張瑋琪　倪亞賢

摘要：實驗是物理學(xué)的重要組成部分，結(jié)合中學(xué)物理基礎(chǔ)實驗的分析，本文總結(jié)了教師應(yīng)具備的實驗教學(xué)素養(yǎng)：設(shè)計情境探究式實驗課堂的能力;深入理解教材，將實驗探究活動落實在核心問題上;量化分析實驗原理，做出現(xiàn)象明顯的演示實驗.

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理;實驗教學(xué)素養(yǎng);策略

1 問題的提出

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年）中明確提出：將科學(xué)探究列入“課程內(nèi)容”，旨在讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行相似的探究過程，主動獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神.對新課標(biāo)的要求進(jìn)行解讀不難發(fā)現(xiàn)，實驗教學(xué)是特點鮮明的情境教學(xué)模式，是學(xué)生針對具體情境或教師提出的問題主動設(shè)計創(chuàng)造進(jìn)行實驗探究，并在探究的過程中獲取知識、鍛煉實驗技能.但是，在目前的中學(xué)課堂中，物理實驗教學(xué)并沒有真正落實在學(xué)生自主探究上，更多的是教師帶領(lǐng)學(xué)生“觀看”探究過程，并做一些簡單的驗證性實驗，實驗教學(xué)流于形式，沒有真正發(fā)揮實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.因此，情境探究式的實驗教學(xué)不僅需要教師有較強(qiáng)的動手能力運(yùn)用好實驗器材，更需要教師有較專業(yè)的實驗教學(xué)素養(yǎng).基于以上分析，如何提升教師實驗教學(xué)素養(yǎng)是現(xiàn)在物理教學(xué)中亟待解決的問題.下面筆者將結(jié)合一些具體實例探求提升實驗教學(xué)素養(yǎng)的策略.

2 樹立理論知識與實踐結(jié)合的教學(xué)觀，設(shè)計情境探究式的實驗課堂

知識是鮮活的實踐，實驗教學(xué)的核心應(yīng)該是“自主探究”，在實踐中獲得知識.縱觀如今的實驗教學(xué)課堂，不論是教師演示實驗還是學(xué)生探究實驗，實際上并未真正做到讓學(xué)生“經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過程”.日常教學(xué)中的演示實驗教師更加傾向于讓學(xué)生了解實驗的基本原理以及操作方法，欠缺了學(xué)生的實踐參與.結(jié)果是實驗教學(xué)單純只為考試服務(wù)，沒有做到發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).而學(xué)生分組實驗中更多的教師傾向于讓學(xué)生在掌握知識的前提下機(jī)械的重復(fù)教師的操作，關(guān)注教而忽略學(xué)，只重視知識的掌握，未把實驗教學(xué)的重心真正落到探究活動上來，知識與實踐是完全分離的狀態(tài).

實驗教學(xué)是情境認(rèn)知的過程，強(qiáng)調(diào)理論知識與實踐相互作用，在實踐過程中由學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，掌握基本知識.如蘇科版九下《電磁感應(yīng)》中探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，教材上直接列出表格給出三種導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動情況，再讓學(xué)生實際操作“探究”哪種方法可以產(chǎn)生感應(yīng)電流.看似合理，但實際上卻是已經(jīng)明確告訴學(xué)生磁場可以產(chǎn)生電流的結(jié)論，再將學(xué)生的思維禁錮在三種運(yùn)動方式中來讓學(xué)生驗證哪種方式能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流而已，依舊沒有跳出先教授理論知識再進(jìn)行驗證性實驗的怪圈，并不能將其稱之為探究活動.情境探究式的實驗教學(xué)，是教師給學(xué)生提供一個具體的情境或者問題支架，學(xué)生在該情境或問題下自主設(shè)計實驗方案來解決問題，在實踐操作、不斷反思、解決問題的過程中獲得理論知識，并且發(fā)展實驗素養(yǎng).

