试论学生物理实验能力的培养——结合上海高中物理会、高考实验题，本文主要内容关键词为：上海论文,试论论文,物理实验论文,高中物理论文,能力论文，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。
物理学科是实验学科，显然对实验的考核无论是对会考还是高考来说，都是重要的组成部分。至于对实验考核的要求，由于两考的性质不同，其要求亦有所不同。会考纲要中提出对技能和操作方面的要求，用“会”来表示。“会”是指能独立地、正确地观察和进行操作，并得出结果。高考考试说明中明确提出实验能力的要求。具体指对学生实验的实验原理的理解，实验仪器的选用，实验步骤的了解，根据给出的实验数据得出结果的能力；根据要求应用已学过的实验方法和仪器自行设计简单实验的能力；对重要演示实验现象的观察和分析能力。
纵观近两年上海高中物理会、高考实验题，我认为分别较好地体现了会考是水平考，高考是选拔考的功能。无论对高校选拔合格新生还是促进中学物理教学改革都是有利的。下面就有关的实验题作一些剖析，找出当今物理教学中尚存在的一些问题，并提出在今后实验教学中应采取的一些对策。
一、剖析
1.会考实验题在“会”字上做足文章，充分体现了会考的要求。
(1)正确使用基本仪器
'96四.1题考查滑动变阻器及伏特表的使用。其中所用连接导线的根数的设计可以检查学生平日做实验的认真程度。
'96四.3题考查多用表的使用。该题对思维的逻辑性有些要求，它是“正话反说”。并隐含了对多用表内部结构的考查，概念不清者极易上当。
'97四.1题也是考查多用表的使用。该题并考查了小灯泡规格的知识。
(2)正确认识物理概念及规律与实验的关系
'96四.2题考查单摆周期与振幅、摆球质量无关的规律并由全振动若干次的时间求取平均周期的概念。
(3)正确掌握实验的原理
'97四.2题是考查测定玻璃折射率实验的基本原理。并提出了简单的误差分析。对考查学生有否“真”做实验与做“好”实验起到积极作用。
(4)由实验数据正确得出实验结果
'97四.3题考查了频闪照相的基本知识，由实验数据判断运动的性质及正确计算出小车运动的加速度。
2.高考实验题在“能力”上做足文章，既对选拔合格新生颇为有利，又对中学物理实验教学起到积极的导向作用。
(1)正确使用基本仪器
'96四.(2)①题秒表的正确读数作为基本要求必须掌握。
'97四.(2)题考查用万用表测电阻时关于选择开关的使用，明确倍率与指针偏转关系，由倍率正确读数。
(2)正确掌握实验装置
'97四.(3)题完成电路的连接，这方面历来是学生薄弱的地方，通过考查能为中学日常教学起到鞭策作用。本题更有着其鲜明的物理研究方法的考核，等效替代是一种常用的物理研究方法，应该帮助学生掌握，其考核意义已超过高考本身，对今后人才培养的要求有着积极的导向意义。
(3)正确读数并计算实验结果
'97四.(4)题要求理应比会考要求高些，首先由学生自己正确读数，而不像会考是现成的数据。其次除掉求取加速度外还要求求出初速度。
(4)正确观察并分析重要演示实验
'96四.(1)题考查对双缝干涉条纹的观察并熟悉条纹间距变化与其特点。可惜本题备选答案(c)已明显超出书本的要求。
'96四.(3)题是考查对电磁感应现象演示实验的观察及其可采用的方法，并隐含了对楞次定律的运用。
'97四.(1)题是考查对光电效应现象的观察与分析，并检查了光电效应某些规律的掌握情况。
(5)误差分析与实验原理知识的迁移
'96四.(2)题考查了由于摆长测定或计时不正确引起的误差分析。本题并由实验数据通过图象求出实验结果，隐含了单摆测重力加速度g的原理的知识迁移，充分体现了对能力的要求
(6)运用图象寻找物理规律是重要的能力要求。
