高考物理實(shí)驗：如何提高學(xué)生物理實(shí)驗?zāi)芰?/a>

　　如何提高學(xué)生物理實(shí)驗?zāi)芰?/p>

　　華南師大附中黃愛國

　　前言

　　物理學(xué)是一門實(shí)驗科學(xué)，物理學(xué)的建立和發(fā)展都是在實(shí)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。實(shí)驗?zāi)芰Φ母叩汀��?shí)驗素質(zhì)的好壞，是衡量一個學(xué)生學(xué)習(xí)物理水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。在各級物理競賽中，實(shí)驗部分都要占競賽總分的30—40%。所以，要想在物理競賽中取得好成績，必須要提高物理實(shí)驗的能力。物理競賽是一項選拔物理學(xué)習(xí)尖子的活動，試題水平歷來顯著超出高中物理教學(xué)和高考水平，對學(xué)生的實(shí)驗?zāi)芰σ�求也比較高。在這兩年的奧班物理教學(xué)中，我一直在探索如何提高學(xué)生物理實(shí)驗?zāi)芰�。下面把我的一些做法和體會總結(jié)如下。

　　一、重視實(shí)驗基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗基本操作能力

　　物理實(shí)驗基本功是指實(shí)驗的基本理論、基本方法和基本操作技能。實(shí)驗的基本理論是：（1）認(rèn)識實(shí)驗的作用，通過實(shí)驗是學(xué)生了解實(shí)驗的設(shè)計思想和實(shí)驗的原理；（2）能分析實(shí)驗誤差。實(shí)驗的基本方法是：（1）了解實(shí)驗的過程和步驟，能設(shè)計表格、整理實(shí)驗數(shù)據(jù)、畫出圖線，得出結(jié)論；（2）會利用實(shí)驗方法（例如：替代法、比較法、半偏法、控制變量法）進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。實(shí)驗的基本技能是：（1）能正確、熟練按操作規(guī)程使用的物理儀器；（2）能仔細(xì)觀察，認(rèn)真讀數(shù)、記數(shù)、整理數(shù)據(jù)，對實(shí)驗結(jié)果做出解釋；（3）能排除在實(shí)驗出現(xiàn)簡單故障；（4）能寫出規(guī)范的實(shí)驗報告。

　　實(shí)驗基本功的訓(xùn)練主要是在高一階段，認(rèn)真做好課本的每一個演示實(shí)驗和分組實(shí)驗，通過演示實(shí)驗、分組實(shí)驗及課外實(shí)驗來培養(yǎng)和規(guī)范學(xué)生的基本實(shí)驗操作能力。有的老師可能認(rèn)為課本演示實(shí)驗和分組實(shí)驗的內(nèi)容和難度與競賽實(shí)驗相差太大，認(rèn)為它們對競賽幫助不大。但我覺得這些實(shí)驗對于訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗基本功、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗操作能力有重要的作用。例如：“安裝簡單的收音機(jī)”和“利用雙縫干涉測定光波的波長”這兩個分組實(shí)驗，據(jù)實(shí)驗室老師反映這兩個實(shí)驗在普通班已經(jīng)有好幾年沒有做了。我安排了學(xué)生做這兩個實(shí)驗，實(shí)驗效果十分良好。

　　“安裝收音機(jī)”實(shí)驗，安排了三個課時時間，學(xué)生通過這個實(shí)驗，訓(xùn)練了利用萬用表檢測電子元件的能力，學(xué)會了電烙鐵焊接技術(shù)以及初步掌握了收音機(jī)的調(diào)試，進(jìn)一步認(rèn)識了無線電發(fā)送、接受及三極管放大作用的原理。學(xué)生在經(jīng)過辛苦勞動之后，從自己組裝的收音機(jī)中聽到了電臺的聲音，喜悅的心情和成功的感受對學(xué)生的信心和對物理實(shí)驗的興趣有極大的提高。

　　“利用雙縫干涉測定光波的波長”實(shí)驗，我安排在星期二下午科技活動時間進(jìn)行。這個實(shí)驗原理十分簡單，但對儀器的調(diào)試要求十分高，一個儀器沒調(diào)好實(shí)驗現(xiàn)象（干涉條紋）就不會出現(xiàn)。經(jīng)過多次的失敗，第一位同學(xué)調(diào)出來了，這時已經(jīng)是4點(diǎn)50分了。隨后第二個、第三個……調(diào)出來了。學(xué)生在燜熱的光學(xué)實(shí)驗室中，一直做到了6點(diǎn)多才把這個實(shí)驗做完。學(xué)生們都感慨“這是有生以來最難做的物理實(shí)驗”。這個實(shí)驗主要是訓(xùn)練學(xué)生對光學(xué)儀器共軸的調(diào)試能力，學(xué)會使用顯微目鏡測長度的方法，也鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗毅力和在失敗中總結(jié)經(jīng)驗的能力。