本節(jié)的實驗教學(xué)，可設(shè)計為基于情境問題層層遞進(jìn)的三個探究活動.首先活動一“探究磁場能否產(chǎn)生電流”，此活動作為引入可建構(gòu)在學(xué)生已學(xué)習(xí)的奧斯特實驗上，提出問題：“既然電流能產(chǎn)生磁場，那么磁場可以產(chǎn)生電流嗎？”給出具體的情境問題，利用奧斯特實驗原本的實驗器材，讓學(xué)生設(shè)計探究磁場能否產(chǎn)生電流的方法.逆向思維式的提問方式，很容易提示學(xué)生設(shè)計出逆向操作式的實驗方案.如圖1所示，轉(zhuǎn)動小磁針，觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)情況.這時由電流表指針不偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生討論原因以及可能的解決方案，教師此時可以基于學(xué)生的回答情況引入新知識的教學(xué).如學(xué)生回答電流太小，電流表分度值太大，希望有更加精確的電流表就可以介紹靈敏檢流計的使用;學(xué)生回答實驗設(shè)計欠佳可能是磁場太弱或者導(dǎo)線不夠長可以介紹條形磁鐵和螺線圈的使用;學(xué)生回答磁場不能產(chǎn)生電流則可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實驗來驗證自己的猜想等等.通過學(xué)生的自主探究來發(fā)現(xiàn)問題，教師作為引導(dǎo)的角色介紹新知識，讓學(xué)生重新設(shè)計或改善實驗方案，由此過渡到活動二“再探磁場能否產(chǎn)生電流”.

在活動一的基礎(chǔ)上，學(xué)生認(rèn)識了新器材——檢流計和螺線圈，自主對實驗方案改進(jìn)，同時教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計如圖2所示的裝置.此時可以讓不同小組來展示自己的實驗過程，其他小組進(jìn)行評價，在此過程中找出問題并加以改進(jìn).在評價改進(jìn)的過程中學(xué)生不僅完善了實驗方案，而且學(xué)會了本實驗中需要注意的細(xì)節(jié)問題.通過改進(jìn)的實驗很容易觀察到檢流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，教師從而介紹感應(yīng)電流的相關(guān)概念，將學(xué)生的實驗成果上升到理論概念的高度，

在進(jìn)入活動三“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”之前，不宜直接讓學(xué)生猜想原因.學(xué)生在日常生活中對電磁感應(yīng)現(xiàn)象并沒有深刻的認(rèn)識，對涉及的基本科學(xué)原理的感性認(rèn)知甚少，為猜想與假設(shè)帶來困擾.為此，需要創(chuàng)設(shè)引領(lǐng)猜想與假設(shè)的物理情景，有了對情境的充分感知，猜想才會自然生成.基于以上理論，在進(jìn)行活動三之前可以讓學(xué)生再次進(jìn)行活動二的實驗，引導(dǎo)學(xué)生改變相關(guān)條件，觀察現(xiàn)象的不同.如改變磁鐵插入的方向;開關(guān)的閉合與否等等，此時學(xué)生可觀察到檢流計指針偏轉(zhuǎn)方向的改變和不偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.引導(dǎo)學(xué)生思考原因并討論如何改進(jìn)實驗來探究，針對學(xué)生的回答，教師加以引導(dǎo)設(shè)計出活動三的實驗方案，如圖3所示.條件一閉合回路比較簡單，可讓學(xué)生自主嘗試開關(guān)閉合與否，比較現(xiàn)象的區(qū)別并總結(jié)結(jié)論.條件二切割磁感線，該因素的探究可讓學(xué)生嘗試沿不同方向移動線圈，同時觀察指針偏轉(zhuǎn)情況并記錄在表格中，如表1所示，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的實驗結(jié)果討論感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，同時教師予以介紹切割的概念，最后總結(jié)得出切割磁感線時線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，

