本站原创【项目基金】2012年度广西高等教育教学改革工程项目（课题编号：2012JGB197）
【摘 要】物理学是一门以实验为基础的科学,提高中学的物理实验教学水平对于提高学生的科学素养,培养学生的实践操作能力动手能力和创新思维能力非常重要.要想从基本上提高中学物理实验教学水平,建议考虑以下三个方面：重视物理实验教学,创新实验教学的思路和改革实验教学的方法.
【关 键 词】中学物理实验创新改革
基金项目：2012年度广西高等教育教学改革工程项目（2012JGB197）
物理学是一门以实验为基础的科学,是现代科学技术的一个重要的生长母体.它在现代生活、生产和科技领域有着广泛的应用,特别是物理学的知识、研究方法和思想方法已渗入各门自然科学、社会科学中,并对社会政治、经济、科学技术的发展起着重要作用[1].物理学又是一门实验和科学思维相结合的科学[2].实验是物理学的基础,科学思维是物理学的生命,在物理学中,概念的形成,规律的发现,理论的建立,都有其坚实的基础.尽管至今为止还有许多物理理论不能用实验直接验证,但是任何物理理论的真理性都要以实验作为唯一的检验标准,物理实验不仅是物理学理论的基础,也是物理学发展的基本动力,是启迪物理思维的源泉,不少重要的物理思想就是在物理实验的基础上涌现出来的,例如卢瑟福建立的原子核式结构模型的基础是粒子散射实验出现的大角度散射现象；普朗克的能量量子检测设则是在解释黑体辐射实验规律时萌发出来的,物理学的发展充分表明,实验不仅是一种研究物理问题的科学方法或手段,而且是一种物理学的基本思想和基本观点,另一方面,在物理学中,观察实验也离不开科学思维,无论是实验方案的设计、实验现象的观察、实验数据的采集、实验结果分析、实验结论的得出,还是理论研究中的推理论证、概括和总结,都必须经过科学思维.由此可见,物理学是观察实验和科学思维相结合的产物,物理模型的提出,物理概念的形成,物理规律的发现,物理理论的建立,以及物理学中许多重大发现都是在实验的基础上进行科学思维而得出的结果.
根据物理学科特点,在学习中实验占有突出的地位.所以中学物理实验具有独特的教学内容、教学方法、教学目的和课程任务.中学物理实验课程对学生能力和素质的培养不仅包含通常意义上的实验技能和操作技能,也包含实验过程中发现问题和解决问题的能力、综合分析能力、创造性思维能力、总结表达能力,还包含实验者的科学态度、求是精神、坚韧不拔的意志、追求真理的勇气和培养良好品德和科学习惯.这是其他课程不能完成,理论思维能力不能替代的.物理学的教学在整个中学教学中的地位勿容置疑.中学物理教学的一个重要目标就是提高学生的科学素养,培养学生的实践操作能力动手能力和创新思维能力.在这一过程当中,学生的实际动手能力、实验活动和教师的实验教学的开展就成为了物理学科教学的重要组成部分.如果物理实验生动有趣,易形成悬念,它能在创设问题情境中,激发学生的学习兴趣,增强学生在学习中的积极性和主动性,引导学生追根求源探索知识上有极其重要的作用.因此笔者认为应该从以下几个方面提高实验教学的水平.
