李銓標(biāo)

【摘 要】在新一輪課程改革下，對課程資源提出了新的挑戰(zhàn)，而物理實驗教學(xué)課程資源又是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，是落實物理課程目標(biāo)的重要途徑，更是物理課程改革的重要資源。在課程改革背景下，提出物理實驗教學(xué)課程資源開發(fā)的策略與途徑，努力開發(fā)和有效利用實驗教學(xué)課程資源。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué);課程資源;實驗室;改革創(chuàng)新

新一輪的課程改革，中學(xué)課程從過去的“教學(xué)大綱”轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的“課程標(biāo)準(zhǔn)”，它對課程目標(biāo)、課程基本理念、科學(xué)內(nèi)容、課程實施和課程評價等，都提出了全新的理念，沒有課程資源的廣泛支持，再美好的課程改革設(shè)想也成為一句空話。

中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的很多教學(xué)內(nèi)容要求通過科學(xué)探究活動來學(xué)習(xí)，而科學(xué)探究活動的實施離不開必要的科學(xué)儀器，因此物理實驗教學(xué)課程資源是物理課程資源中最重要的條件性資源，是落實中學(xué)物理課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。這也對物理實驗教學(xué)課程資源的開發(fā)和利用提出了新的要求，如何因地制宜地開發(fā)和利用物理實驗教學(xué)課程資源，已成為課程改革實施當(dāng)務(wù)之急的重要問題。

一、重視開放性實驗室、探究性實驗室以及網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)

1. 充分利用現(xiàn)有儀器設(shè)備，建立開放性實驗室

在新課程的教材中介紹了許多小實驗，這就需要學(xué)生課后自己動手去探索、去總結(jié);學(xué)生對教師的演示實驗感興趣想做一下;或者他們自己制定了研究的課題，需要我們幫忙解決器材問題，這些都需要開放實驗室給學(xué)生提供必要的場所和幫助。我們實驗室在每天的下午的18：15—19：00對學(xué)生開放。我們在了解學(xué)生實驗的原理、方法后，為其提供實驗的器材，并在適當(dāng)時給予必要的輔導(dǎo)。例如：高一學(xué)生要進(jìn)行課題研究“螞蟻爬行的平均速度”，由于螞蟻在爬行過程中時快時慢，爬行線路也很復(fù)雜，看似毫無規(guī)律，可通過測定平均速度來粗略描述它爬行的快慢。學(xué)生們做這個實驗興趣很高，他們捉來了好幾只螞蟻，我根據(jù)他們的需要提供了秒表、尺、鐵架臺、酒精燈、金屬桿。做實驗時，一開始螞蟻不按直線四處亂爬，我和學(xué)生們一起設(shè)法用兩把直尺為螞蟻設(shè)了一條走道，規(guī)定了它們的行進(jìn)路線，比較方便的測出了螞蟻爬行的s和t。在做到“熱鍋上的螞蟻”實驗時，要在一端加熱的金屬桿上，研究螞蟻逃生的平均速度，起先我為學(xué)生提供了一根可拆卸螺絲刀上的金屬桿，實驗時發(fā)現(xiàn)由于這根金屬桿的橫截面太小，螞蟻上去就會摔下來，后來我建議學(xué)生改用鋼皮尺，實驗取得了預(yù)想的效果。學(xué)生在實驗過程中獲取知識，提高自己，創(chuàng)新能力在不斷的實踐活動中得到提高。

2. 充分利用閑置報廢儀器，建立探究性實驗室

我們學(xué)校由于建校歷史長，有大量報廢儀器（有些因使用年限到而報廢）和一些因課程改革而閑置的儀器，而這些淘汰下來的儀器，棄之可惜，用之無處，又占用儀器室。這些儀器存在一個突出的特點是使用功能已經(jīng)變化盡可以“開膛剖肚”，展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給學(xué)生以感性上的認(rèn)識，我們用挑選部分儀器建立探究性實驗室。例如：將報廢的顯微鏡剖開，了解其光學(xué)結(jié)構(gòu);將七十年代的電子管示波器拆開，觀察示波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解其工作原理;讓學(xué)生拆卸報廢的各類電表、表頭，更清楚的了解電表及表頭的工作原理等。學(xué)生對整個過程充滿新鮮感，單調(diào)的物理實驗變得具有趣味性，學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維能力得到明顯提高。

