中学物理实验教学方法探讨，本文主要内容关键词为：教学方法论文,物理实验论文,中学论文，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。
为了提高实验教学效率，充分发挥实验教学的功能，在研究实验教学方法中，我们逐渐地体会到，比较实验法、变式实验法、程序实验法等三种实验教学方法，教学效果好，应用较为广泛。
一、比较实验法是实验教学的基本方法
比较是确定研究对象之间差异和共性的思维过程和方法，物理实验现象和过程通常是通过比较来确定它们的差异和共性的。比较是实验教学的基本方法，我们在实验教学中，比较方法的应用较为广泛，如：比较物理现象在一定时间内前后变化，比较几个物理现象的异同点，比较研究对象随条件变化等。在这些比较中，有的要在静态下进行，有的要在动态下进行，因此，比较的形式是多种多样的。根据科学方法中的比较分类，结合物理实验的特点，我们提出比较实验的三种模式。
1.异中求同的比较
异中求同的比较是比较两个（或两个以上）的实验过程，找出其相同点。比较的模式是：
实验 被比较的特性
附图
所以，A与B两实验有相同的特性a.b.c……
例如：机械振动概念教学时，我们设计如下一组实验：
附图
图1竖直放置的弹簧振子，上下振动；图2穿在橡皮绳上的塑料球的上下振动，图3水平弹簧振子的振动。通过这组形式不同的实验比较，让学生找出机械振动的共同点是：第一，物体或物体某一部分做往复运动；第二，有一个中心位置。
2.同中求异的比较
同中求异的比较指比较两个或两个以上相似实验的过程，找出其相异点。比较的模式是：
实验 被比较的特性
附图
所以，A对象以特性a.b.c……与B相异。
例如：“高空落蛋”实验，把鸡蛋用一根细线悬挂，通过支架，滑轮将其升至高处，然后放手落下。第一次掉在桌面上，鸡蛋破裂；第二次掉在厚厚的泡沫塑料垫上，鸡蛋完好无损。这两个实验的形式相似，但与鸡蛋相碰的对象不同，前者坚硬后者柔软，造成鸡蛋破裂与完好的两种不同结果。
3.同异综合的比较
同异综合的比较指比较两个或两个以上实验的相同点和相异点。比较的模式是：
实验 被比较的特性
附图
所以，A对象以特性a.b.……相似于B对象，以特性p、q相异于B对象。
附图
图4
例如：如图4一组单摆，在θ＜10°情况下，通过实验比较得出以下相同和不同。
第一，A，B用完全相同的两小球，摆长相同，同时在不同的偏角下振动，结果振动快慢相同；第二，B，C两只不同的小球，摆长相等，同时在同一偏角下振动，结果振动快慢相同；第三，C，D两只完全相同的小球，摆长不等，同时在同一个偏角下振动，摆长短的振动得快。
二、变式实验法是实验教学的有效方法
所谓变式实验法指教师或学生设计诸多的同类实验，根据多种现象去揭示物理规律和本质。变式实验能有效排除干扰因素，突出本质因素，从而使所要研究的物理现象以更为简化和纯化的形态显露出来。变式实验法的有效性可从以下诸方面来体现：
1.变式实验揭示本质透彻
物理实验现象，一般都以复合刺激物的形式呈现出来，客体的不同成分对学生的刺激作用也不尽相同。值得注意的是，一些表现本质特征的现象往往不一定以强烈刺激的形式出现，而表现非本质特征的现象倒有可能给学生以较强的刺激，从而直接影响了实验的教学效果。因此，我们在实验教学过程中，要不断变化实验手段，展现各种实验现象，充分运用学生的各种感官，围绕问题中心展现物理过程，揭示问题本质。例如：在电容器的充放电教学时，我们就采用这种方法，先把日光灯电容器接入直流高压电源充电，取下后短路放电，学生在看到耀眼的闪光时，同时还听到了尖脆的声响；再取一只电解电容器，充电后与音乐片相连，奏出了悠扬悦耳的乐曲声；最后将大型示教电流表接入电容器的充放电回路，观察电流大小和方向的变化。这三次演示的现象各具特色：第一次声光并茂；第二次余韵缭绕，兴趣盎然；第三次过程精细，便于分析，它们又都紧紧围绕电容器充放电这个中心，不仅丰富了观察内容，而且产生了协同互补的效应，使学生对电容器的本质特征有了深刻的认识。
运用变式实验方法揭示物理本质的基本做法，既要全方位利用学生的感官，使眼、耳、鼻“全频道”接收，又要使实验的现象，动态与静态相结合，过程与状态相结合，实验与图片相结合，只有通过“立体”式感知才能充分展现其物理本质。例如：在平抛运动的等时性教学时，我们设计如下一组变式教学过程。第一，运用课本上的演示实验，用耳朵听两球是否同时落地，让学生粗略地感知到两球落地的同时性；第二，用录像机放映出实验全过程，让学生对整个过程中各时刻均等时，有一个粗略的感觉；第三，再利用录像机的“慢速放影”和“逐帧前进”功能，将两球在飞行过程中的不同位置随时“定格”在画面上。可清晰地比较出两球在不同时刻均处于同一水平线上；第四，运用课本彩图闪光照片的静态再一次展现平抛运动的等时性。
2.变式实验研究问题全面
