谈怎样培养高中学生的物理实验能力

                      吴珍发    福建莆田十中 （351146 ）

    物理是一门以实验为基础的科学，物理实验在物理学中占有举足轻重的地位，特别是在近几年来的高考中，对实验能力的考察更是提到前所未有的高度，那么各位老师在平时该怎样培养及提高学生的物理实验能力，这确实需要每位老师下番苦功夫深入地探索、研究，本人结合多年来的教学实践与探索，总结并提出以下几种看法或做法，以供同仁参考。

一、学生应掌握实验原理和实验技能，为培养实验能力打下良好基础

实验原理是学生开展实验、操作实验的基础，学生只有对实验原理全面而切实地掌握，才能有所应用并进而有所发挥。针对现在高考实验考试的灵活多变的，学生平时也必须把实验的核心——实验原理学透理解透，到时才能做到所谓的以一变应万变，以四两拨千斤。

例如我们经常考察到的电路设计与连接的问题，不管题目怎样变化，其核心的还是考察学生对欧姆定律的理解与应用，如果学生掌握好了欧姆定律，对此类问题的处理便打下了良好的基础。再如电学中的典型问题电流表的内、外接问题，很多学生搞不明白，但一旦学生抓住了实验操作的原理（电流表在R_X/ R_A>R_V/ R_X时应内接，R_X/ R_A<R_V/ R_X应外接，R_X/ R_A=R_V/ R_X电流表外接内接均可或者使用试触法），则电流表外接内接这个问题便可迎刃而解。又如高中阶段典型又重要的处理纸带问题，如果学生对逐差法以及用平均速度法求时间中点的速度这些处理纸带的原理方法熟练掌握了，此类问题的处理便不在话下。犹如此类，总之说来，都是要抓住实验原理，抓住根本，根抓住了，就什么都好解决。

学好了实验的基本原理，学生对实验的基本工具的使用以及实验的基本技能这些实验的基本功也应牢固并熟练掌握。如果学生连最基本的实验仪器如游标卡尺、螺旋测微器、电压表电流表等都不会使用，就别说培养什么实验技能了。当然掌握了这些对基本实验工具的使用能力是不够的，学生还应对其他的基本实验技能的牢固把握。比如在实验基本技能中其中很重要一项能力就是对实验数据的处理能力，学生应切实并牢固掌握。实验数据的处理可以用列表法，但更重要的是要学会如何使用图像法，其中典型的例子如在验证牛二定律中在处理F一定a与M的关系图像时，学生应最好选择1/M作为X轴，这样画出的图像是一条直线，而选择M作为X轴画出的图像将是一条曲线，这样就很难找出a与M之间的关系；还比如在验证欧姆定律中处理U一定I与R 的关系，同理应选择1/R作为X轴，则这样作出的图像将直观明了，一看便懂得其中两者的关系如何。

学生对实验原理及实验基本技能应反复揣摩，多加训练，真正体会到其中的内涵与精髓，为培养更高级的实验能力打下良好的基础。

二、注重实验探究，在实验探究中发展实验能力

探究实验是在老师指导下，通过学生自己的动手动脑，从而自觉地得出实验结论的教学过程。在这个过程中，学生的观察能力、分析综合思维能力得到进一步的发展，学生的实验技能得到进一步的提高，同时也充分体现了课堂教学中学生的主体地位，真正体现了学生是学习的主人，并且学生的科学探究精神将会进一步高涨。

例如在学到电磁感应的探究楞次定律实验中研究感应电流的方向与原磁场方向和线圈运动方向的关系时，教师可一边指导一边让学生动手参与实验，并让学生认真观察灵敏电流表指针的偏转方向变化，最后在此基础上师生可一起加以整理、抽象推理总结出感应电流的磁场方向与线圈运动时原磁场磁通量的变化的关系，这样就很容易推导得到楞次定律。正如这样通过实验探究，学生对楞次定律有一个形象的感受，而且实验观察能力、分析推理能力以及抽象综合思维能力得到充分煅炼，实验技能得到进一步的发展。

