中学物理教学中学生动手能力的培养

中学物理教学中学生动手能力的培养 武汉实验外国语学校 傅彦 摘要：本文开始介绍了中学物理实验在教学中的作用、地位，接着用具体实验说明如何在 各类实验中培养学生能力，最后给出学生实验能力的培养目标。 关键词：中学物理实验 培养能力 培养目标 一、中学物理实验作用 物理学是一门以实验为基础的自然学科，在中学阶段的物理教学中实验教 学是一个重要的组成部分。物理教学大纲中明确指出：“中学物理教学要以观 察和实验为基础；学生应初步具备实验能力。 ”观察现象，进行演示实验和学生 实验，能够是学生对物理事实获得明确的认识，这种认识是理解物理概念和规 律的必要基础，观察和动手实验对培养学生的各种实验能力、实事求是的科学 态度，引起学生兴趣都有不可替代的作用。实验教学能使学生有效地掌握物理 基础知识，使他们逐步取得探索物理世界的主动权，掌握学习方法，培养自学 能力，为今后系统地学习现代科学技术的生产技能做好铺垫；实验教学有助于 培养学生手脑并用的能力；实验教学可以在一定程度上模拟为科学研究的过程 缩影，让学生主动地探索物理规律，学习研究方法，培养严谨的科学态度。因 此，以科学的方法进行实验教学对全面提高学生的科学素养是非常必要的。 二、在物理实验中培养学生能力 在强调“科技兴国”的今天，能力培养已成为教学的重点。观察能力、操 作动手能力、分析概括能力、应用设计创新能力都是可以通过实验课培养的。 中学物理教学被实验贯穿始终，无论是课堂演示实验还是学生分组实验，学生 在观察、思考、动手、分析的过程中锻炼自己，提高各方面水平。 （一）实验教学培养学生观察能力 观察能力是学生智力活动的门户和源泉，善于观察是科学研究和学习物理 的必备条件。物理是一门实验学科，是从实验中产生和发展起来的，因此，要 学好物理就离不开对实验的观察。实验中观察能力主要是指有目的、有重点地 观察实验基本仪器、设备、装置、教师的规范化操作、实验中各种物理现象和 数据的变化、各类图表、图象、模型等的能力。观察能力物理实验中的基础能 力。在实验中要指导学生学会观察方法，有目的地观察，注意观察现象的产生、 变化情况和变化条件，能找出现象特征并加以鉴别和解释。下面从几个方面具 体阐述如何在物理实验教学中培养学生的观察能力。 1.在演示实验中培养观察能力 初中学生的观察能力较弱，教师做演示实验时他们的注意力往往被许多一 起吸引，盲目乱看，不知要观察什么。为此，在演示实验中可分步骤进行，引 导学生有目的地有效观察。比如：滑动变阻器的作用，分四步实验。第一步， 连接好电路，闭合电键，左右移动滑片，让学生观察电流表变化和小灯泡的亮 度变化，使他们了解滑动变阻器能够改变电路中的电流强度，对变阻器的作用 建立初步印象。第二步，断开电键，把学生的注意力引到变阻器上来，引导学 生观察此时的连接方法，然后提出问题：滑片滑动时电流经过的电阻线长度和 电阻如何变化？第三步，闭合电键，向学生指明注意电流表指示数和小灯泡的 亮度，移动滑片改变电阻观察电流的变化，要求学生根据观察思考为什么会出 现这种变化。第四步，断开电建，改变接法，引导学生观察接法的变化，启发 学生思考：要使电路中电流减小，滑片应如何移动？然后，让学生自己动手来 验证自己的判断。上述实验过程体现了实践理论实践的认识过程，又 训练和培养了学生的观察能力。 2.在讲解物理仪器中培养学生的观察能力 掌握好基本实验仪器的使用方法是做好实验的基础。对物理仪器的观察和 学习可以采取齐头并进的方法。例如弹簧秤的教学。上课时教师发给每个学生 一个弹簧秤，让学生细致观察，教师提出问题，引导学生边观察边思考。首先， 观察弹簧秤的构造，了解主要由哪几个部分组成，学生一般能回答。其次把学 生的注意力引到观察刻度上，让他们认清刻度单位，最大刻度和最小刻度各表 示多大的力，对于后者教师给与指导，启发学生明确：最大刻度是它的测量范 围，最小刻度是它的准确程度。