第八章学生物理实验能力的培养

物理与电子工程学院2013级学科教学（物理）庞经政目录：

第一节物理实验能力简述

（一）物理实验能力的概念（二）物理实验能力的意义第二节中学生物理实验能力

（一）中学生物理实验能力的表现（二）中学生物理实验能力的发展第三节中学生物力实验能力的培养

（一）培养学生对物理实验的兴趣

（二）引导学生领会教材中实验的物理思想与设计思想

（三）加强对学生实验技能训练的指导

（四）逐步增加探索性实验（五）引导学生多做课外实验

（六）教师演示要规范第八章物理实验能力的培养第一节物理实验能力简述

物理实验是有目的、有计划地运用仪器、设备，在人为控制条件下，使物理现象反复再现，从而进行认真观测，获取大量资料的一种科学研究方法。

物理实验的主要特点有二：一是可控性，二是可重复性。在物理教学中做的物理实验是物理教学实验，新课程注重科学探究，实质上是注重真正体现物理学研究过程和方法的物理实验。物理实验教学在新课程实施中占有重要地位。阎金铎：物理实验的全过程包含着相互影响和相互交叉的三个不同意义的内涵：思维、操作、观察，因此实验教学的目的是要培养学生的观察能力、思维能力和操作能力。段金梅：物理实验能力是指与进行物理实验有关的心理特征。进行物理实验活动，要求的不是某一种能力，而是许多相互联系着的能力。主要包括：设计实验计划的能力、实验操作能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力、处理数据的能力、分析和总结的能力。（一）物理实验能力的概念

乔际平：中学物理实验能力主要包括编写实验计划的能力、操作能力、记录和数据处理的能力以及分析总结的能力。

续佩君：物理实验能力，即顺利进行物理实验并完成实验目的的个性心理特征。物理实验能力包括操作和思维两种能力。

物理学发展历史的事实说明了，物理实验的重大突破，都会促进科学技术的飞跃发展。物理学的实验基础、理论体系和研究方法是现代科学技术的基础。因此，就必须很好的培养学生的实验能力。

一、物理实验对完成物理学习具有特殊的意义

1．物理实验可以使学生掌握正确的物理概念，并能巩固概念。

概念是人的大脑对现实的对象和现象的一般特征和本质特征的反映形式，它代表着事物，同时用词把它表现出来。概念是经过了由具体的事物进行分析、比较、综合、概括等一系列的过程逐渐形成的。物理学的概念的形成也不例外。如弹力概念的形成。（二）物理实验能力的意义2．物理实验能启发学生积极思维，并能很好的训练学生的思维方法。

心理学认为，思维是人脑对现实的概括、简洁的反映，这种反映借助于词而实现，并以已有的知识为中介，这种反映是和人对世界的感性认识及其实践活动密切联系着的。所以说思维是个心理过程，是通过分析、综合而在头脑中获得对客观现实更全面、更本质的反映过程。因此，分析和综合是思维的两大主要环节。而物理实验正可以对学生的这两个方面进行训练。学生在整个学习过程中，不但要有积极的思维，还有具有正确的思维方法，否则是不能学好物理的。3．学生通过实验活动，能够锻炼意志、培养性格，养成良好的作风和习惯。4．学生动手做实验，能更加激发他们对物理学习的兴趣。二、实验能力是进行物理实验的基础进行物理实验活动，要求的不是某一种能力，而是许多相互联系着的能力。它包括下述几个方面：

1．设计实验计划的能力。2．实验操作能力。3．观察能力。4．分析问题和解决问题的能力。5．处理数据的能力。6．分析与总结的能力。物理实验过程包含着观察、操作和思维三种相互影响和相互交叉的心理活动。观察主要表现在操作过程中，操作主要表现在完成和实践实验设计的过程中，思维主要表现在设计、观察和分析实验现象，分析实验数据的过程中。因此，物理实验能力应涉及物理实验的观察能力，物理实验的思维能力，物理实验的操作能力，是三种能力的综合。第二章中学生物理实验能力（一）中学生物理实验能力的表现