'96四.(4)题先由题给数据作出I-U图象，并从图线意义揭示灯丝电阻的变化规律。其意义不仅在于正确回答问题，更在于运用图像寻求物理规律是物理研究的常用方法，引导学生重视很有示范性。
(7)自行设计简单实验能力是区分学生能力强弱的重要内容或有效方法
'96四.(5)题是一个综合性的测试题，包括伏安法测电阻，电阻定律和一定的数学知识。本题的难度首先在于学生以往接触的是电阻丝，而现在给出的却是套在陶瓷管上的电阻膜。如果对电阻定律中的横截面积S没有正确理解，显然会不知所措。然后其用到的实验方法和仪器并不复杂，的确属于已学过的方法和接触过的基本仪器，能否正确求解关键在于有否实验能力了。
'97四.(5)题同样是一道自行设计简单实验的试题。运用的规律就是重要的牛顿第二定律，而用到的仪器更为简单，并作了限制。如果真正掌握了牛二定律而不是死记硬背结论，解出本题还是不难的。至于考查的减小误差取平均值的方法，作为中学生完全应该是熟悉的。
二、问题
根据对会、高考阅卷结束后情况的了解与日常物理教学中，补充相关实验题练习或考查结果的分析，有下列一些问题应该引起重视。
1.“菜谱式”学生实验削弱了对学生的思维训练。
目前教学中的学生实验，几乎都是“菜谱式”的。实验前的准备，包括实验手册的预习还是教师的实验前交待，似乎很有包办代替的味道。由于时间紧，差不多将实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤，列好表格记录数据变异为填充，甚至把实验注意事项等都一个不漏详细讲解，仔细交待，这样做实验对完成任务是很“利索”了，可是掩盖了不少问题。学生亦很少有思考的广度和深度。依样画葫芦，完全似扶着孩子走路，长此以往缺乏独立训练，学生的实验能力的提高就很难实现了。
例如给定了电表量程，学生就无法体会量程与读数的关系；又例如给定了拖动小车加速运动的砝码，学生就无法体会加速度大小与打点计时器点迹的关系；再例如给定了连接导线的根数，学生又如何去思考至少用几根的问题呢？
2.演示实验的教学往往对观察指导不够。
同样由于时间紧，教学过程中教师为完成教学任务，在做演示实验时，往往急于得到演示实验结论又忽视对现象的观察，更谈不上分析研究过程与思想方法了。
例如在演示电磁感应现象，研究感应电流产生条件时，分析归纳能力的训练在这里显得尤为重要，可我们常以注入的形式灌输给学生，从而削弱了观察的指导与思维的训练，如何由现象揭示本质体会就不深。
又例如在演示双缝干涉与薄膜干涉现象时，往往由于对实验控制比较困难，所以满足于看到现象就结束了。比较容易忽视对现象的分析，学生对缝的走向对条纹走向的影响以及什么是条纹间距缺乏感性认识。同样原因对薄膜干涉中的反射像问题未加注意，影响了理解的深广度。
3.探索性实验太少影响了理解的深刻性。
纵观会考纲要中5个学生实验全部是测定性的实验。高考考试说明中所列9个学生实验其中5个是测定性实验，4个是验证性实验。学生由于基本上了解了实验应该有的结论，所以尽管学生在实验中可能存在不少问题，但其实验完成的结果常误认为较为成功，留下了许多隐患。误差大，实为有问题，常以不认真为因而滑过去。
有一个十分典型的例子颇能发人深思。在近期高二会考实验操作部分考试复习中，由于将测定电池的电动势和内阻的实验器材同练习多用表测电阻、电流和电压的器材全部准备在一起发给学生后，竟出现不少学生直接用多用表测一节干电池的内阻的错误，结果造成不少多用表的损坏。为此，除掉加强测定性和验证性实验外，还必须对使用与练习性的实验可人为设置故障。观察性的实验，特别是探索性的实验给予足够的重视与训练，以此强化思维训练，提高实验能力。
4.练习的局限性与实验的闭锁性。
教学中由于怕麻烦影响学生能力提高亦是存在的。例如对电路实物图连接的批改的确很费时间，使得教师在练习中就尽量减少此类作业或考核。又如计时器、秒表等实物图等很难在试卷中反映，因此同样削弱了必要的训练。
