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“物理學是以實驗為本的學科”,表達了物理學科的精髓。要知道,在物理學的發展過程中,物理實驗占據著舉足輕重的作用,可以說物理實驗承擔著物理學發展的齒輪,沒有物理實驗,物理學科就無法運轉。但是在目前的高中物理教學中,我們對于實驗課的認識還不夠充分,實驗教學也存在著相當多的問題。
一、高中物理實驗教學的現狀
在多年的教學過程中,筆者一直都非常重視物理實驗教學,尤其是每次的考試或測驗,學生對于實驗題的完成情況,都是本人關注的焦點。對于實驗題的完成度、正確率、得分率等數據,我都會做成表格文檔,記錄在案。在平時教學中,我們可以發現學生容易犯的一些錯誤,并且從中也能夠看出一些本質問題。
1.對“有效數字”運算正確率偏低對于“有效數字”這個概念,學生們似乎普遍不太重視,導致正確率非常低。有的學生把“保留兩位有效數字”錯誤地理解成“小數后兩位”,如果運算涉及到單位之間的換算,數量級之間的運算就會出現錯誤,這都是因為學生態度不端正,不能正視高中物理實驗。
2.對測量工具的掌握不到位雖然是高中學生,但是也不能保證他們對于測量工具的使用方法都能夠熟練地掌握,特別像螺旋測微儀、游標卡尺這一類的測量工具,有的學生對于他們的工作原理的理解還不夠透徹,往往會讀出很奇怪的讀數。而大部分的學生,出現的問題主要是分不清測量數據應讀到哪一位,例如,螺旋測微儀的讀數,經常會看到學生給出“0.18mm“”1.20mm”這樣的讀數。對于電流表、電壓表以及滑動變阻器等實驗儀器的使用,學生會出現連線和讀數等方面的錯誤。例如,在進行連接實物圖的測試時,學生經常會把連接線接到滑動變阻器的滑片上,造成連線錯誤和讀數的錯誤。
3.與紙帶相關的測試容易出錯對于這一類的實驗,從高一的時候學生就開始接觸,而且反復地講解和練習,但是依然是錯誤頻發。比如,在“利用紙帶求加速度”這一類的實驗中,學生在答題時總會出現“計算各段的加速度求平均值”代替“逐差法”,這都反映出學生并不理解“逐差法”。這么多次的實驗,暴露出很多的問題。高中學生的實驗能力需要重新考量,他們對于一些實驗的技能掌握還不到位,設計能力和完成能力都有待進一步提高。至于為什么會出現這么多問題,主要原因有,教學方法單一化、實驗教學過程化、實驗結果唯一化,這就導致學生在物理實驗思維、實驗操作方面都得不到提高,實驗設計的能力就更加薄弱。限于實驗題在高考中的地位,有的學生和教師把11個實驗題拿出來進行題海練習,花了工夫不少,但是效果卻不明顯。
二、改進措施
1.重視實驗課,培養學生的實驗能力
(1)教師要注重實驗演示的規范性。因為高中物理實驗的演示,本身就是實驗技能的展現,教師完成這個實驗,本身就起到一種示范性的作用,其一舉一動都會成為學生學習和模仿的依據。所以,教師在做課堂實驗演示之前,要精心準備,多次預演,力求在課堂演示時做到規范、標準和實驗的完整性,保障課堂教學的效果。對于一些復雜的實驗,可以利用多媒體等外設輔助,逐步展示實驗的每一個步驟。
(2)在做分組實驗之前,教師要對實驗原理和實驗的步驟向學生做最后的交代,對實驗器材要進行最后的檢查,在實驗的過程中要求每一個學生都動手參與,并且進行數據記錄,最后填寫實驗報告。分組實驗對于學生實驗能力的培養,規范學生的實驗操作是具有十分重要意義的。
2.注重物理思想,提高學生開放性思維每一個物理實驗都有其獨特的設計思想,一個成功的物理實驗,其設計思想總包含著對已有知識的運用和思維的創新。培養學生的實驗設計能力,就應該引導學生領會物理實驗思想,從中得到啟發。例如,在進行“驗證力的平行四邊形定則”實驗時,就應該讓學生理解,為什么要兩次把橡皮筋的節點拉到同一個位置;驗證“牛頓第二定律”時,讓學生理解為什么要使長木板傾斜以平衡摩擦力;驗證“機械守恒定律”時,如果要驗證mv2/2=mgh,為什么要選擇第一、二點距離為2mm的紙帶;在進行“動量守恒定律”實驗時,為什么被碰小球的質量要小于入射小球的質量……其實這些實驗的關鍵都在于控制,而實驗的精髓就在于如何去“控制”。
3.分析實驗新情境,提高學生的設計能力和完成能力縱覽近些年的物理高考實驗題,力學和電學是重點考查對象,而難點也在于此。例如,測量電阻的實驗幾乎年年都有,題目的創新程度也比較高,所以很難捉摸,猜題基本是不可能的。但再新的題目,其內涵依然在于課本的基礎知識。我們的學生在討論和設計實驗的過程中,實際上是一種思維的碰撞,既有思維的鍛煉,又有知識的鞏固。他們經歷實驗的過程,就是在主動地學習和探索。例如,在驗證使用伏安法、半偏法時,就會明確如何去設計這樣的實驗,如何去設計測量電阻電路。我們在平時的實驗訓練中,應多讓學生自己設計實驗內容和實驗方案,得出自己的實驗結果。不論高考試題如何設置實驗情境,但終究萬變不離其宗。電學的實驗無非就是在電流、電壓、電阻、電動勢幾個物理量下做文章,只要我們把其中的步驟和條例弄清楚,就不容易犯錯。
總之,物理學的發展和進步,離不開實驗驗證,也離不開理論支持,沒有實驗,物理就是紙上談兵,沒有理論,實驗也將趨于搖擺。我們在高中物理教學中,應該重視實驗課的作用,重視實驗給學生們帶來的體驗,只有這樣物理實驗教學的弱勢地位才會得才扭轉,才能更有效地發揮實驗教學的積極作用。