姚秀偉 高紅 王景聚

隨著國(guó)家《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》的頒布與實(shí)施，標(biāo)志著新課程改革在全國(guó)范圍內(nèi)全面展開(kāi).然而，要實(shí)施基礎(chǔ)教育課程改革，教師是關(guān)乎改革成敗的重要因素，因?yàn)榻處熓墙逃膶?shí)施者、教育教學(xué)改革第一線(xiàn)的執(zhí)行者，好的教學(xué)理念、思想要靠教師來(lái)實(shí)踐.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力是基礎(chǔ)教育課程改革對(duì)未來(lái)物理教師提出的新要求.肩負(fù)為基礎(chǔ)教育提供合格師資重任的高等師范院校，必須面對(duì)基礎(chǔ)教育課程改革的新要求，培養(yǎng)學(xué)生具有較高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力.本文以《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》課程為例，提出了培養(yǎng)師范生綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)教研能力的方法和策略.

1 新課程改革對(duì)物理實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的新要求

2010年以來(lái)，根據(jù)教育部規(guī)定，我國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展高中新課程改革工作.新課程改革的目標(biāo)之一是讓學(xué)生具有適應(yīng)終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力.

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科教學(xué)的重要組成部分，其在培養(yǎng)學(xué)生基本技能、基本方法以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力等方面的作用是不言而喻的，因此物理實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)在新課程改革中越來(lái)越被重視.縱觀(guān)近幾年的高考物理實(shí)驗(yàn)命題，會(huì)發(fā)現(xiàn)高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)部分的考核也充分體現(xiàn)了新課程改革的基本思想，考核不僅越來(lái)越細(xì)致、深入，而且對(duì)基礎(chǔ)性和方法性的要求越來(lái)越高，考核內(nèi)容和形式更是越來(lái)越“活”，除了對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行詳細(xì)考核這樣的常規(guī)考法外，近幾年出現(xiàn)更多的是將實(shí)驗(yàn)的某個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行拓展，或者將幾個(gè)相似的和相互關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“拼裝”合成一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)來(lái)考核，也有只給出基本的目的或要求，由學(xué)生設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)方案的情況.即側(cè)重對(duì)創(chuàng)新和綜合實(shí)踐能力的考察.這些都反映出新課程改革對(duì)學(xué)生活學(xué)活用、學(xué)以致用、整合創(chuàng)新的更高要求.為達(dá)到這樣的要求，不僅需要學(xué)生能夠靈活掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程、熟悉實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系，更應(yīng)該具備改造實(shí)驗(yàn)、拓展實(shí)驗(yàn)和根據(jù)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng).

而要培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，就需要物理教師尤其是未來(lái)的物理教師自身首先具備這樣的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和一定的教學(xué)研究能力.

2 改變教學(xué)方法，培養(yǎng)師范生的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》是為物理師范生開(kāi)設(shè)的一門(mén)選修課，旨在強(qiáng)化他們規(guī)范使用中學(xué)常用實(shí)驗(yàn)儀器、處理實(shí)驗(yàn)故障等技能，同時(shí)提高他們靈活運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)方法、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的基本思維能力.為了更好地培養(yǎng)未來(lái)物理教師——物理師范生的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，筆者在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)了以下幾點(diǎn)：

2.1 深入研究和挖掘?qū)嶒?yàn)原理

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的原理往往對(duì)應(yīng)于一個(gè)公式或一條定律，顯得比較簡(jiǎn)單.所以很多人對(duì)此沒(méi)有“深究”的習(xí)慣.對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的深入研究和挖掘有助于更好地理解實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)施細(xì)節(jié)，避免實(shí)驗(yàn)的盲目操作；深入探究實(shí)驗(yàn)原理還可以透析物理規(guī)律或公式的得出過(guò)程，其探究方法可以遷移到其他的物理問(wèn)題中去，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新也是大有裨益的，更可以為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定方法和能力上的基礎(chǔ).因此，我們?cè)谡n程中引導(dǎo)師范生從實(shí)驗(yàn)原理的核心公式出發(fā)，把挖掘出來(lái)的問(wèn)題繪制成思維導(dǎo)圖.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，師范生逐漸養(yǎng)成了深入研究和挖掘?qū)嶒?yàn)原理的習(xí)慣，也具備了深入研究和挖掘?qū)嶒?yàn)原理的能力，受益很大.

2.2 關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)間的聯(lián)系

無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生往往更加重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)往往被忽略，以至于分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得不到有效提高.以《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)為例，一提到這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易想到“平衡摩擦力”和“保證小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛重物質(zhì)量”這兩個(gè)關(guān)鍵步驟，但為什么如此、是否必須如此等細(xì)節(jié)問(wèn)題，很多學(xué)生都不曾仔細(xì)思考.

為了提高師范生對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的關(guān)注度和講解能力，我們?cè)凇吨袑W(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》中有意設(shè)置了關(guān)于實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的分析、討論和交流環(huán)節(jié).通過(guò)分析，以往需要刻意記憶和復(fù)習(xí)的諸如“為什么要平衡摩擦力”、“用什么力平衡摩擦力”、“平衡摩擦力時(shí)是否懸掛重物連上紙帶”、“怎樣確定摩擦力是否平衡恰當(dāng)”、“摩擦力平衡過(guò)大或平衡不夠會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象”、“改變小車(chē)質(zhì)量或重物質(zhì)量時(shí)是否需要重新平衡摩擦力”、“什么情況下不必平衡摩擦力”、“什么情況下不必滿(mǎn)足小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛重物質(zhì)量”等問(wèn)題變得水到渠成、迎刃而解；通過(guò)交流和討論，師范生們還發(fā)現(xiàn)如果不平衡摩擦力，反而可以測(cè)量出接觸面的最大靜摩擦力和動(dòng)摩擦因數(shù)，達(dá)到深化和拓展實(shí)驗(yàn)的效果.可見(jiàn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，可以提高實(shí)驗(yàn)探究的深度、廣度和精度，真正提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、分析能力和整合創(chuàng)新的能力.

