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此文和胡小双老师的那篇语文论文，都要求发表在《中国新课程教育教研》上 试论高中物理实验教学理论与实践的有机结合--推荐人：胡阳新 湖北省巴东县第三高级中学 谭洋 邮编：444303
【摘要】 当前，教育正发生着巨大的变化，探究式教学，发现式教学，研究性学习，新课程标准，新高考……我们的教学理念与教学方法都在经历着空前的冲击。为了适应这种形势发展的需要，也为了学生更好地学习，将我们的学生培养成社会需要的人才，培养他们的技能，激发他们的兴趣，点燃他们创新的火花，我们的物理实验教学在新的形势下将发生怎样的变化？我们的物理实验教学所依循的理念，所进行的方法，都将以一种全新的方式出现。本文试图就新课程形势下物理实验教学的理论与实践相结合的理念，提出自己的一些看法。 【关键词】 新课程 物理实验教学 兴趣 实验教学是我们在实验教学活动中进行个体行为的依据和指导，所有的教学活动都是教师和学生双边活动，失去任何一方，都不成为完整的、有效的教学活动，因此，实验教学原则的确定应从教师、学生两方面去考虑；物理是应用理论科学，它既有理论性的一面，又有可应用性的一面，所以，确定物理实验教学原则，既应根据物理学的特点，又应依据教学科学，生理科学和心理科学，既能从理论上促进实验教学目标实现，又能从实践上提高实验教学的效果。
一、在探究中发现、甑别、体验科学性与思想性。
实验教学的科学性，指知识技能要符合客观规律，所教学的内容要符合实际，同时，还包括实验原理、装置、方法的科学性和实验教学过程指导学生方法的科学性。从实验设计角度看，要求实验原理正确无误，对实验中发生的物理过程解释科学等。例如，我们在学习过电流周围存在着磁场之后，让学生去自己设计实验来验证这一规律。学生想出了非常多的方法，有些方法是非常有效，创意非常新颖独到。有一位物理学习较优秀的学生提出了这样一个方案：
将一小磁针放在阴极射线管附近，当产生阴极射线时，小磁针即发生偏转，说明阴极射线能产生磁场；如图2所示，将两个阴极射线管平行放置，当产生同方向的阴极射线时，由于同向电流相互吸引使它们发生偏转。
我们现场做了这个实验，实验现象非常明显，同学们非常兴奋，认为他们找到了更好效果的演示实验。但当老师减弱其中一个阴极射线管的加速电压，以至于没有阴极射线发生时，另一个管的阴极射线仍如同刚才那样发生了偏转。也就是说，我们看到的阴极射线发生了偏转的原因并不是由于电子的运动产生电流而引起的，那是什么？
通过辩论、分析，对照阴极射线管的说明书，学生发现阴极射线所产生的磁场非常弱，根本不可能使电流发生偏转。进一步学生又发现，阴极射线管中有一个高压感应圈，正是由于这个高压感应圈的存在，阴极射线管周围产生了极强的磁场，正是它使阴极射线发生了偏转。
实验教学的思想性，是指实验教学要体现出物理思想的教育，它主要包括实验设计和物理学研究的思想，辩证唯物主义和方法论的思想等，其教学方法主要是采用渗透方法。实验教学要遵循科学性与思想性的统一原则，始终把科学性作为思想性的前提，因为只有科学地进行实验教学才能有助于学生掌握知识，培养多方面的能力；同样，正确知识获得是以辩证唯物主义为指导，因此，没有科学性，思想性就难以保证。例如《变压器原理》一节中关于 ＝ 的教学内容设计如下：把示教变压器的副线圈取下，用一根一米多长的多芯绝缘导线与小灯泡组成闭合回路，把它套在闭合铁芯上，发现小灯泡不亮；不断增加绕在铁芯上线圈的匝数，小灯泡逐渐亮起来。学生亲眼看到了变压器的绕制，既增加对匝数比的感性认识，又对“匝数比的变化会引起电压比的变化”这一因果关系有了本质的认识，这样，自然地把科学性和思想性融为一体。
科学性与思想性的统一，要从实验教学本身中，自然体现与其联系最密切的，最恰当的表现最突出的思想教育因素，任何强加的，貌合神离的思想教育因素，都不能恰当地表现在这二者的统一。
二、充分运用实验功能，训练学生动手能力与创新思维能力。
毛泽东同志在《实践论》一文中，对辩证唯物论有这样一段总结：“通过实践而发现真理，又通过实践而证明真理和发展真理。从感性认识而能动地发展到理性认识，又从理性认识而能动地指导革命实践，改造主观世界和客观世界。实践、认识、再实践、再认识，这种形式，循环往复以至无穷，而实践和认识之每一循环的内容，都比较地进到了高一级的程度，这就是辩证唯物论的全部认识论，这就是辩论唯物论的知行统一观。”