教材所提供的实验，一般是象征性或是抽样性的，做定性的演示，只要求学生局限于观察某一特定范围内的现象；做定量的实验，往往在得出少量几个数据后便尽快地概括出结论。这样的弊端，不仅容易造成知识上的缺陷，也可能产生知识上的偏颇，学生会认为，似乎物理规律的发现都是那样一帆风顺，轻而易举的。为了改变这种状况，一个有效的方法就是运用变式实验，探索研究物理过程形成物理规律，现以“大气压”这一课题为例。在建立大气压概念中，我们设计如下一组变式实验。
(1)首先让学生观察“水杯——厚纸片”的演示实验，证明大气存在压强。
(2)演示“漏斗——橡皮薄膜”的实验，将漏斗口用橡皮薄膜扎好，然后，用抽气机将漏斗内空气抽去，可看到橡皮膜下凹，改变橡皮膜所对的方向，橡皮膜的下凹不变。实验表面各个方向都存在着大气压。
(3)马德堡半球实验，进一步证明了大气向任何方向都有压强，而且大气压力是很大的力。让两个空心的半球密合在一起，用抽气机抽出球里的空气，为了生动形象，叫两个同学用力往两边拉，结果半球拉不开；接着，教师把开关打开，听见嘶嘶声，表明空气又进入球内，这时，很容易把两个半球拉开。教师抓住时机指出：抽出空气后的马德堡半球，两个同学都拉不开，究竟要多大的力才能拉开呢？这时课堂气氛热烈，学生处于思维的活跃状态，迫切需要解决这个问题。
(4)教师再因利势导进行第四个演示实验——托里拆里实验。目的是测出大气压强的数值。
(5)演示“小试管沿大管上升”的实验。取两个粗细相差很少的试管，在试管里装满水，把小试管底朝下放到大试管里，把这样装好的两个试管倒过来，就会看到大试管的水徐徐流出，同时小试管自动上升到大试管里。这五个实验一环扣一环地把教学内容逐步延伸，符合学生认识发展的规律，因而能激发他们的求知欲望，他们的思路很自然地紧紧跟随教师的演示实验而积极开展思维活动。通过上述多层次的系列演示，同时辅以积极的思维活动，学生就能较好地掌握大气压的本质特点。
三、程序实验法是物理教学的优化方法
所谓程序实验法是指教师精心设计实验方案，合理安排实验流程，整个课堂教学围绕着实验而展开的教学方法。它将物理知识引出于实验之中，并在实践中应用。其教学程序可用如下框图5表示。现以《电磁感应现象》为例说明。把电磁铁与一闭合线圈的装置放在桌子上（如图6）。
附图
1.实验引诱，提出问题
教师拉线圈在磁场中运动，并提出问题，要产生感应电流用哪些方法？学生讨论后归纳出：第一将线圈水平拉出磁场；第二改变电磁场线圈的匝数；第三改变电磁铁中电流的大小；第四让线圈在磁场中转动；第五让线圈发生形变；第六将电磁铁左右平动。
2.实验研究，总结规律
对上述实验逐一验证后，总结出产生感应电流的条件，只要闭合线圈的磁通量发生变化，均能产生感应电流。
3.实验反馈，检查结果
教师先提出问题，要使线圈不产生感应电流可以有哪些方式？学生讨论后提出的方法：第一线圈和磁铁均不动；第二电磁铁断电；第三线圈在竖直面上下平动；第四线圈在水平面上匀速转动；第五线圈断开；第六线圈和电磁铁一起同步运动。对各方法也逐一验证，从而反馈强化电磁感应的条件。
4.实验训练，深化知识
要求学生设计实验代替方案，学生将设计各种产生感应电流的方案，如闭合电路的一部分导体切割磁感线；磁铁插入或拔出闭合的螺线管；用通电的螺线管去替代前面一种方案的磁铁等。将这些方案先用实验验证或选典型实验让学生动手实验。然后，要求学生运用得出的规律分别做解释和说明。这样，一方面有利于学生进行实验的初步训练，学会实验操作的一些基本技能；另一方面，又培养学生观察、分析、解决问题的能力，从而达到加深理解、巩固、运用知识的目的。
我们认为，以上程序一般不能随意改动，只有按照以上程序实验，才能发挥每个实验或每个教学环节的功能。程序实验法的优点，不仅能发挥每一教学环节的局部功能，而且更能发挥课堂的整体功能。
程序实验教学的理想教学目标是教学中主体性的消失，以实现最优的教学。教学关系的最佳状态是从认识关系、伦理关系逐渐上升为一种审美关系。当人们合理、合法地进行行动时，必然会追求一种合乎美的行动，在这个活动过程中，师生之间的关系，在认识论、伦理学的基础上达到了美学的高度。
一种审美型的教学关系，是一种高度的情感体验的境界，它通过诸如实验设计，亲自动手实验，模拟科学探索过程等途径，使教师与学生在活动中丧失了自我，为一种共同创造出的情感氛围所消融，致使物我两忘、得意忘言，身心全部浸溶于一种“天人合一”的境界。这时自我意识走向顶点，存在的不是自己，不是教师，不是学生，而是心灵的撞击，情感的交融。我们提出的程序实验教学法也奢图达到“物我两忘”，主体消失的教学情景，使得我们的课堂教学过程达到最优化的状态。
实验教学是教学研究的永恒课题，有许多问题仍等待我们去研究，笔者把初探的成果撰写成文，目的是请教于同行，在这里我们引用美国著名哲学家、系统学者兹格在论述“假设一演绎”的优点时所说的一句话，作为文章的结束语：“我们不见得正确，但是我们知道，我们在寻找什么，如果得不到预期的结果，我们总可以修正我们的假设。”
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