作者：郑柏红
中学物理教学参考 2008年03期
物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要组成部分，它既是物理教学的基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。实验教学肩负着训练学生认知能力，培养学生实验能力和科学素养的目的。目前，一些教师受制于“应试教育”的束缚，在教学中未能很好地落实新课程理念，以说实验代替做实验，即使做实验也是应付了事，实验的功效未能得到深入挖掘的现象仍很普遍。为强化实验在教学中的作用，必须注重创设科学、有效的物理实验，以物理实验充实教学，在物理学科中体现现代素质教育思想，以有利于学生科学素养的形成。同一物理问题，采用不同设计的物理实验，教学效果有时会有天壤之别。因此，物理教师在设计实验教学时，一定要充分挖掘实验的功能，展现物理实验的魅力。本文试图在挖掘物理实验教学的多重功能方面通过部分具体案例的分析，探讨如何充分发挥实验的作用，使物理实验能更好地促进物理学习。
一、利用物理实验激趣功能，充分引发学生认知冲突，产生学习愿望
兴趣是主动学习的前提，兴趣能对学生的学习活动产生巨大的推动作用。物理实验能生动、直观地展示物理现象，以其特殊的魅力引起学生的好奇心和求知欲。实验是创设情境的一种常用途径，通过实验展示实验现象，创设情境，使现象与学生原有认识不一致而产生认知冲突，从而利用学生的好奇心激起学习的愿望。
例如“闭合电路欧姆定律”的教学，学生在初中物理中已学过部分电路的欧姆定律，如何讲解闭合电路欧姆定律才能激发学生学习的愿望，让学生体会到初中阶段所学知识的局限性和高中进一步学习的需要？教学中，根据学生的认知特点，可以设计实验情境来引发学生的认知冲突，教师先让学生路来实现？在思考的基础上，教师出示图3，学生讨论后猜想，是否电源内部有电阻，如果猜想属实，图3与图1就是等效的；教师适时对学生的思考给予肯定，并出示课题，于是学生在强烈的学习愿望驱动下开始新课的学习。
图1
图2
图3
二、利用物理实验展现精彩的实验思想，使学生领悟物理思想方法
新教师在教学中，对于课本上大量的演示实验，往往采取简单的“拿来主义”，照方抓药，机械操作，使许多原本可以向学生展示精彩实验设计思想和方法的实验失去了科学意蕴。例如一位新教师在“楞次定律”教学中，按部就班地要求学生按事先设定的四种情况（将磁铁N、S极分别插入和拔出线
三、利用物理实验展示清晰的物理过程，使学生对实验的认识得到强化
物理实验是物理教学认识的基础，依据实验在物理教学认识中的作用可分为验证性实验和探究性实验。过去所谓的“验证性实验”往往只是验证了一些现成结论并形成对结论确信无疑的心向，学生学习的重点还在于接受知识，这种教育方式排斥了学生的思考和个性，不是对个性的发展和解放，而是对个性的控制和压抑，它从源头上剥离了知识和智力的内在联系。新课程理念下的探究性实验是学生在实验和观察的基础上，通过自身的思考及对实验现象的分析、科学抽象，获得科学结论的一种实验，他是通过“问题——实验事实——科学抽象——结论——应用”的过程来实现。物理知识的获得依赖于特定的探究过程和方法，学生的学习重在掌握方法，主动建构知识。这种过程的核心是思维，能使学生的理智过程和精神世界获得实质性的发展与提升。物理教师应该尽可能地关注学生对实验过程的探索，碰到问题，及时引导点拨，充分发挥实验的认识论功能。