从历史来看，整个物理学，也正是按照这个模式发展的，从物理实验教学的角度来说，辩证唯物论的认识也是我们解决理论和实验关系的基本指导思想。因此，我们的教学必须坚持这一原则，结合实验教学的实际，理论与实验相结合的原则，可以用“实验―分析―再实验―再分析”，这一教学模式来体现。
例如：“自感现象”一课，在含有电磁铁和电动机的电路中，学生可能会问：为什么断电地方有火花出现？接着就做演示实验（“暴露问题”的实验）。这个实验不但揭示现象，引导学生观察问题，而且现象本身就提出了问题，学生进入一种相对思维兴奋状态。然后请学生提出自己的猜想，并设计实验积极进行验证，教师只隐在学生的思维过程后面，在他们需要具体的帮助时进行技术上的或是理论上的指导。（同学们已经在课前预习过，对“自感”现象有所了解，但只是一种肤浅的、表面的新鲜概念，按照布鲁纳的理论，这时只是新的刺激对原有图式的冲击）。然后有人提出自己的观点，有人赞成有人反驳，有些“维书”的学生会习惯去书上找一段话来支持他的观点，但由于这些观点并没有经过整合，还没有纳入成为他自身知识结构的整体，因此，在追问与实验过程中漏洞百出……在争论与实验中，旧有理论与新理论顺利地进行顺应和同化，加深了对理论的理解，同时，掌握的实验技能与物理研究方法，保持与激发了对物理的学习兴趣。
讨论完通电的自感现象后，教师接着作断电时自感现象的演示实验（实验前教师应先分析电路的组成），学生从演示中可以明显地看到，在切断电路，小灯泡在熄灭之前突然发出特别明亮的闪光。“当切断电路那一瞬间，电池已不再供电，为什么小电灯泡反而会突然发生特别明亮的闪光呢？”引导学生通过课堂讨论去分析问题，探索产生这一现象的原因，这时，他们自然地会想到断电时产生自感电动势的缘故。根据法拉第电磁感应定律和楞次定律可知，在断电的瞬时，线圈中产生感生电动势，这时，自感线圈成为电源，它跟小电灯泡组成闭合回路，因这一瞬间通过小灯泡的电流强度比原来的大，于是，我们看到小电灯炮在熄灭前发出特别明亮的闪光。
接着，请学生再进行实验演示，从这个实验学生容易想到，在切断含有电磁铁和电动机的电路时会出现很大的自感电动势。这样，学生运用推理自己解决了引导性实验所提出的问题。整个教学思路是“引导性（暴露问题）的演示实验―分析―断电时自感现象的演示实验―进一步分析―再实验”。
我们认为实验与理论相结合的教学方法有以下几点好处：
整个教学过程是从简单到复杂，从感性知识逐步这渡到理性知识，它符合学生接受新知识的规律，能够充分激发学生的思维活动，而教学内容中有具体的、有抽象的，而且是从具体出发，在具体事实的基础上进行抽象概括，就能攻破难点。也就是说，由于问题提得很具体，演示现象很鲜明，推理过程很严密，因此，学生对于从演示推得的结果，能够获得深刻的印象，对问题的理解比较透彻，这种教学过程符合辩证唯物主义的认识论。
这种教学模式可以培养学生的辩证唯物主义的观点，明确实践和理论之间的辩证关系，这样学生获得的知识就不会成为僵化的概念。
三、充分结合学情教学实际，做到简单性和实效性相统一
简单性和实效性相结合，要求我们的实验，取材简单，源于生活：装置明了，操作方便；重点突出，现象明显。著名物理学家麦克斯韦对此早有精辟的论述：“一项演示实验使用的材料越简单，学生就越熟悉，就越想彻底地获得所验证的结果，这种实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比”。
我们的实验教学不同于科学研究，一般情况下，实验教学注重的不仅仅是结果，更注重的是实验的过程。有时，从科学研究或生产的角度来说先进的方法或手段，在教学实验中未必合适。在实验教学中，常常要有意识地避免采用过于精密的或“自动化”程度较高的仪器，而采用比较简单的实验装置和手段，便于学生仔细观察仪器的详细结构和实验的过程。如果在操作中机械化成份多，反而达不到培养学生能力的预期目标。
例如：关于平抛运动轨迹的描绘，有些厂商推出了一些现成的仪器，使抛体可以在运动过程中喷射墨水，从而自动描出运动的轨迹，甚至利用脉冲高压放电，使抛出的物体在绝缘纸上留下静电影。这些仪器的设计，虽然相当巧妙，但失去了教材中设计这个实验的本意，实际上教材中这个看似简单的实验，却包含了丰富的科学方法教育的内容。