3. 充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)實驗室

我們在傳統(tǒng)物理實驗室的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等相關(guān)的信息加工處理和傳播技術(shù)，將現(xiàn)實物理實驗室中的各種實驗資源進(jìn)行處理，建立網(wǎng)絡(luò)實驗室。物理網(wǎng)絡(luò)實驗室是集網(wǎng)上實驗管理、實驗室教務(wù)管理、實驗室儀器設(shè)備管理、實驗室資料管理、實驗室開放管理為一體的實驗室管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)實驗室具有以下特點：

（1）網(wǎng)絡(luò)實驗室改變了傳統(tǒng)實驗室繁雜的管理方法，引進(jìn)了現(xiàn)代化的管理手段，使實驗室達(dá)到了自動化運行，信息化管理和無紙化辦公的目的，對實驗室提高工作效率，降低運行成本起到了至關(guān)重要的作用。

（2）網(wǎng)絡(luò)實驗室建立物理實驗課件庫、安裝仿真物理實驗室，與現(xiàn)代遠(yuǎn)程物理實驗網(wǎng)站www.elab.sdu.edu.cn，物理園www.hk-phy.org等鏈接，使實驗教學(xué)內(nèi)容得到了擴(kuò)充，以前無法涉及的實驗領(lǐng)域也能涉及，給實驗教學(xué)本身以更大的自由度。

（3）網(wǎng)絡(luò)實驗室上發(fā)布實驗指導(dǎo)材料，如實驗錄像、掛圖、文字材料等，使學(xué)生在做實驗之前就對實驗設(shè)備和內(nèi)容有深刻的了解，從而提高實驗教學(xué)效果和減少不必要的儀器設(shè)備損失;發(fā)布儀器設(shè)備的信息、實現(xiàn)網(wǎng)上實驗預(yù)約，使學(xué)生了解實驗室現(xiàn)有儀器設(shè)備，學(xué)生可以方便的提交探究實驗方案，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)他們的想象力、創(chuàng)造力，同時也為教師的實驗教學(xué)帶來方便。

二、進(jìn)行物理實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新

物理實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新，既包括從新的視角對原有的實驗進(jìn)行思考，找出缺陷或不足，給予矯正，也包括根據(jù)一定的實驗?zāi)康?，通過探究來確定實驗儀器、裝置和操作方案等。物理實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新一般有下面幾種情況：

1. 實驗方式的改進(jìn)與創(chuàng)新

觀察和實驗是研究物理、學(xué)好物理的基本方法。據(jù)美國心理學(xué)家布魯納的發(fā)現(xiàn)法理論：教學(xué)過程應(yīng)是在教師的啟發(fā)、引導(dǎo)下，讓學(xué)生親自去發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的習(xí)慣和能力。探索性實驗可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過實驗也可使學(xué)生掌握研究物理規(guī)律的方法，從小培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣、思想方法。因此，在教學(xué)中如果有些演示實驗所需器材簡單，可將某些演示實驗或驗證性實驗有意識改為學(xué)生隨堂的探索性實驗。

例如：筆者在講授“玻意耳定律”一節(jié)內(nèi)容時將演示實驗和學(xué)生實驗“合二為一”。上課前筆者布置了一個探究性的問題：在常溫常壓下，氣體的壓強與體積有何關(guān)系？要求學(xué)生根據(jù)這兩節(jié)內(nèi)容設(shè)計實驗。上課時將學(xué)生分成二人一組進(jìn)行探索研究，教師穿梭在學(xué)生中引導(dǎo)、點撥，最后由學(xué)生將實驗結(jié)果匯總分析。很快學(xué)生就得出ρ1V1=ρ2V2。全過程中學(xué)生思維活躍，精力集中，創(chuàng)造了一種近距離的物理意境。學(xué)生學(xué)得懂，記得清，印象深刻。效果比以前用兩節(jié)課教學(xué)更好。這樣既節(jié)約了時間，又再現(xiàn)了科學(xué)的探索過程;同時提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了了學(xué)生的觀察能力和實驗操作能力;使學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力都得到了發(fā)展，也可適應(yīng)近幾年來高考中新增的設(shè)計性實驗。

2. 裝置和實驗方案的改進(jìn)與創(chuàng)新

教學(xué)中為了幫助學(xué)生理解某些物理原理，盡管教材中沒有規(guī)定做實驗，也可以設(shè)計一些操作方法簡單易行的實驗，對有些難于理解的物理概念或基礎(chǔ)理論，除了教材中規(guī)定的實驗外，還可以設(shè)計一些新實驗。如果所涉及的物理知識比較抽象，思維能力的要求較高，及對日常生活中一些物理現(xiàn)象的解釋，可設(shè)計、開發(fā)一些有創(chuàng)意的實驗。通過實驗使學(xué)生感受到如何抓住重點，因陋就簡地設(shè)計實驗，學(xué)習(xí)設(shè)計實驗的一些基本方法。