如高中物理《变压器》一节的教学，一般教师常用的处理方法是，先向学生直接介绍变压器构造和工作原理，然后演示一下原线圈接入交流电后，副线圈的匝数不同时，副线圈两端输出电压不同，随后教师就将主要精力放在变压比和变流比公式的推导和解题上，这样的教学教师注重的是知识的传授和应用公式进行解题训练，具有浓厚的应试教育模式。由于教师仅利用几个定量实验近似地得出了理想变压器的电压关系和电流关系，实验内容单调，学生对变压器难以留下深刻的印象，对变压器为什么不能变直流只能变交流认识模糊。为了落实以学生为主体，让学生主动发现问题、提出问题、解决问题的新理念，实验的设计应突出物理知识的发生过程，为此可对“变压器”的实验教学过程作如下改进：
第一步：教师引出课题后，先把演示用可拆变压器拆开，将其中的两个绕线的原副线圈展示给学生观察，告诉学生现有两组线圈分别叫线圈1和线圈2，问：将线圈1通直流电，线圈2中能否产生一定的电压？如图4所示。
图4
演示1：线圈1通直流电，观察线圈2连接的电压表有无示数。
观察结果：电压表无示数。
分析原因：线圈1通直流电不能引起线圈2中磁通量的变化。
演示2：把线圈1通入交流电，观察连接线圈2的电压表有无示数。
观察结果：电压表有示数，因为线圈1通交流电引起线圈2中磁通量的变化，但发现示数很小，能否让示数变大些呢？让学生展开讨论。
第二步：设计实验，让学生学会使用实验等方法寻求证据来支持自己的判断，培养严谨、求实的科学态度。如图5所示。
图5
演示3：根据学生讨论的结果，将线圈1和线圈2靠得更近些。
观察结果：示数变大了些。
演示4：将线圈1叠放到线圈2上。
观察结果：电压表示数比演示3又明显变大。
提问：引起示数不断变大的原因是什么？
学生讨论结果：引起示数变大的原因是线圈1中所产生的交变磁通量穿过线圈2的不断增多。
第三步：继续探索，培养学生开拓创新、锐意进取的意识。
教师引导点拨：既然线圈2中电压的大小取决于线圈1产生的交变磁通量穿过线圈2的多少，那么能否让线圈1产生的交变磁通量全部通过线圈2呢？于是引入闭合铁芯，如图6所示。
图6
演示5：将线圈1和线圈2放入到闭合铁芯中再进行实验。
观察结果：连接线圈2的电压表示数大增。这样以演示1～4为铺垫，最后再做变压器的实验，学生对变压器的构造的认识大大深化，得出原线圈必须接入交流电的原因及理解闭合铁芯的作用便水到渠成，对变压器的变压、变流规律的导出也就顺理成章。
四、利用物理实验为物理概念的深化提供有力证据
学生学习闭合电路欧姆定律后，由于对电动势概念理解不深，碰到实际问题往往受前概念的影响而作出错误的判断。如下例：
教师在实验示教板上设计如图7所示电路，再用电压表粗测两个不同电源的电动势；将开关扳到位置1，小灯泡正常发光。接着引导学生讨论、猜想：如果将开关扳到位置2，将会出现什么现象？
图7
学生虽然已学习过闭合电路欧姆定律，但由于理解不够深入，学生在潜意识中总认为电动势大的电源就能对同一用电器提供更多的能量。因此讨论的结果是，大多数学生认为灯泡会被烧毁，而实验的结果是灯泡只发出微弱的光。教师以如此出乎学生意料的实验情境为基础，再引导学生进行理论分析，使学生明确电源向外提供能量的大小除跟电源电动势大小有关外，还跟电源内阻大小有关；电动势大的电源不一定能对同一用电器提供更多的能量。这样以实验为基础的理论分析能使学生对电动势概念的认识得到了很好的深化与巩固。
五、利用物理实验为学生展开合理猜想提供良好基础
物理教学中，教师常用实验来创设问题情境，引导学生开展科学探究，通过实验现象的观察，让学生提出科学猜想。但在实际教学中，我们经常可以看到由于教师设计的一些实验往往无法真正引发学生有意义地科学猜想。如在“电流跟电压、电阻的关系”的引入教学中，为了引导学生认识电流跟电压、电阻的关系，教师在创设情境时一般都会演示如下的实验：将电源、电流表、定值电阻、开关用导线连接成串联电路，用电压表测定定值电阻两端的电压，电流表测定电路中的电流。