第一，实验中要求先调节轨道出口的水平，并保证每次都从轨道上的同一位置释放小球，这就体现了对实验条件进行控制的思想。
第二，实验中还要求用小球通过有孔卡片的方法来确定小球球心通过的点，这就体现了在实验中要正确采集数据的思想。
第三，实验中要求通过所集的数据点的平均位置（而不是通过每一个数据点）描出光滑的曲线作为小球的轨迹，这就体现了误差的初步概念和正确处理实验数据的思想。
因此，从简单性和实效性的角度来看，教材中设计的平抛运动实验更符合我们的教学实际，更能展示物理过程，更利于培养学生的各方面能力。
在美国的《物理教师》杂志上，开辟有一个“线和胶带纸实验”专栏，介绍的都是用诸如线、橡皮筋、透明带、回形针、饮料吸管等日常生活用品进行的物理实验。如图所示的是一个用来演示机械（横）波的实验装置，用大约24根饮料吸管，在展开的胶带纸上每隔25毫米左右粘上一根，每根吸管两端各别上一个回形针，然后将胶带纸一头挂在铁架台横杆上（带着胶带卷的另一头悬空，图中画出）即可。这个实验的效果令人叫绝，形象生动有趣，且反映的是一个真实的波传播现象，达到了有些结构复杂的仪器达不到的效果。而且，更重要的是，这样的实验使学生不仅感到新鲜有趣，感到亲切，觉得物理实验并不神秘不可及。有了这种情感，主动性和创造热情就容易发挥。我们认为，正是简单性和实效性相结合的低成本实验有时会发挥出一种独特的教育价值。
著名物理学家朱正元先生说“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”，它给我们的启迪，提出了因陋就简，器材代用的可能性，但是，简单并不一定具有实效，在我们的教学中，要彻实做到简单性和实效性相结合，这需要我们有创新的意识和钻研的精神，结合教学内容设计新颖实用的实验。例如“反冲现象”教学时，我们可设计这样一个实验，用可乐瓶制作水火箭。利用高压气筒通过瓶塞上的导管，向充有半瓶水倒立着的可乐瓶打气加压，当压力超过一定限度时，瓶塞向下冲出，瓶中的水也随即高速冲出，瓶体加速上升，可冲至很高的高度，其情景很象火箭点火升空，甚为壮观。这个实验取料简单，构思奇巧，充分体现了简单性和实效性相结合的优点。
四、坚持启发性和趣味性为前提，多角度调动学生激情。
启发性是各种教学方法的指导原则，也是唯物辩证法在教学原则中的具体体现，它要求教师充分调动学生学习的主动性，激发他们积极要求学习的心理状态，引导他们生动活泼地学习，让他们通过自己的独立思考，融会贯通地掌握知识技能。实验教学启发性，要求我们的实验能引发学生的探求欲望和积极思维。例如：在“机械能守恒定律”教学时，我们设计了“铁球碰鼻”的实验，将大铁球用绳子悬挂在教室天花板上，将铁球拉离平衡位置，让铁球刚好碰到鼻子，然后释放铁球，铁球摆过去，又摆回朝学生“打”来时，学生一齐惊喊起来，被“打”的学生被固定住了无处可逃，吓得叫起来，但铁球却在“千钧一发”之际荡回去了，学生顺利“脱险”。这一实验把自然界的秘密（机械能守恒定律）直观、生动地展观在学生面前，启发着学生去揭开秘密。 实验教学是以科学、简洁、美妙的实验为主要手段进行教学，实验有展示自然界神奇色彩的魅力，这就为我们实验教学趣味性提供可行性依据。趣味性能激发学生学习兴趣，兴趣能使学生倾注热情、兴致勃勃、津津乐道，甚至会狂热追求，迷恋不舍。因此，我们的教学必须坚持趣味性原则，用趣味性去启发他们观察分析和研究周围的事物，不断发展他们的观察和思维能力，如讲“摩擦力”一节时，取一根玻璃棒（实验室备有），叫位“大力士”男同学和一位女同学到讲台上各提棒的一端争夺，结果男同学取胜。然后，教师用事先准备好的油给棒的一端擦一下，把擦油的一端给男同学，再叫他们各握一端争夺，结果女同学获胜，顿时同学们哄堂大笑。使学生不知不觉地将思维和兴趣都集中到“摩擦”上来。
启发性与趣味性是紧密相连的，有趣味性，也就有启发性，把二者有机结合，才能吸引学生，这要求我们对实验设计具有内容典型、立意明确、仪器简便、操作简单、现象鲜明，能在启发与趣味两个方面取得好的效果。 五、尊重学生个性，放手让学生去做，训练学生学习的主动性。