　　重視實(shí)驗基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗基本操作能力，是提高學(xué)生實(shí)驗?zāi)芰Φ幕�礎(chǔ)。

　　二、加強(qiáng)探索性實(shí)驗教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)驗思維能力

　　探索性實(shí)驗是根據(jù)教材的特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際情況，在學(xué)生已有知識和初步具有實(shí)驗技能的條件下，由教師提出課題，在教師指導(dǎo)下，讓學(xué)生自己動手、動腦，在實(shí)驗中觀察現(xiàn)象，主動探索，然后得出物理規(guī)律。

　　例如：課本安排有一個驗證“玻馬定律”的分組實(shí)驗，我將這個驗證性實(shí)驗變?yōu)樘剿餍詫?shí)驗。在講到“氣體的等溫變化——玻馬定律”時，采用邊講邊實(shí)驗的方法用實(shí)驗來探索出氣體等溫變化的規(guī)律：從氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)三個狀態(tài)參量出發(fā)，思考一定質(zhì)量的氣體的三個狀態(tài)參量的相互關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法先研究溫度不變（即等溫）的情況下，氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系；然后列出提供的實(shí)驗儀器，要學(xué)生考慮怎樣利用這些儀器來探索氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，并在教師的引導(dǎo)下完善實(shí)驗方案，以及在實(shí)驗中應(yīng)注意的問題；最后是實(shí)驗操作，根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)得出“在溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)和體積成反比的關(guān)系”。將教材安排的兩個課時的內(nèi)容，在一節(jié)課里完成，既提高了效率，也利用探索性實(shí)驗提高了學(xué)生的實(shí)驗思維能力。

　　采用探索性實(shí)驗教學(xué)，可以讓學(xué)生自己探索，成為科學(xué)知識的主動探索者。學(xué)生在做探索性實(shí)驗時，在教師的引導(dǎo)下思考實(shí)驗原理、實(shí)驗的基本步驟及處理實(shí)驗結(jié)果，使學(xué)生進(jìn)行思維，比按課本的步驟來一步步進(jìn)行實(shí)驗操作的驗證性實(shí)驗在學(xué)習(xí)要求和能力的培養(yǎng)方面有了很大的提高。探索性實(shí)驗教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)驗思維能力，使學(xué)生具有初步的設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰Α?/p>

　　三、加強(qiáng)設(shè)計實(shí)驗思想和方法的培養(yǎng)，提高學(xué)生的設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰?/p>

　　設(shè)計性實(shí)驗是根據(jù)實(shí)驗要求理解實(shí)驗原理，編寫實(shí)驗步驟，設(shè)計實(shí)驗表格，正確選用儀器和器材，并進(jìn)行實(shí)驗操作得出正確實(shí)驗結(jié)果的一種實(shí)驗形式。在物理實(shí)驗競賽中，這種實(shí)驗較常見，它對學(xué)生的能力要求也特別高。設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰κ且环N最高水平的實(shí)驗?zāi)芰�，是活化知識、進(jìn)行創(chuàng)造性活動所必須具備的一種能力。

　　每一個實(shí)驗都有各自的設(shè)計思想，一個成功的實(shí)驗，其設(shè)計思想總包含著對已有知識的靈活應(yīng)用與創(chuàng)造性的科學(xué)構(gòu)思。引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會前人的實(shí)驗設(shè)計思想，體驗科學(xué)家所經(jīng)歷的探索過程，是一條培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰Φ挠行�途徑。例如：卡文迪許測量萬有引力恒量實(shí)驗。在介紹這個實(shí)驗時，利用卡文迪許扭秤實(shí)驗?zāi)Ｐ�，講清實(shí)驗的設(shè)計思想：由于物體間的引力非常微小，把微小的引力觀察出來，是實(shí)驗設(shè)計的關(guān)鍵。這里卡文迪許把萬有引力轉(zhuǎn)化為一對力偶是第一次放大；把力偶的作用轉(zhuǎn)化為石英絲的扭轉(zhuǎn)形變是第二次放大；把扭轉(zhuǎn)形變通過光的反射轉(zhuǎn)化到較大距離的標(biāo)尺上的讀數(shù)（光杠桿的放大作用）是第三次放大。通過三次“轉(zhuǎn)化”和“放大”的作用，就可以比較準(zhǔn)確的觀察測量出微小的引力。這個實(shí)驗的設(shè)計思路十分巧妙，第三次放大的是利用光杠桿放大方法，這個方法在常在物理實(shí)驗競賽出現(xiàn)。通過分析教材中的著名實(shí)驗，挖掘出它們的設(shè)計思想對于提高學(xué)生的實(shí)驗設(shè)計能力有很大的幫助。