首先改变电阻两端的电压，引导观察电流表的示数，接着更换阻值不同的定值电阻，引导观察电流表的示数。教师质疑、引发学生思考：(1)看到了什么现象？(2)猜测电流的大小可能跟哪些因素有关？分析这种引入方法，教师把影响电流变化的两个因素直接演示出来，要求学生猜测“电流大小可能跟哪些因素有关”，大多数学生完全可以根据教师“改变电压”“更换电阻”的操作，顺藤摸瓜地理解教师的意图，说出教师期待的“猜测”。这实际上是一种缺少思维深度、低思考水平的猜测。因此，上述实验设计并不能引发学生作有意义的高水平的思考与猜测，难以启动学生的积极思维和学习需要。
为了让学生经历真实的猜想过程，教师可根据学生的“最近知识发展区”，让学生回忆已经做过的“用电流表测定电流”“影响导体电阻大小的因素”和“用滑动变阻器改变电流”等实验，思考这些实验中什么因素引起了电流的变化，猜测“电流的大小可能跟哪些因素有关”，这里猜测的基础是过去已经做过的实验，但当时做这些实验时，学生关注的是如何使用电流表、滑动变阻器等技能性问题，现在要从另外一个角度去思考实验中引起电流变化的因素，学生感到新颖、有难度，因而思维被激活，探索的兴趣大增。
六、利用物理实验为物理现象与问题之间构建显著联系
课堂上的演示实验，一方面向学生展示了在日常生活中不易观察到的物理现象，为学生的学习创设必要的物理情境，另一方面也是将复杂的物理现象进行科学的简化，提高观察信息的信噪比，从而便于学生在观察中抓住物理问题的本质。为了使实验所展现的物理现象在学生头脑中留下生动、科学的表象，教学中所展示的物理现象一定要直观、鲜明。所谓直观鲜明，除了实验现象要有好的可见度外，更重要的是实验所展示的物理现象与所要说明的物理问题应具有极为显著的联系。利用物理实验展示教学过程中所需要的物理现象，就是要抛开次要因素，突出主要矛盾，因此要注意尽量使要突出的现象展现出来，设法减少干扰现象的发生。
如在演示弹性碰撞中动量守恒、动能不变的现象时，有的教师为了让学生感到意外的惊奇，用如图8所示的几个球来进行演示，这显然是喧宾夺主，学生此时是没有能力分析若干次相互作用的动量与能量的变化问题，因此这时还是用两个质量相等的弹性小球来做实验较为适宜，如图9所示。
图8
图9
七、创新性地挖掘日常器材的使用功能，达到出奇制胜
为了丰富实验器材的来源，教师要有主动改进每一个演示（或分组）实验的意识和习惯，不能简单地满足于现有的实验设备和教材提供的实验方法，要经常尝试用身边的废旧物品开发新实验或改进原有实验装置。教师在备课中，要认真研究各种实验器材，可运用思考创意的手段——询问法，经常想一想一些常规的器材有无其他用途，是否可借用、取代、替代等，使实验更有效。
例如在“探究决定导体电阻的因素”教学中，温度对导体的影响因素的处理，大多数教师往往只作一简单介绍，让学生记住结论而已。有位老师对这个问题的处理却收到了奇效。
图10
如图10所示，课堂内现场敲碎一只“220V、100W”的白炽灯泡，连接到电路中，酒精灯不点燃，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光。这时点燃酒精灯，直接给灯丝加热，可以看到小灯泡亮度迅速变暗，直至看不出发光；熄灭酒精灯火焰，小灯泡又逐渐变亮。然后引导学生分析小灯泡变暗和变亮的原因，从而得出温度对导体电阻阻值的影响规律。在这个实验改进中，同样使学生通过感性认识得到了结论，但实验现象令学生惊诧不已，连连称奇，收到了更佳的效果。白炽灯泡和酒精灯都是常用仪器，关键在于能不能想到“敲碎灯泡”和“用火焰加热代替电加热”。不怕做不到，就怕想不到。只要我们多思多试，身边的许许多多废旧物品就能化腐朽为神奇，成为物理课堂上的实验器材。
作者介绍：郑柏红,浙江衢州市衢江区教研室。（324000）
