高中物理實驗教學中要注重培養學生的科學素養

高中物理實驗教學中要注重培養學生的科學素養

江蘇寶應縣安宜高級中學 周芹

摘要：物理學是一門以實驗爲基礎的科學，物理學知識包括物理概念、物理定律和相關理論，它們都是在物理實驗的基礎上建立起來的。引導學生正確認識物理實驗，培養學生科學的實驗態度；培養學生的科學實驗方法；加強實驗觀察和思考，培養學生的探究精神和創新能力；注重培養學生對探究性實驗的設計能力；在實驗中培養學生的協作精神。實驗是學好物理學的基礎，是培養學生科學素養的重要途徑。

關鍵詞：實驗演示 科學實驗方法 探究實驗

物理學是一門以實驗爲基礎的科學。物理學知識包括物理概念、物理定律和相關理論，它們都是在物理實驗的基礎上建立起來的。讓學生了解和掌握物理學的研究方法，培養其嚴謹的實事求是的科學態度，對學生今後從事科學實驗和技術革新都有着重要的基礎作用。因此，物理實驗作爲物理教學的基本手段和內容，在培養學生的思想品德和科學素養上有着更加廣闊的空間。

物理學是一門實驗性很強的學科，中學物理實驗類型包括觀察性實驗、驗證性實驗、探究性實驗、調查和實習和探究性課題等類型，在中學物理教學的佔有重要地位。讓學生了解和掌握物理學的研究方法，培養其嚴謹的實事求是的科學態度，對學生今後從事科學實驗和技術革新都有着重要的基礎作用。因此，物理實驗作爲物理教學的基本手段和內容，在培養學生的思想品德和科學素養上有着更加廣闊的空間。在實現這一途徑中實驗教學就顯得尤爲重要，對培養學生的創新、思考、動手、分析等多方面的實驗能力提出了更高的要求。各種各樣的物理學實驗爲學生提供了認知的學習背景，從而激發學生的學習興趣。藉助實驗還可以訓練學生的科學思維方法，培養學生的多種能力。所以，中學教學應注重物理實驗教學，提高中學生的科學素養。

一、注重對物理實驗的正確認識，培養學生的科學實驗態度

新課程將認識實驗在物理學中的地位和作用作爲實驗教學的目標之一。如對實驗中誤差和錯誤的認識，由於測量儀器、測量方法、測量環境、人員觀察力等多方面因素的侷限性，測量是不能無限精確的，測量結果與客觀存在的真值之間總是存在一定的差異，即誤差，它是無法避免的。而物理實驗中的錯誤是由於選用的實驗方法（或原理）不當、選取的實驗儀器不當或實驗操作不規範等對測量結果帶來的影響，實驗中的錯誤可以避免。所以，在物理教學中，教師應讓學生認識到不要回避實驗誤差，而要尊重客觀事實，分析誤差產生的來源，想方設法來減少誤差，如高一物理實驗中探究力的平行四邊形定則，爲了減小誤差，實驗時要注意：

1.正確選取彈簧秤（量程合適）。先將彈簧秤調零，再將兩隻彈簧秤鉤好後對拉。若兩秤在拉的過程中，讀數始終相同，則可選。若不同，則應另選，直至相同爲止。

2.拉動時，彈簧秤應保持與 木板平行，在不超過彈性限度的條件下，使拉力盡量大一些。

3.實驗中兩分力F1和F2的夾角不要太大，與不能太小。

4.在同一次實驗中，橡皮條拉長的結點位置要相同。

5.讀數時要正視（即視線與刻度垂直），按有效數字正確讀數和記錄。

6.作圖時，應選定恰當的標度，儘量把圖畫得大些，按力的圖示和作圖法的要求作合力。

7.作圖法得到的F和測量得到的F′不完全符合，但在誤差允許範圍內認爲F和F′符合即可。

由此培養培養學生對實驗嚴肅認真的態度，對實驗結果實事求是的態度，如實記錄實驗數據，並把實事求事的作用帶到平時的學習和生活中去，從而達到培養科學素質的目的。

二、注重實驗演示過程，培養學生的科學實驗方法

現代科學知識不僅包括靜態的科學事實、概念和原理，還包括動態的科學知識的發現和發展的過程性知識，以及這個過程中累積起來的科學思想等。因此，演示實驗是幫助學生獲得、驗證並擴展物理知識的重要途徑。