　　平時利用課堂上的時間，專門出一些問題來讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計實(shí)驗。所出的問題包括實(shí)驗的目的、實(shí)驗器材和實(shí)驗要求等方面的內(nèi)容。并且引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗的目的出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗器材的用途，并利用自己掌握的實(shí)驗方法設(shè)計出幾種實(shí)驗方案，然后按照實(shí)驗設(shè)計的三個原則：1、盡量減小由于實(shí)驗原理不完善帶來的系統(tǒng)誤差；2、盡量減小由于測量儀器不準(zhǔn)確帶來的誤差；3、盡量減小外界環(huán)境對實(shí)驗的影響。以及從實(shí)驗的可操作性、科學(xué)性和安全性等方面來選取最佳的實(shí)驗方案。

　　例如：“怎樣用不等臂天平、直尺、砝碼、細(xì)沙來測量物體的質(zhì)量”。讓學(xué)生思考：如果直接用不等臂天平來測量物體結(jié)果是錯誤的，怎樣才能消除不等臂的影響是這個實(shí)驗的關(guān)鍵；然后引導(dǎo)學(xué)生考慮直尺的作用，可以用來測量天平兩臂的長度；想到這里有學(xué)生會想到用來計算出測物體的質(zhì)量。但可以體現(xiàn)學(xué)生這種方法是否最科學(xué)，然后引導(dǎo)學(xué)生利用復(fù)秤法來設(shè)計測量物體的實(shí)驗方案。

　　例如：“測定一個凹透鏡的焦距。實(shí)驗器材：一個激光器、兩個凸透鏡、光具座、被測凹透鏡”。通過學(xué)生回憶凹透鏡對光線的發(fā)射作用；凹透鏡對平行光發(fā)射后，出射光線的反向延長線與主軸的焦點(diǎn)就是凹透鏡的虛焦點(diǎn)的已有知識的基礎(chǔ)上，考慮如何把狹小的激光（平行光）放大，再引導(dǎo)學(xué)生利用凸透鏡的作用設(shè)計出激光擴(kuò)束的辦法，再利用平行光測焦距，最后利用圖象法外推得到凹透鏡的焦距的實(shí)驗方法。（如下圖所示）

　　通過引導(dǎo)學(xué)生從已有知識出發(fā)通過有機(jī)的組合，進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計的過程，可以更好的培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗設(shè)計能力。

　　也可以通過平常的實(shí)驗制作來提高學(xué)生的實(shí)驗設(shè)計能力，例如：我在做電學(xué)黑盒子實(shí)驗前，提供學(xué)生電阻、電容器、二極管、電源等電子元件；要求學(xué)生利用不超過四個電子元件來設(shè)計并制作一個電路放在盒子里組成一個電學(xué)黑盒子，在設(shè)計時同時考慮利用萬用表來檢測的可行性，并寫出實(shí)驗操作步驟和實(shí)驗依據(jù)；然后同學(xué)之間交換來檢測判斷黑盒子內(nèi)的電路連接方式，并交給設(shè)計者判斷；最后根據(jù)檢測成功數(shù)量，評出最佳設(shè)計獎和最佳檢測獎。這個做法取得了很大的成功，學(xué)生在設(shè)計、制作過程中鍛煉了實(shí)驗設(shè)計和動手能力，利用課外時間想方設(shè)法的進(jìn)行檢測，在不斷的失敗中得到了成功，提高了學(xué)生檢測電學(xué)黑盒子的能力。

　　總之學(xué)生設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰Φ母叩�，是�?shí)驗成績高低的決定因數(shù)，我們應(yīng)想方設(shè)法的提高學(xué)生設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰�，是提高學(xué)生實(shí)驗?zāi)芰Φ暮诵摹?/p>

　　四、開放實(shí)驗室、精選課外實(shí)驗，提高學(xué)生的動手能力

　　中學(xué)生的實(shí)驗?zāi)芰εc理論水平相比差距很大。實(shí)驗?zāi)芰λ�平較低，主要體現(xiàn)在學(xué)生的動手能力水平較低。所以在提高學(xué)生的實(shí)驗思維能力和設(shè)計實(shí)驗?zāi)芰Φ耐瑫r，應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