作者：郑柏红
中学物理教学参考 2008年03期
物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要组成部分，它既是物理教学的基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。实验教学肩负着训练学生认知能力，培养学生实验能力和科学素养的目的。目前，一些教师受制于“应试教育”的束缚，在教学中未能很好地落实新课程理念，以说实验代替做实验，即使做实验也是应付了事，实验的功效未能得到深入挖掘的现象仍很普遍。为强化实验在教学中的作用，必须注重创设科学、有效的物理实验，以物理实验充实教学，在物理学科中体现现代素质教育思想，以有利于学生科学素养的形成。同一物理问题，采用不同设计的物理实验，教学效果有时会有天壤之别。因此，物理教师在设计实验教学时，一定要充分挖掘实验的功能，展现物理实验的魅力。本文试图在挖掘物理实验教学的多重功能方面通过部分具体案例的分析，探讨如何充分发挥实验的作用，使物理实验能更好地促进物理学习。
一、利用物理实验激趣功能，充分引发学生认知冲突，产生学习愿望
兴趣是主动学习的前提，兴趣能对学生的学习活动产生巨大的推动作用。物理实验能生动、直观地展示物理现象，以其特殊的魅力引起学生的好奇心和求知欲。实验是创设情境的一种常用途径，通过实验展示实验现象，创设情境，使现象与学生原有认识不一致而产生认知冲突，从而利用学生的好奇心激起学习的愿望。
例如“闭合电路欧姆定律”的教学，学生在初中物理中已学过部分电路的欧姆定律，如何讲解闭合电路欧姆定律才能激发学生学习的愿望，让学生体会到初中阶段所学知识的局限性和高中进一步学习的需要？教学中，根据学生的认知特点，可以设计实验情境来引发学生的认知冲突，教师先让学生路来实现？在思考的基础上，教师出示图3，学生讨论后猜想，是否电源内部有电阻，如果猜想属实，图3与图1就是等效的；教师适时对学生的思考给予肯定，并出示课题，于是学生在强烈的学习愿望驱动下开始新课的学习。
图1
图2
图3
二、利用物理实验展现精彩的实验思想，使学生领悟物理思想方法
新教师在教学中，对于课本上大量的演示实验，往往采取简单的“拿来主义”，照方抓药，机械操作，使许多原本可以向学生展示精彩实验设计思想和方法的实验失去了科学意蕴。例如一位新教师在“楞次定律”教学中，按部就班地要求学生按事先设定的四种情况（将磁铁N、S极分别插入和拔出线
三、利用物理实验展示清晰的物理过程，使学生对实验的认识得到强化
物理实验是物理教学认识的基础，依据实验在物理教学认识中的作用可分为验证性实验和探究性实验。过去所谓的“验证性实验”往往只是验证了一些现成结论并形成对结论确信无疑的心向，学生学习的重点还在于接受知识，这种教育方式排斥了学生的思考和个性，不是对个性的发展和解放，而是对个性的控制和压抑，它从源头上剥离了知识和智力的内在联系。新课程理念下的探究性实验是学生在实验和观察的基础上，通过自身的思考及对实验现象的分析、科学抽象，获得科学结论的一种实验，他是通过“问题——实验事实——科学抽象——结论——应用”的过程来实现。物理知识的获得依赖于特定的探究过程和方法，学生的学习重在掌握方法，主动建构知识。这种过程的核心是思维，能使学生的理智过程和精神世界获得实质性的发展与提升。物理教师应该尽可能地关注学生对实验过程的探索，碰到问题，及时引导点拨，充分发挥实验的认识论功能。