1.引導學生明確觀察的目的和觀察時的要求。教師應努力讓學生做到有的放矢地觀察，使演示實驗成爲有目的、有計劃的教學活動。但由於學生對物理實驗有強烈的興趣和好奇心，在觀察實驗的時候，他們也很容易被新奇的現象所吸引，從而注意力集中到細微環節上去，得到的是一些不完整的模糊的表象。因此，對這些表象的認識，教師要幫助學生進行引導和分析，培養他們的創新意識。

2.儘量選用先進的科學儀器進行觀察。如利用實物投影儀、多媒體等，利用這些輔助手段不僅可以使實驗現象更生動、直觀，而且避免了一些實驗因種種原因不適合在課堂完成而帶來的缺憾（如危險性實驗、瞬間性實驗或超長時間性實驗）。

3.指導學生規範記錄科學觀察資料。教師可以在課前準備好實驗的記錄表，以板書的形式讓學生作對號入座式的記錄，亦可讓學生自行設計。鮮明的現象只能給學生以生動直觀的感覺，而通過形象思維、抽象思維，抓住變化的本質，才能完成認識上的飛躍，達到教學的目的。

學生通過參與這些簡單的科學研究過程，學習和應用科學方法，不僅懂得了如何發現問題和解決問題的步驟和方法，更重要的是鍛鍊了科學研究的基本思維過程，提高了學生的科學素質。這正是中學物理學實驗教學中重視培養學生適應未來生活的能力和科學素質的體現。

三、加強實驗觀察和思考，培養學生的探究精神和創新能力

實驗是瞭解、研究自然規律的重要方法，它的作用不只是爲了獲取信息。應該讓學生認識到實驗操作是在相關原理指導下進行的，要學會把實驗獲得的信息演繹、歸納，只動腦不動手和只動手不動腦都是不正確的。在實驗教學中，我們要有意識地培養學生提出問題的能力，實驗設計能力、分析與判斷能力，培養學生的探究精神和創新能力。在實驗教學中，要給學生留下思考、交流和討論的時間，讓學生從設計原理上、實驗步驟上、結果分析等方面重新審視，改進方案。

1.對實驗儀器的觀察。（1）觀察儀器的刻度。主要是弄清刻度值的單位及其最小分度值，由此可確定測量值應估讀到哪一位。（2）觀察儀器的構造。主要是通過觀察，瞭解儀器的結構原理、每個部件的作用、測量範圍等。（3）觀察儀器的銘牌。通過對儀器銘牌的觀察可瞭解儀器的名稱、規格、使用方法和使用條件等（例如：變阻器的銘牌上所標"1.5A50Ω"的意思是變阻器允許通入的最大電流是1.5A，最大阻值是50Ω）。

2.對圖像、圖表、示意圖、實物圖的觀察。（1）圖像主要是觀察它反映的是什麼物理現象、物理量變化過程怎樣、物理量的變化遵循什麼規律。（2）圖表的觀察，主要通過觀察瞭解圖表的意義、用途、應用條件以及所列物理量的單位。

3.對示意圖、電路圖、實物圖，主要觀察它們分別反映的是什麼物理模型、有何用途、儀器和電路的結構是怎樣佈局的、各個部件（或元件）如何連接、各部分有什麼關係等。3.對實驗裝置的安裝觀察。瞭解該裝置的用途、使用了哪些儀器和元件以及儀器配置的順序和方法等。

4.對實驗操作過程的觀察。瞭解操作前需做哪些準備工作、 操作實驗的順序和過程怎樣。

5.對實驗現象的觀察。主要是觀察現象的條件、產生、過程（例如：兩根相距很近的平行導線，當通入相同方向的電流時，兩者相互吸引；當通入相反方向電流時，兩者互相排斥）。

6.對實驗數據的觀察。觀察的方法要科學，數字的讀數要正確，記錄測量的結果要明確數據和單位。

7.對示範演示的觀察。對於示範演示，教師應引導學生要觀察教師如何規範化的安裝實驗裝置，合理地安排實驗程序，正確的操作過程以及演示物理現象、數據的讀取和記錄，如何得到實驗結果等。