还有一个问题值得大家重视，那就是联系实际的实验还比较少，学生只能就事论事，忙于题海，影响了思维的拓展，这便是闭锁性。在新教材中实际上已经增加了不少课外小实验、家庭实验，应该说目的和导向都很正确，可是教师与学生尚未引起重视，必须予以改变。
三、对策
不言而喻，学生的实验能力既是在学习实践中形成的，又是在教师的指导下不断完善的。结合新教材既重视结论、更重视研究过程；既重视知识本身、更重视知识应用的鲜明特点；结合多年来教学实践中成功经验与失败教训，我认为可以从下列四个方面的学习实践中来加强对学生的实验能力的培养，改进学生的学习方法，从而提高学生的学力与素质。
四个方面分别是(1)通过设问点拨培养观察的习惯与指导观察的方法；(2)抓住实验数据表格的设计纵揽实验的全过程；(3)引导学生通过最佳方案评选来提高探索能力；(4)及时补充联系实际的实验思考题。
1.以单摆实验为例阐明上述前三个方面。
(1)关于单摆模型建立，我拟了如下几个问题在引导学生观察中适时设问
(a)单摆主要由哪两部分组成？
(b)两部分在量与质方面有何区别？
(c)两部分在几何关系上有何区别？
(d)悬与绕有何本质区别？
在教学中特意配以粗绳小球、短线大球及绕挂摆来突出单摆模型的本质——细而长的线与重而小的球确定了摆球的质量主要集中在球上，摆长主要由线提供。进而指出摆长概念——从悬点量至球心。
在具体量摆长时，有下列三个设问？
(a)线长测量好后挂还是挂好后测量？
(b)手持摆球拉紧测量线长还是自然悬挂测量线长？
(c)如何较为正确量出小球的直径？
在研究振动规律让单摆摆动时，可设问调整改变的因素有几个？有哪两种不同的摆动？并及时指出不能让其作锥摆运动。
在测量全振动时间时，可设问在何处起讫计时较为正确？手持秒表如何操作较为科学？
待准备工作就绪后，再让学生自行探索。事实证明这样的实验对得到的规律认识既深刻又熟悉了它的全过程。
(2)为减小测量误差，常采用测几组值，再取平均值求g的办法。为此，记录数据的表格设计很有意义。因为表格设计是否科学合理，完全可以反映学生对该实验理解的深刻程度和对该实验过程熟悉的程度。数据表格设计科学合理后，势必促进学生对实验步骤的正确掌握。
为了帮助学生澄清错误概念，我曾故意提出如下做法是否正确？（培养思维的深刻性）——改变摆长l，测出对应的周期T，然后由不同的l求出
测得g？
(3)进而进一步设问，如小球调以不规则重物，怎样才能求解？放手让学生讨论，并对他们提出的不同方案加以比较。起初多数学生均从常规思维在重物质心测定上做文章，但大家普遍认为所有提出的方法均不理想。
当我指出某种思路不畅时，应该学会思维的变向，（培养思维品质的灵活性）。不少学生立即领悟了。可先假设其质心处的假想半径为已知l。适当运用数学知识即可迎刃而解。那就是改变摆线长，当线长为l[，1]时，测出周期T[，1]，又当线长为l[，2]时周期为T[，2]，则可用l[，1]、l[，2]、T[，1]、T[，2]（消去l[，0]）表示重力加速度
。
为了进一步提高观察能力，我还提出如何不用测量工具，仅给你已知周期为T[，0]的秒摆来测出待测单摆的周期？本题可作为物理研究方法培养是很有益处的。当我提出可用先前介绍的某种研究方法后，就有不少学生提出等效变换的方法（培养思维品质的广阔性与独创性）。接着大家饶有兴趣地动起手来，将秒摆与待测摆同时从一极端摆下后，当其再次从同一位置、同一方向、同时摆下，分别测得摆的次数为m与n，则可 得待测摆的周期T=（m/n）T[，0]，学生的兴趣是浓厚的，情绪是高涨的，观察是仔细的，结论是正确的。观察的习惯与方法（目的性、整体性、主从性、有序性、关联性等等）的培养就是靠不断的实践才能养成和掌握，一蹴而就是不可能的。
(4)加强课外阅读，增加相关信息量，联系实际设计有关实验来提高知识迁移的本领。