如高中物理《变压器》一节的教学，一般教师常用的处理方法是，先向学生直接介绍变压器构造和工作原理，然后演示一下原线圈接入交流电后，副线圈的匝数不同时，副线圈两端输出电压不同，随后教师就将主要精力放在变压比和变流比公式的推导和解题上，这样的教学教师注重的是知识的传授和应用公式进行解题训练，具有浓厚的应试教育模式。由于教师仅利用几个定量实验近似地得出了理想变压器的电压关系和电流关系，实验内容单调，学生对变压器难以留下深刻的印象，对变压器为什么不能变直流只能变交流认识模糊。为了落实以学生为主体，让学生主动发现问题、提出问题、解决问题的新理念，实验的设计应突出物理知识的发生过程，为此可对“变压器”的实验教学过程作如下改进：
第一步：教师引出课题后，先把演示用可拆变压器拆开，将其中的两个绕线的原副线圈展示给学生观察，告诉学生现有两组线圈分别叫线圈1和线圈2，问：将线圈1通直流电，线圈2中能否产生一定的电压？如图4所示。
图4
演示1：线圈1通直流电，观察线圈2连接的电压表有无示数。
观察结果：电压表无示数。
分析原因：线圈1通直流电不能引起线圈2中磁通量的变化。
演示2：把线圈1通入交流电，观察连接线圈2的电压表有无示数。
观察结果：电压表有示数，因为线圈1通交流电引起线圈2中磁通量的变化，但发现示数很小，能否让示数变大些呢？让学生展开讨论。
第二步：设计实验，让学生学会使用实验等方法寻求证据来支持自己的判断，培养严谨、求实的科学态度。如图5所示。
图5
演示3：根据学生讨论的结果，将线圈1和线圈2靠得更近些。
观察结果：示数变大了些。
演示4：将线圈1叠放到线圈2上。
观察结果：电压表示数比演示3又明显变大。
提问：引起示数不断变大的原因是什么？
学生讨论结果：引起示数变大的原因是线圈1中所产生的交变磁通量穿过线圈2的不断增多。
第三步：继续探索，培养学生开拓创新、锐意进取的意识。
教师引导点拨：既然线圈2中电压的大小取决于线圈1产生的交变磁通量穿过线圈2的多少，那么能否让线圈1产生的交变磁通量全部通过线圈2呢？于是引入闭合铁芯，如图6所示。
图6
演示5：将线圈1和线圈2放入到闭合铁芯中再进行实验。
观察结果：连接线圈2的电压表示数大增。这样以演示1～4为铺垫，最后再做变压器的实验，学生对变压器的构造的认识大大深化，得出原线圈必须接入交流电的原因及理解闭合铁芯的作用便水到渠成，对变压器的变压、变流规律的导出也就顺理成章。
四、利用物理实验为物理概念的深化提供有力证据
学生学习闭合电路欧姆定律后，由于对电动势概念理解不深，碰到实际问题往往受前概念的影响而作出错误的判断。如下例：
教师在实验示教板上设计如图7所示电路，再用电压表粗测两个不同电源的电动势；将开关扳到位置1，小灯泡正常发光。接着引导学生讨论、猜想：如果将开关扳到位置2，将会出现什么现象？
图7
学生虽然已学习过闭合电路欧姆定律，但由于理解不够深入，学生在潜意识中总认为电动势大的电源就能对同一用电器提供更多的能量。因此讨论的结果是，大多数学生认为灯泡会被烧毁，而实验的结果是灯泡只发出微弱的光。教师以如此出乎学生意料的实验情境为基础，再引导学生进行理论分析，使学生明确电源向外提供能量的大小除跟电源电动势大小有关外，还跟电源内阻大小有关；电动势大的电源不一定能对同一用电器提供更多的能量。这样以实验为基础的理论分析能使学生对电动势概念的认识得到了很好的深化与巩固。
五、利用物理实验为学生展开合理猜想提供良好基础
物理教学中，教师常用实验来创设问题情境，引导学生开展科学探究，通过实验现象的观察，让学生提出科学猜想。但在实际教学中，我们经常可以看到由于教师设计的一些实验往往无法真正引发学生有意义地科学猜想。如在“电流跟电压、电阻的关系”的引入教学中，为了引导学生认识电流跟电压、电阻的关系，教师在创设情境时一般都会演示如下的实验：将电源、电流表、定值电阻、开关用导线连接成串联电路，用电压表测定定值电阻两端的电压，电流表测定电路中的电流。