再次，引导学生观察指针，请他们检查弹簧秤 在自然悬垂状态下指针是否在零刻度，应如何调整，调整方法教师给与指导。 最后，让学生拉弹簧秤的挂钩感受力的大小，并观察力的大小与弹簧长度变化 关系，使他们对弹簧秤的原理建立初步印象。以此同时，引导学生一边观察一 边思考如何操作和读数，教师给与指导。学生通过上述边学习边观察，获得深 刻印象，因而在使用仪器时会调，会用，会读，会记。在物理教学中，给学生 创造观察条件，指导他们观察方法，培养他们勤于观察的习惯，对形成他们较 强的观察能力是非常有益的。 3.在介绍物理图表时培养学生的观察能力 中学物理课本有许多图，如示意图，光路图，电路图，装置图，还有几个 物理常数表。在介绍这些图表时也能培养学生的观察能力。例如：密度表。在 介绍这个表时提出下面几个问题：三个表各是哪类物质的密度？三个表都分成 两半，各半都有哪两个项目？表中密度值用什么做单位？密度值排列有什么规 律？已知物质查密度和已知密度查物质该如何查？密度用克/厘米 3 做单位，其 数值如何？启发学生边观察边思考。按照上述方法进行训练，学生印象深刻， 使他们的观察能力得到较快提高。 作为物理教师在实验教学中还应注意培养学生的观察兴趣和持之以恒的观 察习惯，引导学生掌握基本的观察方法，特别注意观察稍纵即逝的变化现象， 精细地观察微弱缓慢的变化现象，还应该教会学生把观察和思考紧密结合起来。 综上所述，只要我们重视观察能力的培养，并经常引导，日积月累，学生的观 察能力就会逐步提高。 （二）实验教学培养学生操作动手能力 操作动手能力是指由一系列实际动作合理，完善地构成的操作活动能力。 它在活动中形成，在活动中体现，在活动中发展。操作能力包括掌握各种实验 仪器的作用，性能和原理，掌握仪器操作规程，仪器布局，装配，连接，测量， 独立进行实验的能力，它是中学物理实验要求的基本能力之一。学生分组实验 中学生是实验的主题。在整个实验过程中，学生要把手和脑都调动起来，把心 中所想用双手完成，这就是对操作动手能力的锻炼。 操作能力主要是指对仪器的使用和测量数据的读取；仪器设备的组装和连 接；故障的排除等三个方面。 1.基本仪器的使用和数据的读取 在使用仪器之前，必须认识仪器，要培养学生通过阅读实验教材或仪器说 明书，对照实物认识仪器的能力，并养成首先了解仪器的用途，规格及使用注 意事项，再动手开始实验的好习惯。要能根据仪器的精度读取物理量的有效数 字并正确记录。 2.仪器，设备的组装和连接 要做物理实验，总要先把有关的仪器，部件，设备组装起来，并要求装备 连接正确无误，具体要求是：布局合理，要便于观察和操作；连接正确简单； 实验前要检查，必要时进行预备性调节。例如电路实验的要求是：按照实验 原理电路图安排好仪器，元件的布局，使之便于检查，便于操作，便于读取数 据。正确连接电路。电流表，电压表按使用规则连接；正负极接线柱连接正 确；滑动变阻器的接线是否合理；连接线路是否符合先支路再并路后干路，最 后接电源的程序；电键是否能控制电路，接线是否简洁，牢固。实验前一定 要检查电路，尤其检查是否有短路接法，发现问题及时纠正，并进行预备性调 节。严格按操作程序操作。例如，改变变阻器的阻值是由大到小，最后正确 读取数据并记录。 3.故障排除 实验中故障排除不单是一种操作能力，也体现了实验原理的掌握程度，对 各个部件工作情况的了解以及分析问题，解决问题的能力，是一种综合运用能 力。实验发生故障时，应根据各个部件的工作状态及各个部件连接处特点分析 可能产生故障的因素，逐个检查，直至最后故障排除。 在实验教学中，培养学生操作能力应有计划，分阶段的进行并要求学生用 积极地态度对待。正确的操作必须建立在对仪器，实验原理，实验步骤清楚的 认识了解基础上。