在实验探究中，教师不仅要教会学生学会观察、分析推理，还要引导学生学有所疑、学有所思、学有所得，进一步对实验的有关知识加以综合分析。比如在探究动能定理的实验中，一般书中是选择小车初始静止状态为小车的初动能，即为O，有的学生在学完了该定理及应用后提出，其实我们也可能选择实验纸带上打出的任意相隔适当距离的两点，求出初动能与末动能，这样也可验证动能定理的。这个思想很正确而且很有新意。正如这样通过进一步思索不但加深了对实验内容的理解，而且也促进了学生实验技能的发展。教师平常就应鼓励学生对所学知识的本质达到更深层次的理解，从而加强了知识应用的灵活性，也为所学的实验原理知识等以后的更高层次的应用打下良好的基础。

三、加强实验设计能力的培养，进一步提高实验能力

实验设计能力是一种高层次的实验能力，是近年来高考中一直强调并着重加以考察的能力，它是学生对有关实验知识的全面而综合的考察，而且还需要学生灵活并有创造性地运用实验知识，教师在平常教学中一定要加以着重培养。

在电学实验中电路设计及实验仪器选择等，是每一年高考每份试卷必有的。例如，2010年某地高考一道实验题。现提供器材如下：量程0-2V内阻1000的电压表V₁，量程0-5V内阻2500电压表V₂，量程0-3A内阻0.10电流表A，内阻0-100额定电流0.5A的滑动电阻器R，9.0V有适当内阻的电源，待测电阻R（900-1000），开关一个导线若干如图，请你设计电路并连好电路。要求：实验中选择的电表示数要能半偏以上，移动滑动变阻器滑片，电表示数有明显的变化。犹如这类题目，学生要解答它，就必须先对有关电学知识掌握比较全面，比如滑动变阻器何时该分压何时该用限流、电流表电压表的量程的选择以及它们的内接外接等非常熟悉，同时又要会综合并灵活运用欧姆定律等。通过分析，这道题可解决如下：其中电流表根本不可以选（因连入时示数绝对不可能达到半偏以上），滑动变阻器只能用分压式（因为要让滑动变阻器滑片移动时，所有电表的示数要有明显的变化），电压表V₁只能与待测电阻串联，电压表V₂只能用来测待测电阻和电压表V₁的总电压（因为要让它们的示数都过半）。道理懂得了具体连法就简单了。正如这样，学生在平时就要对有关物理知识全面而透彻地掌握并能灵活应用，到时才能马到成功、“手到病除”。

当然，实验设计能力并不只是单单掌握了设计连接电路就可以了，学生还可以对其他实验内容加以拓展延伸研究，加以综合煅炼。比如教师平时可以叫学生设计用单摆测重力加速度的实验，要求学生自我选择仪器设计实验步骤，还可叫学生自我设计个验证机械能实恒定律的实验、设计个验证平抛运动的实验等等。在这过程中老师还可故意在题目上对实验仪器实验操作原理方法等方面设置陷阱或难关，或者设置些综合多个实验内容的综合题等。如此在学生自我选择仪器、设计实验步骤方案、分析解决疑难问题、自我揣摩怎样处理实验数据等的过程中，他们必定要综合并灵活运用到有关物理知识，同时他们的设计创新能力以及实验操作技能等必定得到明显的提高，综合分析解决问题的能力得到进一步的训练，这也为其高一等学府的深造、学习打下了良好的基础。

四、师生敢于创新，促进深层次的实验能力的发展

创新能力是一个国家发展的动力，作为物理老师对培养学生的创新能力更是责无旁贷。教师在平时实验教学中就应给予学生创造性思维的熏陶，培养他们那种不唯不唯上敢于质疑权威、不盲目迷信效仿、敢于创新的创新精神，发展他们的创新意识，如此浸润以时日，必将收获颇丰。  

例如在探究牛二实验中，本来书中是先安排探究实验后再讲解牛顿第二定律及其应用，但这个实验中必须要求M＞＞m，不然实验误差将很大。教学后有的学生提出为什么我们不可以不必搞这个M＞＞m的限制，这让人很烦。那该如何实验呢？后来我们在学习了牛顿第二定律的应用及整体法隔离法后，我与学生们一起探讨研究，把书中的探究实验改成验证性实验，并把实验原理及器材修改如下：如图把托盘及其中砝码看成一个整体即总质量就等于M，外力F便是托盘及其中砝码的重力（斜面的摩擦力早先已经平衡掉），这样保持托盘及其中砝码不变，往小车中加减砝码便是改变整个系统M，可得a于1/M成正比；保持车与托盘中砝码总质量不变即系统的总质量M不变，将托盘中砝码往小车里移来移去，这便是改变外力F但系统的总质量M保持不变，如此可证得M不变a与F成正比。这样一来就不必来个M＞＞m,的限制，而且没有了实验原理方面所造成的实验系统误差，实验的误差小多了，还对整体法隔离法加深了学习与应用。这样标新立异不因循守旧，让人耳目一新，学生的创新思维、创造性能力得到了有效的锻炼。