首先改变电阻两端的电压，引导观察电流表的示数，接着更换阻值不同的定值电阻，引导观察电流表的示数。教师质疑、引发学生思考：(1)看到了什么现象？(2)猜测电流的大小可能跟哪些因素有关？分析这种引入方法，教师把影响电流变化的两个因素直接演示出来，要求学生猜测“电流大小可能跟哪些因素有关”，大多数学生完全可以根据教师“改变电压”“更换电阻”的操作，顺藤摸瓜地理解教师的意图，说出教师期待的“猜测”。这实际上是一种缺少思维深度、低思考水平的猜测。因此，上述实验设计并不能引发学生作有意义的高水平的思考与猜测，难以启动学生的积极思维和学习需要。
为了让学生经历真实的猜想过程，教师可根据学生的“最近知识发展区”，让学生回忆已经做过的“用电流表测定电流”“影响导体电阻大小的因素”和“用滑动变阻器改变电流”等实验，思考这些实验中什么因素引起了电流的变化，猜测“电流的大小可能跟哪些因素有关”，这里猜测的基础是过去已经做过的实验，但当时做这些实验时，学生关注的是如何使用电流表、滑动变阻器等技能性问题，现在要从另外一个角度去思考实验中引起电流变化的因素，学生感到新颖、有难度，因而思维被激活，探索的兴趣大增。
六、利用物理实验为物理现象与问题之间构建显著联系
课堂上的演示实验，一方面向学生展示了在日常生活中不易观察到的物理现象，为学生的学习创设必要的物理情境，另一方面也是将复杂的物理现象进行科学的简化，提高观察信息的信噪比，从而便于学生在观察中抓住物理问题的本质。为了使实验所展现的物理现象在学生头脑中留下生动、科学的表象，教学中所展示的物理现象一定要直观、鲜明。所谓直观鲜明，除了实验现象要有好的可见度外，更重要的是实验所展示的物理现象与所要说明的物理问题应具有极为显著的联系。利用物理实验展示教学过程中所需要的物理现象，就是要抛开次要因素，突出主要矛盾，因此要注意尽量使要突出的现象展现出来，设法减少干扰现象的发生。
如在演示弹性碰撞中动量守恒、动能不变的现象时，有的教师为了让学生感到意外的惊奇，用如图8所示的几个球来进行演示，这显然是喧宾夺主，学生此时是没有能力分析若干次相互作用的动量与能量的变化问题，因此这时还是用两个质量相等的弹性小球来做实验较为适宜，如图9所示。
图8
图9
七、创新性地挖掘日常器材的使用功能，达到出奇制胜
为了丰富实验器材的来源，教师要有主动改进每一个演示（或分组）实验的意识和习惯，不能简单地满足于现有的实验设备和教材提供的实验方法，要经常尝试用身边的废旧物品开发新实验或改进原有实验装置。教师在备课中，要认真研究各种实验器材，可运用思考创意的手段——询问法，经常想一想一些常规的器材有无其他用途，是否可借用、取代、替代等，使实验更有效。
例如在“探究决定导体电阻的因素”教学中，温度对导体的影响因素的处理，大多数教师往往只作一简单介绍，让学生记住结论而已。有位老师对这个问题的处理却收到了奇效。
图10
如图10所示，课堂内现场敲碎一只“220V、100W”的白炽灯泡，连接到电路中，酒精灯不点燃，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光。这时点燃酒精灯，直接给灯丝加热，可以看到小灯泡亮度迅速变暗，直至看不出发光；熄灭酒精灯火焰，小灯泡又逐渐变亮。然后引导学生分析小灯泡变暗和变亮的原因，从而得出温度对导体电阻阻值的影响规律。在这个实验改进中，同样使学生通过感性认识得到了结论，但实验现象令学生惊诧不已，连连称奇，收到了更佳的效果。白炽灯泡和酒精灯都是常用仪器，关键在于能不能想到“敲碎灯泡”和“用火焰加热代替电加热”。不怕做不到，就怕想不到。只要我们多思多试，身边的许许多多废旧物品就能化腐朽为神奇，成为物理课堂上的实验器材。
作者介绍：郑柏红,浙江衢州市衢江区教研室。（324000）