所以，要让学生认真观察教师的规范化实验操作，熟悉各种 实验仪器的操作规程，在实验前认真做好预习工作，在实验过程中努力做到准 确无误。 在课堂教育中教师应注意努力给学生提供人人动手的机会，注意积极创造 条件将一些演示实验改为学生分组实验，以改变学生处于旁观者的地位。遇到 器材不足的情况，要发挥人的主观能动性，千方百计寻找替代方法，例如：为 说明自同一高度处平抛物体与自由落体同时着地，传统方法是利用平抛演示器 其实我们只要将两只玻璃球水平夹在左手拇指和食指间，再用右手中指水平弹 击其中一球亦可异曲同工。这样使教师演示实验变成了学生自己分组实验。学 生由“做”比“看”得到的知识会深刻，牢固。诚然，并不是每个演示实验都 能改作分组实验，但至少应该在主观上积极创造机会。另外，在课外时间，可 以围绕必修课的教学内容，以研究小组，补课小组及个人等形式通过实验的开 放来巩固，深化课堂教学内容。物理课外活动也是教学行动中的有机组成部分。 丰富生动的第二课堂对学生来说无疑是既有趣又锻炼能力的最佳场所。电工， 家电维修，教具制作，幻灯片制作等等课外活动小组的组织形式，利用实验场 地和器材，在指导教师及实验员的共同指导下对学生进行操作，制作等方面的 训练，即发展了他们的特长，又掌握了实用技术，进一步培养了学生的动手能 力。 （三）实验教学培养学生的分析、概括能力 观察实验仅仅得到现象和数据，它必须经过分析、综合。即把一个整体分 解成各个小部分，并指出各部分的有关层次和相互关系；或把一些部分要素按 一定要求组成一个新的整体，在逻辑分析、综合、判断、概括等一系列的思维 过程中得出实验结论，归纳出现象特征，抓住共同本质，最后用数学语言以最 准确的方程式或图表来表达，这种能力就是分析概括处理能力。中学物理中许 多概念、规律都是在实验基础上经过分析概括得出来的。例如：在研究通电螺 线管磁性强弱跟那些因素有关的实验中，可以用匝数分别为 40 匝和 100 匝的 A，B 两个螺线管，设弹簧原长为 7 厘米，经过 6 次实验得到数据如下表： 螺线管 电流强度（安） 铁心 弹簧长度（cm） 1 A 0.5 无 8 2 A 1.0 无 9 3 A 1.0 有 12 4 B 0.5 无 10 5 B 1.0 无 12 6 B 1.0 有 15 若学生基础较好，可以让学生根据实验数据直接分析归纳的出实验结论； 若学生基础较差可以设计引导：根据第一次和第二次或第四次和第五次实验 数据能得到什么结论？根据第二次和第三次实验或第五次和第六次实验数据 能得出什么结论？根据第一次和第四次或第三次和第六次实验能得到什么结 论？根据以上三个结论总结出通电螺线管磁性强弱跟那些因素有关。 实验得到的数据或图表也要通过分析概括才能得出结论。实验数据的处理 一般有两种方法：一种是把数据列表比较，通过对比或一定运算找出规律，这 类表格的设计要体现实验中的三种数据（直接测量的原始数据、经过初步运算 得到的重要的中间数据、计算结果的最后数据）有了这三种数据才能保证计算 过程有条不紊，发生差错时便于检查核对，同时也能清楚地体现实验的过程和 结果。如：研究液体内部压强跟深度的关系实验，可以把实验数据记入表： 实验 次数 玻璃 管 高 度 H（m ） 玻璃管露 出水面高 度 H(m) 玻璃管 在水中 的深度 h(m) 玻璃管 和沙质 量 m(kg) 玻璃管 和沙重 力 G(N) 玻璃管 直 径 D(m) 玻璃管 底面积 S(m2) 水对玻 璃管压 强 P(Pa) 1 2 3 学生根据数据表依次求得水对玻璃管底压强，计算过程 清晰，对学生有效深刻地记忆和理解计算公式很有帮助。 另一种方法是将数据画成图象，直接地看出物理规律。 例如：萘的熔解实验。把萘加热时记录的表格数据转变 为温度时间图象，直观鲜明地表现物理规律。 （四）实验教学中培养学生的应用创新能力 在物理实验教学中不能满足于通过实验得到结论，应该在实验基础上应用 实验结论和学过的物理知识去分析和解决 一些实际问题，并在此基础上培养创 新设计能力。