這樣做的結果既提高了學生學習興趣，又能較好地提高學生的實驗設計水平，同時激發了學生的創造性。

四、注重培養學生對探究性實驗的設計

探究性學習則是指學生在教師指導下，以類似科學研究的方式獲取知識，培養能力的一種學習方式。可結合教材設計探究性的實驗。其模式：教材中的知識點→教師、學生提出質疑→學生課外實驗→得出結論。現行物理教材中的學生實驗以及演示實驗，既有驗證型的，又有探索型的；既有觀察型的，又有操作型的。而這些實驗，都爲前人的科學研究過程中的一部分，學生對此進行重複操作，不僅有助於對有關知識的理解和掌握，同時也培養了學生的觀察、實驗操作和思維能力，從實踐中體會科學實驗的嚴謹性。因此，我們希望在教材中有更多的實驗，但課堂教學受教學時間的限制，無法過多地開展探究性的實驗，這就要延續到課外開展。我們的做法是結合教材中的知識點提出問題，也鼓勵學生自己對知識點提出質疑，引導學生開展課外的研究實驗，如探究加速度和物體質量、物體受力的關係，1從質量不變：加速度和物體受力的關係，2從物體受力不變：加速度和物體質量的關係，在研究過程之中，發現加速度與物體質量之間的關係很難看出，這裏要引導學生多思考、多償試，最終畫出a-1/m的圖像等。

教師鼓勵學生多觀察、多參與、多動手，在認識的基礎上探索規律，通過理論聯繫實際，才能使學生迸發出創造的火花。

五、在實驗中培養學生的協作精神

信息的獲取與交流將是信息時代公民的生命，與他人的友好合作是信息時代發展的重要基礎。在物理學實驗中提倡同學間的討論與交流，學生不僅要進行語言交流，還要寫出各自的研究報告進行書面交流，要求每個學生在小組活動中充分發揮自己的作用，並及時反省自己對小組活動有何貢獻。引導學生自覺擬定新穎又可實現的實驗課題，要求每項實驗課題必須有明確的選題目的，詳細制定實驗的階段、步驟以及所需器材等，並將選題目的、實驗設計或實驗方案在物理學科小組上發言，讓學生髮表意見，對不同意見可以進行討論，發揮學生之間互助精神，形成探索生命奧祕的小集體。教師只當成員參加，起引導作用，不輕易給實驗課題下結論。在學生自主、創見和求實相結合下，許多實驗課題在小組會議多次研討，原來擬題不明確或實驗設汁不切合實際條件的課題，學生自己棄去；有的課題選題目的明確又新穎，研討後發覺應分2～3階段反覆實驗才能實現。電路設計原則正確選擇儀器和設計電路,應掌握和遵循一些基本的原則,即“正確性”、“安全性”、“方便性”、“精確性”原則,兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面因素,綜合考慮,靈活運用。1.正確性:實驗原理應當符合物理學科的基本原理。2.安全性:實驗方案的實施要安全可靠,在實施過程中不應對人身及儀器造成危害。要注意到各種電錶均有量程,電阻均有最大允許電流和最大功率,電源有最大允許電流,不能燒壞儀器。3.方便性:實驗應當便於操作,便於讀數,便於進行數據處理。4.精確性:在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上,應使實驗誤差儘可能地小。

教師鼓勵學生依據分離原理探索其他實驗方案。將全班學生組合成若干個探索小組，鼓勵學生在成員不同的各種小組中活動，發揮各自的作用。學生在小組中紛紛表述自己的觀點，相互交流信息，提出的方案很多，最後，學生們對以上方案進行了分析討論，從中選出可行的方案進行實驗，以檢驗是否成功。這樣學生在一系列探索活動中通過合作，培養了學生的信息交流能力和集體協作精神。

總之，物理學作爲一門自然學科，實驗是學好物理學的基礎，是培養學生科學素養的重要途徑。

參考文獻：

1、全國高等學校教育技術協作委員會編寫組著，教育技術理論導讀——信息時代的教學與實踐，北京，高等教育出版社2001年10月

2、劉詩海《實驗教學是培養創新精神和實踐能力的必然途徑》 教學儀器與實驗2002年7期