中学生物理实验的观察能力、操作能力、思维能力与五种智能品质（包括深刻性、灵活性、批判性、敏捷性、独创性)组成一个系统，它们的交叉关系形成15个交叉点，构成中学生实验能力的静态结构。观察能力操作能力思维能力深刻性灵活性批叛性敏捷性独创性中学生实验能力的静态结构图能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力深刻性1.目的性。观察者能明确观察对象、条件、要求以及观察的计划、步骤。2.条理性。具有正确的观察方法，如按时间先后、位置远近、先外后内、先外形后动作的顺序进行观察。3.全面性。通过观察能反映事物的全貌以及各部分之间的联系，能指出在某种特定条件下感知对象所能反映的各种情况。4.精确性。能精确地把握现象的特征，认识事物的本质。5.概括性。能用语言和文字正确概括所观察的结果。1.表现在实验的设计中：能运用所学的物理概念和规律，针对所研究的问题，提出和阐述实验原理，在熟悉仪器使用和实验操作规范的基础上，设计出合理的实验方案。2.表现在实验进行的过程中：能够对实验中所观察的现象和所测数据进行正确的分析、综合、抽象、概括、判断、推理等。3.表现在实验结果的处理中：对实验现象、数据和结论养成用科学概念和规律有逻辑地分析归纳、联想、解释，以及用数学辅助推理的习惯，正确处理实验结果，能进行初步的误差分析，得出恰当的实验结论。1.正确认识基本量具、仪表。拿到量具、仪表能说出他们的名称，通过对外部形状、铭牌、一般结构的观察和阅读说明书，能了解它的主要功能、使用条件、量度范围、精密度及使用范围。2.养成良好的操作规范，进行正确的实验操作。（1）正确装配仪器。（2）会对仪器进行预备性调整。（3）能按规程及实验步骤启动仪器。（4）能按实验步骤正确操作仪器，获得数据资料。（5）实验结束后能按一定的顺序拆除和整理仪器，使一切设备复原。灵活性1.观察方法灵活。能灵活选择观察方法，及时调整观察思路。2.分析方法灵活。能从不同的角度思考和分析所观察的现象。3.灵活组合。善于灵活地对所观察的现象进行分解与合成。4.动态性。能够观察现象的动态特征。1.表现在实验的设计中：能灵活地运用所学的物理概念和规律，针对某一问题，提出多个实验原理，设计出多种实验方案。2.表现在实验的进行过程中：能够对实验中所观察的现象和所测量的数据进行灵活的分析、综合、抽象、概括、判断、推理等；善于从不同的角度、方向、方面运用多种方法解决实验中出现的问题；概括—迁移能力强。3.表现在实验结果的处理中：善于灵活处理实验结果，善于从不同的角度分析实验误差。1.能根据研究问题的要求，灵活选取所需仪器、仪表、量具等。2.善于根据仪器的特点和性能灵活地进行装配、调试、操作；掌握各种仪器的操作技巧，并能将之迁移到新仪器的操作中，应变能力强。3.善于对实验仪器进行合理的组合，恰当的布局。能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力批判性1.恒常性（或稳定性）。能排除观察中各种无关因素的干扰，集中注意力进行持久的观察，以揭示事物的本质。2.辩证性。能够从正反两方面理解所观察的现象，对观察结果能进行客观的评价。3.监控能力。能够将观察本身作为意识的对象，不断地进行积极主动的计划、检查、评价、反馈、控制和调节。1.善于对实验方案的可靠性做出正确的评估，从不同的方案中选择一种恰当的可行的方案。2.及时解决实验中的问题，及时检查、评价、调节实验过程，从而修改实验方案，使实验顺利进行。3.理解实验的相对性，注意在实验的全过程中保持质疑心理，重视实验中各阶段的反思和总结。1.能够综合运用眼、耳、鼻、皮肤等多种感觉器官发现实验中的异常现象，并用动作防止突发性的事故。2.掌握排除一般常见故障的方法。3.能够寻找代用品，并进行简易加工，使其解决仪器设备方面的某些困难。能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力敏捷性1.概括力。只要通过观察少量现象，就能够概括出事物的本质和规律。2.敏锐性。在观察过程中，能够对各种现象（特别是偶然现象）及时做出反应。3.及时性。在观察结束后，能及时做出观察报告（书面或口头）。1.表现在实验方案的设计中：能根据研究的问题，及时调动大脑中的各种知识，在较短的时间内制定出实验方案。2.表现在实验进行的过程中：善于捕获各种信息，对各种现象及时做出反应，迅速解决和排除实验中的各种问题。3.表现在实验结果的处理中：能够在实验结束后及时写出实验报告，得出结论。1.能熟练操作基本的实验仪器和工具，操作连贯、配合自然、动作协调。2.能够熟练、正确地完成现象和数据的观察记录，数据的处理。能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力独创性1.观察对象的独创性。善于根据研究问题的需要，独立地选择恰当的、新颖的、独特的观察对象。2.观察方法的独创性。善于选择独特的、新颖的、有效的方法和思路。3.结果分析的独创性。善于对观察结果作独特的、新颖的分析和解释。1.能够根据问题的需要，独立设计实验方案、独立选择实验设别、独立获取实验数据、独立分析实验结果并得出结论。2.善于提出独特、新颖的实验方案、实验方法，对实验结果有独到的见解。3.能独立完成一定难度的探索性实验。并能根据手头的仪器、设备改进原有的实验。4.在科技活动中，能够设计有一定特色的科技作品。1.能根据实验方案独立组装并操作实验仪器，获取所需数据。2.善于探索发现新颖、独特的操作技巧和操作方案。3.能够独立实施探索性实验和设计性实验的设计方案。4.能制作出有特色的科技产品。能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力（二）中学生物理实验能力的发展