　　高一階段，因為學(xué)生剛開始接觸高中物理，學(xué)生整體的理論水平還不高，所以采用因材施教的方法來提高學(xué)生的動手能力。通過開放物理實(shí)驗室，要求學(xué)生提前幾天向老師提交實(shí)驗申請書，包括實(shí)驗的名稱、實(shí)驗?zāi)康�、原理和所需的儀器及安排實(shí)驗的時間。然后教師從實(shí)驗的可行性、目的性、實(shí)驗室儀器的準(zhǔn)備情況等方面考慮學(xué)生提交的實(shí)驗申請書，然后通知學(xué)生具體的實(shí)驗時間和地點(diǎn)。在約定的時間里學(xué)生來實(shí)驗室做實(shí)驗，教師在傍邊做指導(dǎo)。實(shí)踐也證明能夠提出實(shí)驗方案的學(xué)生都是學(xué)習(xí)成績較好、學(xué)得比較主動且學(xué)有余力的學(xué)生。在這一階段里有梁豪兆、馬銳、劉勃、苑志等五六位學(xué)生提出了課外實(shí)驗的申請，并利用下午第8節(jié)或星期六等課外時間完成了實(shí)驗，最多的一個學(xué)生總共做了12個課外實(shí)驗。通過開放物理實(shí)驗室，使尖子學(xué)生能夠更快更好地提高實(shí)驗動手能力。

　　高二階段，在開放實(shí)驗室的基礎(chǔ)上，精選課外實(shí)驗。教師通過精選歷屆的競賽實(shí)驗，分成力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等四個專題課外實(shí)驗，并印成講義發(fā)給學(xué)生作為課外實(shí)驗。例如：“用漸進(jìn)法測量單擺的周期”、“用振動法測物體的質(zhì)量”等二十個力學(xué)實(shí)驗；“用毛細(xì)管測定水的表面張力系數(shù)”、“研究物體的冷卻規(guī)律”等八個熱學(xué)實(shí)驗；“用板式電位差計校正一個量程為100微安的電流表”、“用作圖法測量未知電容”、“用萬用表的歐姆檔判別（黑盒）內(nèi)的元件”等十五個電學(xué)實(shí)驗；“干涉法測平凸透鏡的曲率半徑”、“物距——像距法測凹透鏡的焦距”等十個光學(xué)實(shí)驗。每一個實(shí)驗只擺出一套儀器放在奧校物理實(shí)驗里，把實(shí)驗室的鑰匙交給物理科代表保管。每一個專題的課外實(shí)驗根據(jù)實(shí)驗個數(shù)的不同安排四到六周的時間。要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)利用課余時間來實(shí)驗室做實(shí)驗，并提交三份以上的實(shí)驗報告。由于學(xué)生都知道實(shí)驗?zāi)芰υ谖锢砀傎愔械闹匾�性，所以有很高的積極性來做這些課外實(shí)驗。學(xué)生通過查閱參考書、向同學(xué)請教或約教師來指導(dǎo)等途徑認(rèn)真做好每一個實(shí)驗。在中午、在晚自習(xí)、在星期天下午等時間經(jīng)常可以看到三兩個學(xué)生在實(shí)驗室里做實(shí)驗。

　　通過開放實(shí)驗室、精選課外實(shí)驗盡量創(chuàng)造更多的條件，給學(xué)生更多的時間和空間來動手做實(shí)驗，是提高學(xué)生物理實(shí)驗?zāi)芰Φ年P(guān)鍵。

　　五、進(jìn)行模擬實(shí)驗競賽，提高學(xué)生的應(yīng)變能力

　　物理實(shí)驗競賽是一個綜合能力的競賽，除了物理實(shí)驗理論、設(shè)計能力和操作能力的競賽，更是一個心理素質(zhì)、應(yīng)變能力水平高低的競賽。從小學(xué)到高中，學(xué)生很少體會過這樣的情景：一個老師在旁邊看著你，同時在記錄著你的每一步操作，并判斷你的操作是否規(guī)范；而你同時還要面對一堆熟悉或不熟悉的儀器，要在比平時更短的時間內(nèi)，完成二個或三個可能從來沒做過的實(shí)驗。這些都說明物理實(shí)驗?zāi)芰Τ�了思維能力、實(shí)驗設(shè)計能力和實(shí)驗動手能力還應(yīng)包括心理素質(zhì)和應(yīng)變能力。而這些能力可以在平時培養(yǎng)和提高，但我覺得更好的提高方法是進(jìn)行模擬實(shí)驗競賽。