有位教育家曾经说过，学习是学生学会的，而不是教师教会的。当然这并不是降低教师在教学过程中的作用。好的教师就象是足球比赛中的裁判，裁判的作用是使比赛顺利进行下去。比如犯规了，就得响哨，如果裁判成为一场比赛的明星，或者成为场上的焦点人物，我们可以断定，那场比赛的裁判肯定有问题了。同样，教师在学生的学习过程当中应当始终是一个帮助者，在学习进行不下去的时候，或是思维进入死胡同的时候，或是出现技能性的问题的时候，及时给学生以指导，把他们引领到正确的轨道上来。
课堂教学是教师与学生共同活动的过程，学生获得知识离不开教师的正确引导，教师在学生的学习过程中起着主导性作用，但是教师只是学生学习的外部条件，而没有学生的积极主动参与是远远不够的，应重视学生这一学习“主体”，学生主体的能动作用是取得学习成功的内部因素，起着决定性作用，所以教师在发挥主导作用的同时，应充分调动学生的主动性和积极性。
1）将演示实验改为学生实验，让学生来唱“主角”；
2）让学生上台做演示实验或协助教师做实验，为学生“动手”创造条件；
3）实验教3）实验教学过程中，教师要及时指导学生去观察现象、分析现象、得出结论。 4）实验优先。创造一切条件为学生开出可能进行的实验。只要条件允许，能够用实验说明问题的决不用嘴说了了事。还有一点特别重要的，现在中学里多媒体教学非常盛行，虚拟实验，网络实验，用课件来代替实验，甚至就用虚拟的实验室代替了学生分组实验。当然，虚拟实验突出重点，突出原理，突出细节，避免了无关细节因素的干扰，对学生的学习有利。但它毕竟是虚拟的，理想化程度过高，给学生以不真实的感觉。更何况，我们的世界是真实的世界，本来就有上百种千种因素在共同起作用，除非是无法真实再现的实验，比如a粒子散射实验，原子核裂变聚变反应，不然，我们还是用一些真实的小车，电表等来完成这些实验，给学生以实事求实的实验结论，实验过程。
5）和学生一起寻找实验的乐趣。积极参与到学生的研究性学习中去，做一个普通的研究者，在研究过程当中与学生一起品味研究、实验过程中的甜酸苦辣，去和学生一起犯错，一起寻求假设、验证、品味真正的学习的乐趣。
六．加强对实验操作过程及数据处理的反馈。 教学学过程中，教师要及时指导学生去观察现象、分析现象、得出结论。 研究表明，只有不断地进行反馈，学生不良的操作行为才能得到纠正。在传统的教学模式中，学生的操作过程与实验数据的处理通常得不到及时反馈，正是由于对学生的操作过程缺乏有效的反馈，使得学生对自己的操作显得随便，正是因为对学生的操作过程缺乏有效的反馈，学生常常觉察不到自己操作上存在的错误与不规范。就数据处理来说，因为学生的实验数据都是记载在实验册中，而且数据处理过程中的错误，在实验册的批改中难以发现，如在打出纸带后，位移的测量有的学生采取分段测量，验证机械能守恒定律中测量点的选取不同等。另外，从完成实验到上交实验册再到教师批改后发还给学生，需要一定的时间，这时学生与教师都早已进入另一种教学与学习情景，教师对学生在实验时出现的抄袭数据、凑数据等现象也因不能及时反馈而难以发现与纠正，既使教师在批改实验册时发现并在课堂中加以指出，也会因事过境迁而使学生触动不大，这样长此以往，学生肯定无法形成良好的科学素养。视频展示台为实验操作的反馈与实验数据处理的反馈提供了很好的工具。我们可以让学生在视频展示台上进行操作，也可以把学生打出的纸带或实验册中的图表在视频展示台上展示。例如在实验《练习使用打点计时器》中，开始时由于学生的拉带速度较小，纸带上打出的点非常密，教师抽取几条纸带通过视频展示台一展出，同时启发学生：怎样才能获取间隔合适的纸带？又例如在《用玻璃测折射率》这一实验时，通过教师对学生所画光路图的及时反馈，学生的操作错误得到了改正，学生的操作技能得到了提高。 总之，二十一世纪，中国将进入一个崭新的、快速发展的时代，为了适应这种时代发展的需要，教育必将在教学理念、教学方法、教学媒体等各方面发生重大变化。在新课程体系中，物理实验教学的重要地位将越来越突出，物理实验教学的面目也将随之出现新的面貌。作为新形势下的物理教师，我们只有不断发展，不断探索，不断学习，处处以学生学习能力的提高为最高目标，才可能将我们的学生培养成社会所需要的有用人才。
主要参考书目：
1．《物理学习论》阎金铎 主编，梁树森 著，广西教育出版社，1996年12月
2。《物理教育展望》朱 宏雄 主编，华东师范大学出版社，2002年2月。
3．《高中学生物理实验操作能力的落实》谢耀钢 梁旭 陈勇刚等。中国物理教育网。
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