一、重视物理实验教学
目前,我们的学生普遍感到物理"难学",其原因之一就是物理实验教学还很缺乏,尤其是农村由于金费不足实验器材还不到位.而在一些经济发达的国家,他们非常重视物理实验教学和研究问题的方法,如日本初中物理的课时数只有75课时,但安排的学生实验却有20个,演示实验有130个,并且绝大多数都是研究性实验,基本形成以实验为中心的课堂体系.可见,他们的学生在实验方面得到训练和能力培养比我国的学生多得多,他们学生的实验心理素质比我国中学生强.可喜的是我国相关教育部门已经充分认识到这点,所以在当前我国中学教育由应试教育向素质教育转变过程中,再次强调了实验教学的重要位置并且落到了实处.如国家花大力气为农村学校免费完成了实验室建设和"农村四配套工程"等,国家的重视程度我们有目共睹.那作为教师我们更应该与时俱进,除了完成书本上的指定实验以外还必须研究教材中哪些地方学生感到抽象、容易混淆、接受困难,并结合教学实际,研究解决的方法,努力开发一些直观的演示,同时在教学中引进近代物理学的某些思想方法和现代科学的新成就.这样使教学内容更加丰富,使学生的眼界更加开阔更容易接受.例如"分子间作用力"的演示,可在两只乒乓球间夹上一段弹簧,球的外侧套上橡皮筋,平衡时,引力等于斥力；增大球距时,引力大于斥力；缩小球距时,引力小于斥力.这样不仅培养学生对物理的学习兴趣,更多地拓宽学生视野丰富他们的想象,而且能有效地提高了学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力.
二、创新实验教学的思路
演示实验作为一种教学手段,是教师备课的重要内容,需要教师认真研究和准备.有的教师轻视课前演示实验的准备工作,结果造成演示失败或出现意想不到的情况,以致在课堂上手忙脚乱,"强行"让学生接受结论,教学效果很不理想.造成这种情况的原因是多方面的,有的是思想认识存在问题,对实验教学不重视或持怀疑态度；有的是疏忽大意,以为实验内容简单,以前做过或曾看见别人做过；还有的是怕麻烦.这些都是演示实验教学的大忌.教师在课前首先要准备好与实验有关的全部仪器、材料.其次是在课前反复操作,直到熟练的地步,对于在实验中可能出现的故障做到心中有数并能及时排除.第三是掌握演示时间,注意与教学进度紧密配合.第四是教师要考虑除大纲和教材中规定的演示实验外,还可以适当补充哪些小实验,或对现有的实验作必要的改进,以创新的实验提高教学效果.例如在讲解蒸发吸热这一问题时,教师可用方座支架、小烧瓶、细玻璃管、有色水和小烧杯等组装一个伽利略气体温度计,用它来演示蒸发吸热现象比直接用普通温度计演示现象清晰、直观.第五是要考虑在演示过程中如何引导学生观察,启发学生思维,最大限度地发挥演示实验的作用.
人们的许多物理知识是通过观察和实验,认真地加以思索和总结得到的.如对于彩虹,自然界在特定雨天后才能看到,平时看不到.在课堂上用三棱镜做光的色散实验让彩虹出现在教室里,使学生感到新奇；再引导让学生去讨论解开雨后彩虹形成的这个谜.实验就是在人工控制条件下使物理现象重复出现供人们观察的工作.在这里学习的就不仅是色散的知识,更重要的是学习了这种探索事实的根本方法──实验.物理就是以实验为基础的学科,物理的定义、定理、规律、定律都建立在大量的实验和实践活动中[3].所以我认为,实验教学不仅局限可以在课上,也可以在课下；可以使用实验室所配备的器材,也可以自备自制教具,甚至可以使用我们日常生活中的现有物品,经常用学生身边的物品做实验,如用水和玻璃做光的色散实验等,这些器材学生更熟悉,更有利于使学生明白物理就在身边,物理与生活联系非常紧密.而且通过这些课本上没有出现的器材启发学生的创新能力：大家一起来想一想,还可以用什么来说明我们要知道的内容,或者,这种类似的方法我们可以用来解决其他什么问题等等.调动学生刚刚起步的创新的意识和创新的精神.
三、改革实验教学的方法
改革现有的实验教学方法,是提高实验教学质量的重要手段.根据目前我国中学物理实验教学的实际情况,我们认为应该从以下几个方面加以考虑.
第一、注重引导学生观察实验.
观察是实验的第一步,也是创新的前提.
案例一：在演示凸透镜成像规律实验时,可先让学生细致观察,然后出示以下问题：①本实验需要研究观察什么?怎样观察?观察时光屏、透镜、火焰三者的位置关系如何?②在光屏上会出现什么样的像?③适当改变距离后像的大小有何特点?光屏上是否一直都有像,若没有是在什么情况下?为使学生养成细致观察的习惯,培养他们的观察能力,教师应该在没有出示以上问题时就让学生自由观察.待观察一段时间后,老师再让学生回答以上问题.肯定有部分学生观察方法不当,老师可指导学生重新观察,这样做一定可以大大激发学生的求知欲,掌握正确的观察方法,从而留下深刻的印象.
