论文摘要:物理是一门以实验为基础的精确、定量的科学,近几年的高考越来越重视对实验的考查,利用学生所学过的知识,对实验仪器或实验方法加以重组,完成新的实验目的的设计型实验越来越得到重视。本文通过对高中物理新课程标准中的实验要求分析入手,探讨了新课程背景下高中物理实验的改进。
1.高中物理新课程标准中的实验要求
普通高中物理课程标准明确提出高中物理课程的总目标是:学习终身发展必备的物理基础知识和技能,了解这些知识与技能在生活、生产中的应用,关注科学技术的现状及发展趋势。要通过实验学习基本的操作技能,体会实验在物理学中的地位及实践在人类认识世界中的作用。新课标指出:“实验是物理课程改革的重要环节”,注重对学生实验能力、科学探究能力的培养。改变过去以书本为主,实验为辅的教学方式,把实验地位空前提升。因此,强调重视实验,改进实验,成为对物理教学的基本要求。
2.传统高中物理实验所面临的主要问题
在物理教学中,传统实验面临着以下一些问题,有待于进一步思考和研究。
2.1实验条件不足的局限。
现有实验仪器普遍精度低,误差大,可重复性差,影响学生对物理规律的深入理解,对学生的设计要求具有很大的局限性,也限制了学生探究和钻研的深度和广度。
2.2实验本身难度和可见度的局限。
物理实验中,空间上细微过程人眼难以观察,一般借助于显微镜可以实现细致的观察。时间上细微过程难以捕捉,难以一记录,是物理实验的一个难点,瞬间变化的可视化尤其是难点。传统的实验仪器由于人眼观察与手工记录的断续性,确实难解决这个问题。
2.3实验数据仅靠人眼观察,手工记录,操作耗时费力,实验教学的效率低下。
如利用气垫导轨进行“牛顿第二定律”的演示,由于仪器装置与实验步骤很多,要达到理想效果很难,并且由于数据处理又太繁,并且由于实验中需要多次重复实验、以及人为的各种因素拖延时间,教学任务较难完成,而且后排的同学看不清实验现象。甚至因为实验演示效果不好,还容易让学生对其科学性产生怀疑,从而形成模糊的概念。
2.4由现象到本质揭示的局限。
在“牛顿第一定律”的教学中,伽利略的斜面实验是一种理想实验,虽然很重要,但学生理解起来则是很困难。要想通过实验现象和数据精确揭示出物理本质是不可能的,利用定性实验说明又难以体现物理思想方法。
2.5信息传递容量的局限。
传统的演示实验常常受制于实验设备条件的优劣和教师实验操作水平的高低,表现在信息传播速度慢,部分实验可见度和可信性不高,而且传输信息的形式较单一,从而限制了课堂教学中的信息传播容量。
3.面临新课程的基本对策探讨
3.1实验现象呈现层面上的改进方法
第一,从身边常见的材料中取材,提倡用低成本的、随手可得的东西做物理小实验。这些出人意料的实验,不但能说明问题,也为学生下课后自己重复去做这些实验提供了可能性。比如在讲到物体的重心时,教师可以拿一个白炽灯泡举高一米左右往水泥地板上释放,学生们非常惊奇地发现灯泡竟然没有碎!仔细观察后发现由于重心的原因,灯泡着地时是灯头先着地的缘故。再如在“研究影响物体下落快慢的因素”教学中,可利用纸、硬币来做随堂小实验,增加学生的探索兴趣。
第二,把一些演示实验变为学生探究性实验。通过实验使学生更好的掌握知识,激发了学习的兴趣。
第三,对演示实验现象进行放慢、暂停处理。如在“牛顿管实验”中,抽掉空气,羽毛、金属片是否一起下落,学生无法判断,可信度差。我们可以利用录像机把实验过程拍下来,然后课堂进行放慢、暂停处理。
第四,对原有的演示实验装置进行改进。
如光的折射演示实验改进:传统的演示模式:教师把玻璃水槽放在讲台上,在玻璃槽中放一枚硬币,叫一个学生到讲台前,站在水槽前适当改变头部位置,使眼睛恰好看不到硬币,然后保持眼睛和槽的位置不变,另一个学生慢慢向玻璃水槽中倒水,随着水面的升高,该学生能观察到的现象是:发现硬币好象升高了,本来看不见的硬币慢慢进入该学生视线。
3.2实验数据处理层面上的改进方法
对实验数据的分析、处理,有许多方法如算术平均值法、逐差法、列表法等。如果让学生自己设计表格,用图像法处理实验数据,这样既能提高学生的动手能力,又能体现物理量间的联系。
3.3减小实验误差层面上的改进方法
物理实验是以测量为基础的,而任何测量结果都不可能绝对准确。测量值跟被测物理量的真实值之间总会有差异,这种差异叫做误差。
实验中,对偶然误差,主要是进行多次实验,求出平均值,用平均值来代替测量值就更接近真实值。误差分析,更多的是对系统误差的分析。
第一、从实验原理分析
系统误差产生的原因是多方面的,其中实验原理的不完善是产生系统误差的主要原因之一。分析这类系统误差应从实验原理入手,运用有关物理规律进行定性或定量剖析。
第二、从实验器材分析
由于实验器材本身的缺陷也会使实验产生系统误差,如器材本身的精度(弹簧秤的最小刻度、游标卡尺的精度等)就是一个重要因素,在电学实验中,电表的内阻使测量结果所生的误差也属这种情况。分析这类系统误差应从实验器材的结构入手,运用有关物理规律进行定性或定量剖析。另外,根据具体的实验情况,还应从实验的控制条件,实验步骤及实验的数据处理上进行分析。
4.结语
通过对高中物理传统实验的改进进行研究后,我们可以清晰地发现,高中物理实验教学的现状依然存在诸多问题,教材设计的实验在课堂实践中开设情况仍不理想。假如我们在教师培训、学生实验能力培养、实验资源共享、高中实验评价几个方面作出更多的努力我们的实验功能一定能得到进一步的发挥,学生的动手能力一定能得到进一步的提升。