物理知識(shí)和規(guī)律通常都不是孤立的，而是存在著各種各樣的聯(lián)系.物理實(shí)驗(yàn)也是如此，一些關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)方法等往往都是相通的.比如必修部分有多個(gè)實(shí)驗(yàn)都要用到“一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板”、“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”等實(shí)驗(yàn)器材；《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)和《探究功與速度變化的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)都涉及“平衡摩擦力”；很多電學(xué)實(shí)驗(yàn)都需要選擇“分壓式電路”等.關(guān)注實(shí)驗(yàn)間的聯(lián)系，可以觸類(lèi)旁通，順利地完成知識(shí)和方法的遷移，切實(shí)提高師范生利用物理解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而這種能力恰恰是新課程改革所提倡的，有助于他們更多地學(xué)習(xí)與生活、科技相聯(lián)系的“活”的知識(shí).

3 鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和教具研制，培養(yǎng)師范生的實(shí)驗(yàn)教研能力

師范生是未來(lái)的師資力量，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，“會(huì)教” 比“會(huì)學(xué)”更重要.所以在《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》課程中，我們鼓勵(lì)師范生以模擬授課的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和交流，更引領(lǐng)和鼓勵(lì)他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和教具研制，以培養(yǎng)和提升其實(shí)驗(yàn)教研能力.

3.1 拓展和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或方法

實(shí)驗(yàn)拓展是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的第一步，也是師范生比較容易實(shí)現(xiàn)的.實(shí)驗(yàn)拓展不拘泥于分組實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)的拓展具有更高的自由度和發(fā)散性，同時(shí)具有提高課堂教學(xué)效果的實(shí)際意義.如超重和失重是《高中物理必修1》中比較重要又不太直觀(guān)的知識(shí)點(diǎn)之一，恰當(dāng)?shù)难菔緦?shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生興趣和理解程度，但針對(duì)此知識(shí)點(diǎn)又適合在課堂上演示的實(shí)驗(yàn)不多，而現(xiàn)象直觀(guān)明顯的實(shí)驗(yàn)更少.師范生利用力學(xué)實(shí)驗(yàn)的拓展，將長(zhǎng)木板和力學(xué)傳感器相結(jié)合開(kāi)發(fā)了半定量的“失重超重演示實(shí)驗(yàn)”（圖1），將硬彈簧和串聯(lián)電路相結(jié)合設(shè)計(jì)了“失重超重演示電路”.

在實(shí)驗(yàn)拓展過(guò)程中，往往還會(huì)派生出實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方法和創(chuàng)新設(shè)計(jì).如 “天平法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度大小”實(shí)驗(yàn)和“楞次定律可視化展示”等實(shí)驗(yàn)都是師范生實(shí)驗(yàn)拓展時(shí)的創(chuàng)新型收獲.

在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過(guò)程中，師范生將親身體驗(yàn)從“提出實(shí)驗(yàn)課題”、“確定實(shí)驗(yàn)方案”、“選擇實(shí)驗(yàn)器材”到“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟”、“反復(fù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新方案”等研究過(guò)程， 其經(jīng)歷對(duì)今后的教研和科研都有巨大的借鑒和指導(dǎo)作用.

3.2 以比賽為依托，改進(jìn)、自制實(shí)驗(yàn)器材和教具

教具是展現(xiàn)知識(shí)（原理）產(chǎn)生、演變過(guò)程，實(shí)現(xiàn)信息傳遞與交換的載體，同時(shí)也是促進(jìn)知識(shí)的媒體.新課程離不開(kāi)合適的實(shí)驗(yàn)器材和自制教具.近幾年，筆者以“全國(guó)大學(xué)生與研究生自制教具與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)展示（比賽）”為依托，鼓勵(lì)并指導(dǎo)師范生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和自制教具.

師范生在學(xué)會(huì)深入研究、挖掘?qū)嶒?yàn)原理和關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、實(shí)驗(yàn)聯(lián)系之后，很容易發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的一些實(shí)驗(yàn)器材存在的局限性和新課程改革對(duì)自制教具的需求，這將激勵(lì)他們?nèi)ジ倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)器材或嘗試自制實(shí)驗(yàn)器材和教具.比如，師范生研究平衡長(zhǎng)木板的摩擦力時(shí)，傳統(tǒng)的方法是用墊塊將長(zhǎng)木板一端墊起一定的角度，而當(dāng)小車(chē)在木板上滑動(dòng)時(shí)，木板容易竄動(dòng)而引起角度變化導(dǎo)致摩擦力平衡不準(zhǔn)確.針對(duì)這一問(wèn)題，師范生自制了一套實(shí)驗(yàn)器材，讓長(zhǎng)木板沿金屬滑道在豎立固定的扇形板上滑動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，這樣傾斜角度可連續(xù)改變、易于位置固定，消除了小車(chē)滑動(dòng)對(duì)傾角的影響，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差；扇形板的外緣刻有角度標(biāo)線(xiàn)，傾角的大小可直接讀出，所以這套裝置還可以測(cè)量最大靜摩擦力和動(dòng)摩擦因數(shù)等.

改進(jìn)器材、研制教具的過(guò)程是一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，在提高師范生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的同時(shí)，也更新和豐富了教學(xué)和實(shí)驗(yàn)用具，提升了師范生的教研能力尤其是實(shí)驗(yàn)教研能力.