在观察中,要引导同学讨论观察的方法和应注意的问题.可以提示看到的不同的现象是由不同的原因引起的,但是具体到是哪些原因,应该由学生通过多次的实验得出一定的结论,而不是老师在黑板上把各种条件罗列出,让学生按部就班.那样做实际限制了学生的思维,是不利于学生形成创新思维的.
第二、要与学生紧密配合,培养学生的创新能力.
演示实验本来就是教师利用课堂时间为学生演示,在操作的同时又引导学生对实验进行观察、思考和分析的一种物理实验教学方式.在传统的实验教学模式中,课堂演示实验一般以教师为主体,由于教师具有较高的实验技能,再加上课前的充分准备,实验结果一般能达到预期目标,久而久之就会使学生产生"迷信权威"的思想,不利于创新能力的培养.如果把演示实验改为学生探究实验,教师只在旁边作一些必要的指导,这样可以充分调动学生的参与积极性,同时由于学生参差不齐的知识水平及实验技能,实验过程中很容易出现各种与结论不相符合的结果,极易引起学生对教材结论的"怀疑".在进取心的驱使下,为了确信自己的实验结果,他们必定会反复多次地进行实验,只有当自己经过反复多次地进行实验验证后,才会消除怀疑心理.这种新的教学模式充分发挥了教师的主导作用,也突出了学生的主体地位,学生可以更加自由地进行各种自主探索实验.由于教师具有较高的实验技能,再加上课前的充分准备,实验结果一般能达到预期目标,久而久之就会使学生产生"迷信权威"的思想,不利于创新能力的培养.如果把演示实验改为学生探究实验,教师只在旁边作一些必要的指导,这样可以充分调动学生的参与积极性,同时由于学生参差不齐的知识水平及实验技能,实验过程中很容易出现各种与结论不相符合的结果,极易引起学生对教材结论的"怀疑".在进取心的驱使下,为了确信自己的实验结果,他们必定会反复多次地进行实验,只有当自己经过反复多次地进行实验验证后,才会消除怀疑心理.这种新的教学模式充分发挥了教师的主导作用,也突出了学生的主体地位,学生可以更加自由地进行各种自主探索实验.
演示实验时还要注意不仅要现象清楚,而且还要面向全体学生.教师要想方设法增大演示实验的可见度.投影放大、机械放大、自制可见度大的仪器进行演示等都是常用的方法.甚至在实验操作上让学生积极参与,让学生充分了解实验的内容,多次重复,加深印象,巩固记忆.如让学生上前来读数或动一动手.案例二：在进行马德堡半球演示时,先让两个"大力士"上来拉,不能将两个半球拉开,打开活塞,让空气进入半球中,再让两个力气最小的学生来拉,却很轻松地将两个半球分开了.两相对比,说明大气压强不仅存在,而且还不小,全体学生都留下了深刻的印象.
演示实验在教师指导下让学生参与,不仅有显示学生实验技能的机会,又能得到科学方法的训练及能力的培养,加深理解和掌握物理概念和规律,同时可领略物理学的思想,培养科学态度和科学方法.
第三、采用多种实验方法,活跃学生思维.
我认为在帮助学生掌握实验原理的基础上,允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行实验.在实验中,学生需要在各种因素中进行取舍,对所得信息进行筛选.这就要求学生在确定的目标下,有全局观点和善于妥协,在不同情况下善于应变,培养学生的应变能力,使学生分析、抽象概括、综合表达能力都得到训练和发展.
新型的教育的目的是使学生学会学习,开发智力提高素质,增加了锻炼的机会,增强了适应社会发展的能力.而其在物理实验教学中的具体实施,也会给我们培养大量的适应现代化社会需要的人才提供一个可行的方式方法.