同時，引導(dǎo)學(xué)生再次嘗試從表格中發(fā)現(xiàn)值得探究的問題，發(fā)現(xiàn)切割方向的不同帶來指針偏轉(zhuǎn)方向的不同，進(jìn)而思考問題“如何設(shè)計實驗探究影響感應(yīng)電流方向的因素”.提供了以上的問題支架，接下來就可以讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，可對調(diào)磁極和改變切割方向，最后教師加以輔助得出改變電流方向的兩個因素. 三個實驗活動環(huán)環(huán)相扣，基于具體情境或問題，學(xué)生反復(fù)試誤和反思來尋求結(jié)論，在錯誤中發(fā)展判斷力和創(chuàng)造力.這種科學(xué)的分析論證和判斷決策素養(yǎng)一旦養(yǎng)成，就會受用一生.知識與實踐是有機(jī)的整體，如果兩者分離，知識就會處于惰性和放置不用的狀態(tài)，僅僅靠死記硬背和題海戰(zhàn)術(shù)是達(dá)不到與學(xué)生親自實驗探究相同的效果的.

3 加深對教材的理解，將探究活動落實在核心問題上

實驗教學(xué)是圍繞核心問題展開的探究活動，因此要求教師不僅對教材有深刻的理解，也需要教師有合理的指導(dǎo)技巧，

中學(xué)階段的物理課程內(nèi)容是螺旋式的組織形式，初中階段學(xué)生已經(jīng)接觸到了完整的物理學(xué)框架，對于各種實驗現(xiàn)象的理解則是停留在表面的層次上，因此有效的探究活動需要教師的合理引導(dǎo)，將探究活動真正聚焦在核心問題上.如蘇科版九上《物質(zhì)的比熱容》，該節(jié)課的核心活動是探究不同物質(zhì)的吸熱升溫現(xiàn)象，核心問題是不同物質(zhì)在吸熱升溫時的規(guī)律.但在引導(dǎo)學(xué)生猜想假設(shè)時，通常教師會設(shè)問“物質(zhì)吸收熱量時，升高溫度的多少可能與什么有關(guān)”，此時學(xué)生最容易回答出一些與實驗無關(guān)的變量而教師又無法很好的解釋原因，例如密度、體積等，結(jié)果往往是教師自問自答，將探究問題引導(dǎo)到不同物質(zhì)與升高溫度的關(guān)系上來，不僅沒有解決學(xué)生的疑問也讓猜想假設(shè)環(huán)節(jié)流于形式.正確合適的引導(dǎo)應(yīng)該遵循建構(gòu)主義的原則，建立在學(xué)生已有的知識經(jīng)驗上，比如可以以海邊游玩為例，“為什么中午沙子很燙海水很涼”、“為什么晚上沙子很涼海水比較溫”.從實例出發(fā)，學(xué)生從控制變量法出發(fā)就很容易聯(lián)想到物質(zhì)的不同導(dǎo)致溫度的不同，接下來就自然而然地開始探究不同物質(zhì)吸熱升溫的規(guī)律，探究物質(zhì)比熱容的科學(xué)問題.比熱容是物質(zhì)的屬性，引入比熱容概念的目的是為了表征物質(zhì)的這種特性.教師朝著此方向引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，恰當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)了探究方向，將探究活動落實到了核心問題上.

再比如探究影響滑動摩擦力大小的因素時，學(xué)生在實驗前往往會猜想滑動摩擦力與物體的重力有關(guān)，實際上教師口頭上難以向?qū)W生解釋物體重力與物體對接觸面壓力的區(qū)別，而用實驗來證明不僅浪費(fèi)大量的課堂時間而且這也不是該實驗探究的核心問題.因此，教師不妨創(chuàng)設(shè)一個簡單的情境，幫助學(xué)生區(qū)別重力和壓力的區(qū)別，就地取材，讓學(xué)生將同一本書分別從一堆書的最上方和最下方抽出，回答感受上的不同以及可能原因.以這樣的體驗為基礎(chǔ)，學(xué)生很快就意識到之所以從最下方抽出書時感到困難是因為上方的書對其施加了壓力.經(jīng)過簡單的摩擦力與壓力關(guān)系的體驗，教師就可以順理成章地跟學(xué)生一起進(jìn)行科學(xué)探究.不僅回避了學(xué)生的認(rèn)識誤區(qū)，也將本實驗的探究活動落實到壓力與摩擦力的關(guān)系這個核心問題上.

