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“物理学是以实验为本的学科”,表达了物理学科的精髓。要知道,在物理学的发展过程中,物理实验占据着举足轻重的作用,可以说物理实验承担着物理学发展的齿轮,没有物理实验,物理学科就无法运转。但是在目前的高中物理教学中,我们对于实验课的认识还不够充分,实验教学也存在着相当多的问题。
一、高中物理实验教学的现状
在多年的教学过程中,笔者一直都非常重视物理实验教学,尤其是每次的考试或测验,学生对于实验题的完成情况,都是本人关注的焦点。对于实验题的完成度、正确率、得分率等数据,我都会做成表格文档,记录在案。在平时教学中,我们可以发现学生容易犯的一些错误,并且从中也能够看出一些本质问题。
1.对“有效数字”运算正确率偏低对于“有效数字”这个概念,学生们似乎普遍不太重视,导致正确率非常低。有的学生把“保留两位有效数字”错误地理解成“小数后两位”,如果运算涉及到单位之间的换算,数量级之间的运算就会出现错误,这都是因为学生态度不端正,不能正视高中物理实验。
2.对测量工具的掌握不到位虽然是高中学生,但是也不能保证他们对于测量工具的使用方法都能够熟练地掌握,特别像螺旋测微仪、游标卡尺这一类的测量工具,有的学生对于他们的工作原理的理解还不够透彻,往往会读出很奇怪的读数。而大部分的学生,出现的问题主要是分不清测量数据应读到哪一位,例如,螺旋测微仪的读数,经常会看到学生给出“0.18mm“”1.20mm”这样的读数。对于电流表、电压表以及滑动变阻器等实验仪器的使用,学生会出现连线和读数等方面的错误。例如,在进行连接实物图的测试时,学生经常会把连接线接到滑动变阻器的滑片上,造成连线错误和读数的错误。
3.与纸带相关的测试容易出错对于这一类的实验,从高一的时候学生就开始接触,而且反复地讲解和练习,但是依然是错误频发。比如,在“利用纸带求加速度”这一类的实验中,学生在答题时总会出现“计算各段的加速度求平均值”代替“逐差法”,这都反映出学生并不理解“逐差法”。这么多次的实验,暴露出很多的问题。高中学生的实验能力需要重新考量,他们对于一些实验的技能掌握还不到位,设计能力和完成能力都有待进一步提高。至于为什么会出现这么多问题,主要原因有,教学方法单一化、实验教学过程化、实验结果唯一化,这就导致学生在物理实验思维、实验操作方面都得不到提高,实验设计的能力就更加薄弱。限于实验题在高考中的地位,有的学生和教师把11个实验题拿出来进行题海练习,花了工夫不少,但是效果却不明显。
二、改进措施
1.重视实验课,培养学生的实验能力
(1)教师要注重实验演示的规范性。因为高中物理实验的演示,本身就是实验技能的展现,教师完成这个实验,本身就起到一种示范性的作用,其一举一动都会成为学生学习和模仿的依据。所以,教师在做课堂实验演示之前,要精心准备,多次预演,力求在课堂演示时做到规范、标准和实验的完整性,保障课堂教学的效果。对于一些复杂的实验,可以利用多媒体等外设辅助,逐步展示实验的每一个步骤。
(2)在做分组实验之前,教师要对实验原理和实验的步骤向学生做最后的交代,对实验器材要进行最后的检查,在实验的过程中要求每一个学生都动手参与,并且进行数据记录,最后填写实验报告。分组实验对于学生实验能力的培养,规范学生的实验操作是具有十分重要意义的。
2.注重物理思想,提高学生开放性思维每一个物理实验都有其独特的设计思想,一个成功的物理实验,其设计思想总包含着对已有知识的运用和思维的创新。培养学生的实验设计能力,就应该引导学生领会物理实验思想,从中得到启发。例如,在进行“验证力的平行四边形定则”实验时,就应该让学生理解,为什么要两次把橡皮筋的节点拉到同一个位置;验证“牛顿第二定律”时,让学生理解为什么要使长木板倾斜以平衡摩擦力;验证“机械守恒定律”时,如果要验证mv2/2=mgh,为什么要选择第一、二点距离为2mm的纸带;在进行“动量守恒定律”实验时,为什么被碰小球的质量要小于入射小球的质量……其实这些实验的关键都在于控制,而实验的精髓就在于如何去“控制”。
3.分析实验新情境,提高学生的设计能力和完成能力纵览近些年的物理高考实验题,力学和电学是重点考查对象,而难点也在于此。例如,测量电阻的实验几乎年年都有,题目的创新程度也比较高,所以很难捉摸,猜题基本是不可能的。但再新的题目,其内涵依然在于课本的基础知识。我们的学生在讨论和设计实验的过程中,实际上是一种思维的碰撞,既有思维的锻炼,又有知识的巩固。他们经历实验的过程,就是在主动地学习和探索。例如,在验证使用伏安法、半偏法时,就会明确如何去设计这样的实验,如何去设计测量电阻电路。我们在平时的实验训练中,应多让学生自己设计实验内容和实验方案,得出自己的实验结果。不论高考试题如何设置实验情境,但终究万变不离其宗。电学的实验无非就是在电流、电压、电阻、电动势几个物理量下做文章,只要我们把其中的步骤和条例弄清楚,就不容易犯错。
总之,物理学的发展和进步,离不开实验验证,也离不开理论支持,没有实验,物理就是纸上谈兵,没有理论,实验也将趋于摇摆。我们在高中物理教学中,应该重视实验课的作用,重视实验给学生们带来的体验,只有这样物理实验教学的弱势地位才会得才扭转,才能更有效地发挥实验教学的积极作用。