每一位有事业心和责任感的教师，都能自觉地学习他人的经验，捕捉有关的信息，绝不能吃老本、故步自封。下面两例就是我跑资料室受到启发后为学生设计的实验题。
(1)电饭锅内有两根电阻丝R[，1]、R[，2](R[，1]∶R[，2]=9∶1)和用感温材料制造的开关K，要求电饭锅有两种工作状态，一种是加热状态，一种是保温状态，试设计工作电路，并求出加热时与保温时电功率之比。
本题既涉及电路的串、并联知识，包括开关断开与闭合同保温和加热相对应的关系，还牵涉到电功率的计算，要求科学合理。开始时学生设计的电路有多种，最后通过讨论最符合要求的只有如图1所示电路。
(2)灯饰广告中的小电珠，要求较为特殊（并有附加电阻），工作电压小于220V，且连在电路中，当其中一个灯丝断掉后并不影响其他灯发光，各灯亮、熄只由一个开关控制，试设计电路图。
本题同样是涉及串、并联知识的电路连接，开始时学生均认为十分复杂，实际上颇为简单，当挑明工作电压小于220V，则肯定不能并联，而要求同时亮、熄只能串联。由于电珠附有并联电阻的特殊性，较好地解决了每个灯的熄灭不影响其他灯工作的要求（如图2）
关于课外阅读，不仅教师应该加强，而且教育学生应重视课外阅读。并指出一旦学生找到能联系实际的实验题提供给全球同学讨论，做到“资源共享”者，一定给予表扬，并在平日成绩中加分予以鼓励。
以上对策中提到的几个方面，只是个人教学中的一些具体做法，还不能说有极强理论支撑，但至少认为这四个方面在物理教学中是应该做到的，也是可以做到的，又是能起好积极作用的。
附：会考实验题
*96会考（占10分）
*1.在用安培计和伏特计测干电池的电动势和内电阻的实验时，可按如图所示的电路图连接实验电路。
(1)连接这一电路时至少需用＿＿根连接导线。
(2)伏特计应选用0～＿＿伏（填3或15）量程。
(3)试在右面方框内实物图的相关接线柱上，画两根连接导线，目的要使滑动主阻器的滑片向右移动时，接入电路部分的电阻变大。
*2.测量单摆振动的平均周期时，如果振幅逐渐减小，对测量结果＿＿（填有或没有）影响。如果摆长保持不变，将铁质摆球换成铜质摆球，对测量结果＿＿（填有或没有）影响。若测得单摆作N次全振动的时间为t秒，则单摆的平均周期T=＿＿秒。
*3.用多用表测电阻时，以下操作中对测量结果没有影响的是（ ）
(A)将选择开关拨到欧姆档，未经调零就进行测量。
(B)变换欧姆档的量程时，未重新调零。
(C)测量时手指同时捏紧在待测电阻两端的引出线上。
(D)红、黑表笔调换接触待测电阻两端的引出线。
*97会考（占10分）
*1.J0411型多用表的交流电压挡有2.5V、10V、50V、250V、500V几挡量程，测量家用照明电路电压时，最小应选择＿＿量程。这一型号多用表的直流电流挡的最大量程为100mA，＿＿（填能或不能）用来测量手电筒中的小灯泡（2.5V0.3A）正常工作时的电流。
*2.做测定玻璃折射率的实验时，在两面平行的玻璃砖一侧的大头针P[，1]、P[，2]位置的连线表示＿＿光线，∠＿＿是入射角。OO＇连线表示＿＿光线，∠＿＿是折射角。
原行俚在玻璃砖另一侧所插的大头针P[，3]、P[，4]的位置都是正确的，如果在插入大头针P[，4]时向右发生了偏移（如图中的位置P＇[，4]），则测出折射率将比大头针P[，4]在原来位置时的测量值＿＿（填大或小）。
*3.一个小球沿斜面向下运动，用每间隔1/10秒曝光一次的频闪相机摄得不同时刻小球位置的照片（如图），即照片上出现的相邻两个小球的像间的时间间隔为1/10秒，测得小球在几个连续相等时间内的位移（数据见表）。分析实验数据可得如下结论：
(1)小球在相邻的相等时间内的位移差＿＿（填相等或不相等），小球的运动性质属＿＿直线运动。
(2)小球运动的加速度a=＿＿米/秒[2]。