五、充分发挥习题教学的作用，通过习题教学弥补实际实验中的不足并全面发展实验能力

实验习题教学是物理教学中的一个重要组成部分，通过习题教学，既加深了学生对实验的理解，又扩大了学生知识面，习题与实际实验操作只是对学生的考察的方法以及角度方面上的不同，对学生能力的培养实际上效果是一样的。通过有效的习题训练，可明显转化为能力，还可弥补实际实验过程中的不足，大大提高学生的实验能力，丰富了实验的内涵。

例如，在验证法拉第电磁感应定律时，对于不规则形状的导线在磁场中运动产生的感应电流大小如何通过实验操作得知是很艰难的，又误差很大。如果我们选择如图所示一类习题对这方面实验内容加以研究、考查，巩固、拓展和加深，这样做既形象又推理精确，还明显地训练了学生的实验思维能力，其效果将是非常好的，而且也加深了学生对该知识点的理解。犹如此类，高中阶段我们有很多物理知识很难通过实验加以验证，或者通过实验探究其效果不是很理想，这时我们可以通过习题教学进行练习锻炼，从而明显弥补实验中的不足，并有效地加以拓展和延伸，加深了对实验内容的理解，从另一角度促进并提高了学生的实验能力。

当然，物理学中的习题千变万化，型类繁多，而且现在市面上的习题书课外书非常多，教师可有选择地通过物理习题对有关物理实验进行拓展、巩固加深，也可把几个部分的实验内容加以综合拓展演练，有目的地培养及提高学生实验思维能力以及其他方面的实验能力，长此下去，效果肯定是非常好的。在这方面教师是大有可为的，这也为学生将来的物理实验理论的科学研究学习和考试打下了良好的基础。

六、开展课外实验并进行实验竞赛，切实提高、巩固并强化实验能力

课外实验是课堂实验教学的一个有效补充，是发展学生实验能力的一个重要途径。教师在平常教学就要充分引导学生进行课外实验，从中启发、培养及提高学生的实验能力。

例如教师可精选书中迷你小实验或实验探究，或者根据日常生活中的现象进行实验分析钻研，或者开放实验室等，总之可通过多种实验途径，切实提高学生的实验实际动手操作技能，培养他们的学习物理以及参与科学研究的兴致，甚至逐步树立形成从事科学研究的远大志向和培养了勇于在生活实际中发现科学真理的科学大无畏的精神。当然，在这课外实验中教师要向学生特别强调要注意安全。

仅仅开展课外实验是不够的，教师也可开展实验专题讲座，有条件的还可举行实验操作竞赛，教师选择高中阶段重点的实验，设计好有关的实验题目，让多名学生动手并进行竞赛，这样将大大提高学生的动手能力与实际实验应用中的灵活应变能力，从根本意义上切实地提高学生实际动手操作实验的能力。

七、重视实验史实的教学及实验思想的浸透，为培养及提高实验能力提供“营养”

实验史实的教学是物理教学中的一个重要组成部分，史实的教学可以让学生从中得到历史上的名人以及著名实验史实的熏陶，并为培养学生实验能力提供有源之水，让学生从中汲取有益的并极具启发性的实验思想的源泉。

例如，学生可在著名的伽利略斜塔实验中学习并体会到科学研究和实事求是精神，还可以在著名的笛卡尔扭秤实验学到非常巧妙的实验思想，把那么弱小的万有引力通过扭秤的旋转以及光的反射加以大幅度的放大，从而得到显著的实验效果，这种技巧方法简直是巧夺天工。还比如平常教材中的牛二实验控制变量法、其他实验的留迹法、等效法等等，这些前人创下的聪明而形象的实验思想方法都可以让学生得到生动形象的实验思想的熏陶