　　模擬實(shí)驗競賽關(guān)鍵是在于模擬，為了使模擬競賽更逼真，在實(shí)驗?zāi)�擬競賽過程中，基本上按照全國中學(xué)生物理競賽復(fù)賽的形式來進(jìn)行。將每一次實(shí)驗競賽的成績作為物理競賽競賽的一部分，例如我在高二階段，共進(jìn)行了力學(xué)和電學(xué)兩次競賽，這兩次競賽內(nèi)容包括理論和實(shí)驗兩部分，按總成績分別評出一二三等獎，并發(fā)給獎品。增強(qiáng)學(xué)生的競爭意識，使學(xué)生重視模擬實(shí)驗競賽。通過模擬實(shí)驗競賽，來感受實(shí)驗競賽的緊張氣氛，提高學(xué)生的心理素質(zhì)能力和考場應(yīng)變能力。這兩次的模擬實(shí)驗競賽試題請看附錄，第二次的題量和難度都比第一次的大，學(xué)生的平均分第一次是31.2分、第二次是35.6分。從競賽的成績來看學(xué)生的整體水平有了較大的提高，特別是在實(shí)驗操作上手忙腳亂的現(xiàn)象少了很多。

　　學(xué)生實(shí)驗競賽能力的提高過程是一個漫長的循序漸進(jìn)的過程。教師應(yīng)在統(tǒng)籌全局的條件下，有針對性的指導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生在不同的階段得到各種能力的培養(yǎng)和提高，通過長時間的積累，學(xué)生的實(shí)驗?zāi)芰Σ艜�得到較大的提高，才能在物理競賽中立于不敗之地。

　　附錄：

　　第一次模擬實(shí)驗競賽：力學(xué)實(shí)驗考試題

　　一，測定鋼尺的質(zhì)量：(20分)

　　器材：帶刻度的鋼尺、三角刀口架、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、夾子。

　　要求：1，簡要圖示實(shí)驗原理，以及所用公式；2，測量兩次；3，列表正確記錄測量數(shù)據(jù)，結(jié)果取三位有效數(shù)字。

　　二，驗證動量守恒定律。（40分）

　　器材：帶有定滑輪的長木板一塊、小車兩架、橡皮泥一塊、打點(diǎn)計時器一臺、紙帶、砝碼組一盒、米尺一把、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。

　　要求：1，寫出測量公式；2，寫出實(shí)驗步驟；3，原始數(shù)據(jù)記錄及計算（包括相對誤差的計算）

　　第二次模擬實(shí)驗競賽：電學(xué)實(shí)驗考試題

　　一、（20分）伏安法是指直接用電壓表和電流表來測量電阻的方法。此方法所用的儀器比較簡單，使用也很方便，但由于受電表內(nèi)阻的影響，所得的電阻準(zhǔn)確度不高，有明顯的系統(tǒng)誤差。試根據(jù)補(bǔ)償原理設(shè)計電路測量電壓，避免電表內(nèi)阻引起的誤差，使測量更為準(zhǔn)確。

　　器材用具：滑線變阻器、電壓表、電流表、檢流計、電阻箱、干電池和開關(guān)及待測電阻各一個。

　　要求：1、用給定儀器根據(jù)補(bǔ)償法原理測量待測電阻的阻值；2、正確作出實(shí)驗電路圖。

　　二、（20分）利用所給的儀器測量待測電容的電容量。

　　儀器用具：電壓表、電流表、滑線變阻器、電阻箱、待測電容、秒表、導(dǎo)線、單刀雙擲開關(guān)等

　　要求：1，利用所給儀器設(shè)計出一種測量待測電容電容量的實(shí)驗方法，畫出實(shí)驗電路圖；2、利用所測數(shù)據(jù)求出待測電容的電容量。

　　提示：測量電容器的容量大小可以利用含源的RC串聯(lián)電路，觀測電容的充電過程：假定t=0時，電容兩端的電壓為零，則充電過程中某一時刻電容兩端的電壓為

　　三、（20分）網(wǎng)絡(luò)電阻R1、R2、R3連成閉和回路，如圖所示。請用電橋法測量R2的數(shù)值。

　　儀器用具：網(wǎng)絡(luò)電阻盒一個（已經(jīng)連接好，不能打開，這幾個電阻數(shù)值約數(shù)百歐姆和數(shù)千歐姆）、微安表一個（量程和內(nèi)阻標(biāo)在電表上）、電阻箱兩個、滑線變阻器一個、電源3V、單刀開關(guān)和雙刀雙擲開關(guān)各一個、導(dǎo)線若干。

　　要求：1、畫出實(shí)驗電路圖；2、簡要寫明實(shí)驗原理和步驟；3、寫出計算公式和計算結(jié)果。