高效的探究活動首先需要教師吃透教材，其次也需要一定的教學(xué)藝術(shù).建構(gòu)主義理論告訴我們“學(xué)生是帶著個人獨(dú)特的日常概念進(jìn)入課堂的”，因此，教師應(yīng)該從學(xué)生已有的日常生活經(jīng)驗出發(fā)，給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，把探究活動落腳到核心問題上來，提高實驗課堂的效率.

4 量化分析實驗原理，做出現(xiàn)象明顯的演示實驗

演示實驗是中學(xué)物理實驗課堂中重要的組成部分，我國物理教育家朱正元先生說過：千言萬語說不清，一看實驗便分明.一句話說明了演示實驗直觀性的重要意義，清晰明確的演示實驗是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力的重要前提.因此，在實驗課堂中，需要教師鉆研演示實驗的技巧，不斷改進(jìn)實驗方法，讓學(xué)生在觀察中獲得深刻、生動的印象.

但是，在日常教學(xué)時教師往往會有這樣的困惑：“明明是按照教材的要求和實驗操作方法進(jìn)行的演示實驗，但是卻得不到預(yù)期的實驗效果甚至是完全看不到任何效果”.此時一部分教師會把原因歸咎于實驗器材老化或是環(huán)境因素影響，另一部分教師則會在演示實驗中“作假”以得到想要的現(xiàn)象.這都是不可取的，違背了實驗教學(xué)的科學(xué)性原則，造成這樣現(xiàn)象的原因是教師沒有站在一個更高的角度來理解實驗原理.演示實驗的操作不能僅僅局限于書本上的結(jié)論，中學(xué)階段大部分的演示實驗往往是定性的研究，學(xué)生交流討論得到的結(jié)論也是定性的結(jié)論，但是演示實驗的操作卻需要教師在備課時做好定量研究.比如蘇科版八年級下《氣體的壓強(qiáng)》中的低壓沸騰實驗，如圖4所示.

為了得到明顯的水在低溫時沸騰的現(xiàn)象，需要教師對氣壓與沸點的關(guān)系了如指掌，根據(jù)克拉伯龍方程可以推導(dǎo)得到沸點與氣壓的關(guān)系：

經(jīng)過量化分析后的結(jié)果可知實驗成功的幾個注意點：一是水溫不能太低，至少在80℃以上，不然對應(yīng)的氣壓太小難以做到;二是瓶內(nèi)水不能太少，至少保證抽氣后瓶內(nèi)剩余空氣體積增大1倍以上，這樣氣壓就降到原來的一半以下，水的沸點降低到80℃左右;三是橡皮管不能太長太軟，氣密性也必須良好，滿足以上三個要求也就解決了本實驗的關(guān)鍵問題，確保了實驗的成功，現(xiàn)象的明顯.

充分挖掘演示實驗，適應(yīng)實驗教學(xué)的需要，要求教師站在更高的角度量化分析實驗原理，精心設(shè)計演示實驗的各個環(huán)節(jié).

5 總結(jié)

物理是認(rèn)識世界的工具，實驗是學(xué)習(xí)物理的方法.做好實驗教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)中的重要工作，新課標(biāo)也對教師的實驗素養(yǎng)提出了更高的要求.設(shè)計情境探究式實驗課堂的能力、深刻的教材研究、量化處理實驗的能力等實驗教學(xué)素養(yǎng)不僅需要教師結(jié)合自身實際在日常教學(xué)中不斷實踐來提升，而且需要教師在實踐過程中不斷反思、改進(jìn)和創(chuàng)新，真正掌握實驗教學(xué)的技巧.通過切實有效的實驗教學(xué)，真正提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，將中學(xué)物理實驗的作用落在實處.

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