由于中学生观察能力、思维能力、动作技能的不断发展及中学物理教学的训练，中学生的物理实验能力迅速地发展着。第一，实验能力不断增强。

物理观察能力和思维能力的发展有力地促进了物理实验能力的提高。不论是实验的观察能力、思维能力还是实验操作能力，都在不断发展着。

第二，实验能力的结构有待完善。目前教学中或多或少地存在如下认识和倾向：①忽视实验课教学，忽视实验能力的培养。有不少学校的教师不是“做实验”，而是“讲实验”；②没有认识到物理实验能力包含实验的观察能力、实验的思维能力和实验的操作能力，不能有意识地、全面地培养学生的这三种能力；③不能正确认识智能品质在物理实验能力中的表现，并全面地选行训练，特别是忽视了批判性品质和独创性品质的训练。

第三，物理实验能力存在性别差异。

男生的实验能力比女生强。男生的批判性和独创性较强。但女生具有视察仔细、操作规范、按部就班的特点，因此，实验的深刻性较强。

研究表明，与男生相比，女生的实验能力表现出不平衡性，即部分女同学实验能力很强，部分实验能力较差，这说明在目前的教学情况下，影响女生物理实验能力发展的是一些心理因素，如对实验的兴趣、动机、毅力、习惯、自我监控能力和独创性的智能品质等。第三节中学生物力实验能力的培养

如何在物理教学中培养学生的实验能力？可以归结为如下几个方面:

（一）培养学生对物理实验的兴趣

（二）引导学生领会教材中实验的物理思想与设计思想

（三）加强对学生实验技能训练的指导

（四）逐步增加探索性实验（五）引导学生多做课外实验（一）培养学生对物理实验的兴趣在物理教学中培养学生的实验能力，首先应当培养学生对于物理实验的兴趣。学生对做实验有了兴趣，才能使他们自学自愿地去进行试验，从而在实验过程中培养他们的实验能力。目前国能的中学物理实验教学，实验的情境往往过于严肃，并且与日常生活的实际脱离较远，“学术味”太浓，这在想当程度上影响了学术对物理实验的兴趣。因此，教师应当努力增加一些学生熟悉的、与日常生活密切相关的实验，是学生有一种物理实验并不神秘，物理实验就在自己身边的感觉，这对激发学生对物理实验的兴趣有着很好的作用。物理“小魔术”1.意念浮沉子2.水落币出3.生活中的小实验（二）引导学生领回教材中实验的物理思想与设计思想现行中学物理教材中的物理实验，都是配合教材内容而设置的，主要是为了帮助学生对教材的内容加深理解，加深印象。由于种种原因，教材对实验的思想与方法讨论较少，加之学生自己也缺乏对实验思想方法的归纳与总结，因此往往对教材中重要的、常用的实验思想方法不甚明了，这也在一定程度上削弱了实验教学特有的教育价值。为了培养学生的实验能力，教师必须帮助学生进行必要的归纳与总结。统编教材中重点介绍了用图像法处理实验数据的方法，试验中的推理方法，减小实验系统误差的方法以及改装、校准实验仪器的方法等这些实验的思想与方法都应该向学生系统地介绍与归纳，使学生真正掌握。比如，如何减小实验的系统误差问题。因为系统误差一般都有确定的方向性，因此可以有意识地采取一些减小系统误差的措施。减小系统误差的方法很多，常用的有“替代法”、“比较法”、“异号法”、“修正法”等。为了介绍这些方法，原高中物理甲种本教材安排了“测定冰的溶解热”、“替代法测电阻”、“用惠斯通电桥测电阻”、“用电位差计测量电动势”等四个实验。教师应当将四个实验的思想方法向学生作一系统的归纳，并结合具体实验说明其方法的巧妙之处。教师可以以“替代法”测电阻为例，向学生介绍减小系统误差的一种方法。伏安法是人们熟知的一种测量电阻值的方法，它的系统误差主要来自两个方面：（1）由于实验原理不完善儿造成的误差；（2）由于实验仪器不准确而造成的误差。

安培表、伏特表能达到0.5级已属不错，因此难免造成系统误差。这两方面的系统误差都可以替代法所消除。电路与伏安法相同，接通电路后，记下安培表、福特表的读数，然后用电阻箱替代Rx，调节电阻箱，使两表恢复到原来的读数，此时电阻箱的阻值就是Rx的阻值。由于电阻箱的精度是比较高的（可达0.01级）因此这种方法可以大大减小系统误差。（三）加强学生实验技能训练的指导学生的实验能力不是教师讲会的，也不是学生观看教师演示学会的，而是通过教师的指导，经过他们自己反复进行实践、反复练习才能形成。为此，必须加强演示实验、学生分组实验，并严格要求，严格训练，使学生逐渐形成较强的实验能力。上海华东师范大学二附中为了培养学生的实验能力，在高中学生中开设了高中物理实验选修课，作为实验教学改革的舱室。经过几年的试验，受到同学们的欢迎。学完这门课程的同学普遍反映很有收获，对课程中介绍的几种重要的实验方法了解清晰，掌握熟练，并能举一反三地应用。在课程结束之前的考查中，要求同学们用学过的几种实验方法，对中学物理教材中的某一个实验加以设计、改进，绝大多数同学都能很好地完成。华东师大二附中的教师总结认为：中学物理实验教学改革的这一新尝试，基本上是可行的，成功的。（四）逐步增加探索性实验培养学生的实验能力，除了教师需要做好演示实验以及指导学生做好分组实验以外，