决三个疑惑
1.实验方法是解决问题的手段还是解决问题的知识？
比如，“测电源电动势和内阻”实验，教材中提供的方法是运用“两表一器”进行分析和研究，进而完成实验。但学生如果只是记住了这一方法，而没有真正从原理上去理解和实验，一旦换成“一表一器”或其他方法，学生就不知如何解决了。这也说明，学生在遇到陌生复杂实验问题时常常有两种态度：(1)搜索脑海中老师讲过的课本实验类型，看该实验题和哪种类型的实验问题吻合，然后套用解答原实验问题的方法，或者直接运用原实验问题的结论进行解答。其思维方式是“回忆”，当做知识使用。(2)根据实验问题的文字叙述，明辨实验问题的情景所体现的物理变化特征，找寻恰当的物理规律，运用合适的方法解决问题。其思维方式是“分析”，当做问题解决的手段。
第一种态度“套用题型”，是在不理解情况下的生硬模仿，其心智行为是识记。教师在教学中把实验方法当成知识来灌输，让学生记住某一类实验问题的解题套路并套用答案。这些所谓的方法是教师解答大量题目后“悟”出来的，并不是学生的亲身体会。这实际上就是“具体问题抽象分析”，抽象地记住某一规律的笼统结论，把它作为问题的答案，而没有考虑物理规律的适用条件，没有从题目的具体条件入手具体分析题意。第二种态度“掌握方法”，是在理解基础上的自觉迁移，其心智行为是分析，即“具体问题具体分析”，是从问题的具体情景入手，分析问题所描述的具体状态和过程，分析有关状态、过程中的具体条件及其相互关系，进而选择问题所适用的物理规律和数学手段。这是学生应具有的一种思维品质。
物理课程标准对中学物理实验的具体做法、使用器材等没有做出硬性的规定，实验教学中应因地制宜，注重提出不同的实验方法，强调实验中的科学思想，而不是背诵实验的器材、步骤等条文。实验方法是解决问题的手段，而不是解决问题的知识。
2.实验探究是“形似”还是“神似”？
新课程强调实验探究在物理课程中的作用，但在教学实践中，许多教师往往只关注探究教学中的知识问题，而忽视了引导学生领悟科学探究的本质，形成正确的科学态度。浅表性的形似只是对智力徒有形式的机械训练，无法使学生体验探究学习的乐趣和本质魅力。实验探究应追求“形”“神”兼备。
比如，教材第四章第2节“探究加速度与力、质量的关系”，课本中没有给出确定的实验方案，只是给出了实验的基本思路，要求学生自己设计。同时，提醒学生注意两方面的问题：一是怎样测量（或比较）物体的加速度，二是怎样提供和测量物体所受的恒力。教学中，应力求突破原有教材单一方法前提下的思维格局，用综合的方法来关注和处理打破单一后出现的复杂的、多维变化的信息。具体来说，该节内容的实验探究应经历六个环节：(1)提出问题。物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量关系？(2)猜想与假设。根据日常经验和观察到的事实，首先猜想物体的加速度与它受的力、它的质量有最简单的关系，即加速度与它受的力成正比、与它的质量成反比。(3)制定计划与设计实验。用控制变量法研究和探讨a与F、m的关系，操作活动感知过程；测量（或比较）物体的加速度；提供和测量物体所受的恒力。(4)进行实验与收集证据。教师指导实验注意事项，记录好数据。(5)数据处理、分析与论证。为直观判断a与F、m的关系，分别以a为纵坐标，F、m、
为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点，利用图像进行分析和判断。(6)交流与合作、评估。讨论实验方案的合理性、实验过程的科学性、数据处理的准确性等。当然，一个规律不是几次简单的测量就可以发现，对于F=ma这个结论，学生仅仅出于直觉或是在先发言同学的启发下进行的猜想和推断，对于物理量之间原理的思考并不很清晰，这时，教师必须帮助学生丰富感性经验，可以进一步提问：还有别的想法吗？还有谁这样想？学生可能发现a与F、
……的关系，a与m、……的关系。当然，并不是所有的学生都能得出正确的结论，物理量关系多样化的一个重要原则就是思维等价。这个过程是操作层面的，包含着认识自然规律的一般方法，是模拟实验探究的“形”，它有助于确立和提高实验探究的规范性，是探究成功的首要条件，是学生学习的基础。通过这一过程，学生了解了人类对某一自然规律认识的历史，学习了怎样进行实验探究，把未知变为已知。然而这还不够，这才完成科学探究的第一步，是显性的一步，在这一过程中，更重要的是隐性部分：应引导学生从探究学习过程中体会科学研究的方法，领悟科学探究的本质，提高科学探究的能力，培养实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。这才是实验探究的“神”。只有“形”而无“神”，实验探究就会演变成一种机械训练，就会迷失探究的方向，丧失学习的兴趣和热情。
3.实验研究是“果然如此”还是“原来如此”？
从物理学发展历史来看，物理基本法则产生于一些普通但有着丰富数据流量作支持的实验。演示实验大多是叙述式的，学生只需简单重复课本要求，知道的是“果然如此”。实验探究是在教师的指导和启发诱导下，以现行的物理教材为基本探究内容，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组、集体等活动，自主尝试解难释疑，理解物理问题的本质，明白的是“原来如此”。
比如，验证“动量守恒定律”，老教材是给出内容（一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律）以及公式
，学生通过实验能够得出与课本一致的结论，整个实验过程就是围绕结论进行验证，没有其他思考；新教材则首先提出研究的内容“碰撞前后哪个物理量可能是不变的”，引导学生思考：质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的不变量，而速度是变化的，质量和速度的乘积也是变化的，那么，碰撞前后究竟什么是不变的？进而提示学生：会不会是两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不变量（即成立）？或者，各自的质量与速度二次方的乘积之和是不变量（即
成立）？或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和是不变量（即
成立）？学生在追寻这些答案的过程中，触摸到问题的本质，真正“发现”了动量守恒定律。
从探究实验的特点可知，探究性实验安排在物理概念或规律之前，先实验再有规律，学生参与或模拟得出结论的过程，验证各种不同的假设因素，包括课本以外的、由学生自己提出的各种因素。教师可以指导学生设计实验、收集证据，其间，有的假设被证实，有的假设被否定，在各种正确或者错误假设的对比之中，学生建构属于自我的科学知识——尽管学生的结论仍然是和课本上一致的，但经历的认知过程却是完全不同的。学生还将认识到：科学知识不是绝对正确的，是人创造出来的。面对一个问题，需要作出各种假设或解释，需要收集实验证据来证实假设、解释假设。这才是探究的精神，才是物理实验教学的本真。