实验中难免出现故障和问题，碰到这些问题应该鼓励学生独立思 考应用学过的知识自己想办法解决。在完成必修实验后，还可以根据学生的实 际状况安排一些设计实验。给定实验目的，统筹考虑实验原理，方法步骤，数 据处理等试验因素。进行独立设计实验，不仅需要掌握一定的基础知识和实验 技能，而且还需要具有创造意识，所以，实验设计能力是中学物理实验中较高 层次的能力。例如：在测定小灯泡功率试验后，提出以下几个问题让学生思考： 用本实验器材能否测定灯丝内阻？用本实验器材能否测定小灯泡正常发光 时滑动变阻器的电功率？某学生实验时器材完好，当他闭合电建后，在移动 变阻器滑片时，发现若灯泡变亮电压表指数减小，若灯泡变暗时电压表指数变 大。根据上述现象，画出该同学实验的电路图，并分析这一现象产生的原因。 已知实验所用的灯泡额定电压为 3.8V 电源电压 6V。实验中某同学连接电路 闭合电建，发现电压表指数为 2.5V。为使灯泡两端电压达到额定值，他调节变 阻器的滑片，但在调节过程中发现电压表，电流表指数始终不变，试分析上述 现象原因。已知实验所用的灯泡额定电压 3.8V 电源电压 6V，电压表的 0 15V 量程坏了，而 03V 量程完好，其他器材完好。在不更换实验器材的 条件下，请你想办法测定小灯泡的额定功率，画出实验电路图并简要说明理由。 这几个问题不仅巩固了测量小灯泡功率实验，而且要求应用欧姆定律，伏安法 测电阻实验，串联电路的电压，电流，电阻特点等知识去分析解决实际每次实 验完成后，教师应该留下思考题让学生积极动脑对实验原理、方法、装置的进 一步完善提出改进意见。对基础较好的学生还应该培养他们自己动手动脑设计 实验方案验证结论、得出结论、探索未知、解决新问题。事实证明，每次实验 成功后，学生的观察能力、思维能力、想象力都会得到提高。同时实验激发了 学生对学习物理的兴趣和情感，也培养了学习科学知识的意志和良好的品格， 使学生的智力因素和非智力因素同时得到开发，在学习过程中形成良好的心理 品质。 教育学家陶行知先生在他的中国师范教育论中指出：“教的法子要根 据学的法子，学的法子要根据做的法子。教法、做法、学法应该是一体的。 ”通 过“教学做”让学生有行动而获得真知。教学的主体是学生，教师起一个正面 的引导作用，教学过程中应该把学生的主动性放到首要位置，通过教学互动使 学生感受科学的魅力。 三、学生实验能力培养目标 从上面对各种实验能力成分的分析可知，物理实验能力是学生在掌握物理 知识和物理实验技能的基础上迁徙转化而成的一种综合能力。良好的实验能力， 必然表现出实验所具有的目的性、选择性、理解性、合理性、准确性、客观性、 独立性、综合性等实验品质。实验研究证明，培养学生的实验能力不仅要从上 述四种能力着手，还必须考虑这些实验品质因素，下面以实验能力成分、实验 品质、物理学科特点，大纲的实验能力要求和实验研究，列出学生物理实验能 力培养目标。如下表所示： 实验 能力 成分 相 应 实 验 品 质 具 体 的 能 力 培 养 目 标 目 的 性 1 会自觉拟订观察方案，进行有目的、有计划、有步骤的观察 2 会注意老师的演示实验步骤，一起的使用，规范化实验操作 3 会观察仪器装置，掌握局部观察、整体观察的方法 观 察 能 力 选 择 性 1 会分清主次、选择适当的观察对象，抓住实验本质和特点进行观察 2 在实验中能敏锐地观察稍纵即逝的变化现象，会精细地观察微弱缓慢的 变化现象 3 会使用实验手段，使现象清晰地呈现出来 准 确 性 1 会进行准确的实验操作做到八会：会拿、会放、会调、会用、会装、 会接、会测、会读 2操作中出现的异常现象或实验故障会迅速准确查找并予以排除 客 观 性 1 客观进行实验，实事求是地记录观察到的现象和数据，