例如：完全失重是一個較難理解的物理概念，許多學(xué)生對于這一特殊情景發(fā)生的物理現(xiàn)象[如：做拋體運動的物體（包括水層間的壓力為零）]，總感到疑慮。為了解決這個問題可以做下面的實驗：

將易拉罐裝滿水，在側(cè)面打一個小孔，水自然會從孔中流出來（圖1）。再讓易拉罐自由下落，就會驚奇地發(fā)現(xiàn)，處于在下落過程中水不再從孔中射出（圖2）?，F(xiàn)在，再在罐的底部開一個小孔，再讓易拉罐自由下落，水還會流出嗎？實驗結(jié)果水仍然不會從孔中射出（圖3）。然后再把底部有孔的易拉罐豎直上拋或斜向上拋，水還會流出嗎？常規(guī)的思維是水必然會從孔中直射下來。但實驗結(jié)果水仍然不會從孔中流出來（圖4）。做了上述實驗后，學(xué)生對完全失重有了真切的感受，也有助于學(xué)生解決今后牽涉到的失重的習(xí)題。

3. 實驗手段的改進(jìn)與創(chuàng)新

要想獲得好的實驗效果，多樣化的實驗手段是必不可少的。對某些物理實驗條件不易控制，或存在某種干擾而無法演示;實驗效果不佳;實驗時有危險;實驗所需時間太長;實驗時動態(tài)變化太快無法看清實驗過程，只能看到最后的結(jié)果，而結(jié)果也很難反映原理，用傳統(tǒng)的教學(xué)手段也很難表現(xiàn)“動”和“變”的結(jié)果。這時可先做實驗或利用數(shù)碼相機預(yù)先拍攝后與多媒體結(jié)合來演示相關(guān)的實驗或模擬實驗（模擬過程要盡可能接近于物理真實），并將實驗過程進(jìn)行重放、定格、縮放、慢鏡頭，讓學(xué)生觀察物理過程的全部。還可以對某些研究對象太大（如天體運動）或太?。ㄈ绶肿訜徇\動）;微觀展示如a粒子散射、晶體結(jié)構(gòu)等;運動的絕對性和相對性原理、物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電子繞核旋轉(zhuǎn)、核反應(yīng)、微小形變、布朗運動、電源內(nèi)部電子和離子的移動、電動勢的方向、電容器充放電的過程、兩球碰撞時無壓縮、后恢復(fù)過程中兩球速度、加速度的變化等都可以通過多媒體技術(shù)進(jìn)行情景創(chuàng)設(shè)、實驗過程的模擬、物理進(jìn)程的速度調(diào)節(jié)、微小過程的放大、實驗現(xiàn)象的動態(tài)分析。利用以計算機為基礎(chǔ)的多媒體技術(shù)將其制成教學(xué)軟件，在課堂上放映，也能取得很好的效果。

三、推進(jìn)實驗教學(xué)與科技活動、綜合實踐活動的整合

我校積極參加廣州市中學(xué)生物理綜合實踐活動，2004年參加《廣州市中學(xué)生水火箭比賽》，我校獲廣州市三等獎;2005年參加《“紙火箭“設(shè)計研究比賽》，以一個1.25升的塑料汽水瓶內(nèi)的空氣為動力（發(fā)射前瓶內(nèi)為一個大氣壓，不能預(yù)先增壓），發(fā)射一支紙制的火箭，通過科學(xué)探究，研究影響紙火箭的發(fā)射距離的因素，通過理論或?qū)嶒炑芯?，嘗試改進(jìn)設(shè)計，力求使火箭的飛行距離最遠(yuǎn)。我校紙火箭在逆風(fēng)情況下飛行了98米的好成績，獲廣州市一等獎。

紙火箭樣式參考：

當(dāng)然，物理實驗教學(xué)課程資源的開發(fā)策略絕不僅限于上述幾個方面。作為一項嶄新的實踐活動，我們必須不斷學(xué)習(xí)、交流、實踐，創(chuàng)造性地開發(fā)多種實驗資源渠道。

■參考文獻(xiàn)

[1]趙力紅.高中物理探究性趣味實驗[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.