注重实验过程提高物理实验教学的有效性
邵震宇
实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径.实验教学从感性到理性，从具体到抽象，适合学生的身心特点，符合学生的认识规律.在物理教学中运用实验能给学生学习物理创设良好的情境，使学生能主动获取物理知识，掌握实验基本方法和实验技能，发展各种能力，促进学生科学品质和世界观的形成.目前，实验教学已被绝大多数老师认可，成为物理教学的新常态，但由于对物理实验作用认识不到位、自身教学能力有缺陷，所以对实验教学的认识还存在四种误区：第一，实验并不重要，仅仅是促进学生学习知识的教学辅助手段，从实验得出的结论是重要的，而实验的过程并不重要；第二，实验虽然重要，但当前的评价机制过多重视知识，忽视能力，所以抓实验教学不会全面提高教学质量；第三，实验确实重要，但实验教学费时费力，课堂组织教学难度也较大，学生活动不易把握，通过讲实验步骤、实验结论等也能达到相同的效果；第四，实验重要，又怕耽误时间，于是将实验教学变为压缩版，把实验步骤一条条地罗列给学生，并代替学生绘制各种表格，让学生“按方抓药”不求甚解地在表格中填入数据，以完成实验操作.这种菜单式的实验操作模式是只重视实验结果，不重视实验过程，完成知识与技能目标没有问题，但完全忽视了教学的过程与方法，忽视了学生的情感态度及价值观的形成.为了提高物理实验教学的有效性，必须走出上述误区，注重实验过程.
1注重实验过程中的设计环节，提高教学有效性
设计实验，就是从操作的角度把探究的问题具体化，程序化.一般做法是先分析该探究要解决哪几个问题，每个问题有哪几种解决方法，根据现有的条件和探究的要求，选择哪种方法好，然后根据实验方法确定需要哪些实验器材，按这些方法的逻辑关系构思出操作步骤.新课程标准要求学生实验时要经历实验设计过程，会选择科学探究方法和所需要的实验器材来设计实验.设计实验也是科学探究过程中重要的环节，但多数情况下，为了使科学探究能进行下去，教科书都需要介绍探究的方法，因此在课堂教学中，这个环节学生较少有锻炼的机会，加之老师认为设计实验方案很费时，影响教学进度，于是就直接给设计方案让学生进行实验.如在探究“电流与电压的关系”实验中：
场景甲：同学们已经知道了电流与电压有关，电压越大，电流越大，那么电流与电压究竟有什么关系呢，请大家按照图3连接电路，然后通过改变滑动变阻器的阻值，得到三组电压和电流值，填入表格，分析看是不是电压增大几倍，电流就增大几倍.然后学生开始实验.
这一教学省略了学生设计实验的过程，这样虽然能得到实验结论，但学生的能力得不到发展.如果换种方法，可能更利于学生的思维训练和能力发展.
场景乙：同学们已经知道电流与电压是有关系的，今天我们要共同探究电流与电压的具体定量关系，请大家思考下列问题并设计实验：（1）研究电流与电压时，是否需要控制电阻不变，是如何控制的？（2）电流与电压的大小是如何知道的？（3）如何改变电流与电压的大小？（4）记录数据的表格怎样设计？先让学生自己设计电路图，再用实物展台展示学生的设计，并让学生讲解方案，教师再引导学生用什么电路图，教师巡视时发现了三类电路图，并展示了出来，问学生图2比图1好在何处？又问图3比图2好在何处？
这一设计，学生不仅能得到实验结论，而且对电路图和器材的理解要深刻得多；经历了设计的过程，培养了创新设计能力；更重要是让学生通过学习物理知识，学会学习，学会探究，形成正确的价值观；而且还能感受到自己失败与错误，通过纠正错误，逐步走向正确，真正体会到成功的喜悦.
2注重实验过程中的操作环节，提高教学有效性
有了好的设计方案，还要注重实验操作.首先，要教会学生细致观察.许多实验现象有时是稍纵即逝，只有认真、细致地观察，才能捕捉到所要观察的现象；只有深入地观察，才能发现细微的变化和隐蔽的特征.观察时要有一定的目标性和重点性.只凭兴趣和爱好，在观察时注意力不集中，观察目标不明确，分不清重点，带有很大的盲目性和片面性，有的以局部代替整体，有的放过一些稍纵即逝的重要现象，对多种并存的现象，不能抓住其本质现象.因此，在实验教学中，教师要善于引导学生明确观察目标，对一些关键性的、重要的以及不易观察的对象和内容进行重点观察.如在“凸透镜成像规律”实验中，引导学生把点燃的蜡烛从离凸透镜远的位置，渐渐移近凸透镜进行全面观察.并记录随着蜡烛和凸透镜距离变化而产生的成像变化规律，这里要跟学生讲清观察的目标和重点是像的大小、倒正、实虚和像距的变化.通过对实验现象的观察，对比分析实验数据，学生自己可顺利得出凸透镜成像的规律.观察还要有一定的顺序.如测定小灯泡额定功率实验的观察顺序为：①先观察小灯泡的额定电压，再确定电源电压.电源电压应略高于小灯泡的额定电压；②观察电流表和电压表的指针是否指在“零”刻度线、量程和最小刻度；③观察滑动变阻器的最大电流和最大阻值；④按要求连接电路前电键是否断开，滑动变阻器是否滑在阻值最大位置；⑤电压表是否并联在小灯泡两端，量程是否选得合适；⑥电流表是否串联在电路中，量程是否选得合适；⑦实验开始时，闭合电键，调节滑动变阻器，重点观察电压表示数和电流表示数的大小.这样有顺序地观察 可以避免学生在实验时抓不到重点，手忙脚乱，以至于得不到正确的结论.
其次，要让学生小心操作.这是学生实际动手实验的具体过程，要求学生一定要以严谨的态度严格按规则和要求进行操作，如不能用手拿砝码，温度计不能做搅拌棒，电流表和电压表的接线柱不能接反等.若不按规则和要求操作，不仅实验错误，还会损坏仪器.实验过程中，对操作有困难的学生，老师应及时给予指导.
再次，要能让学生准确记录.在实验中，要正确地读取和记录数据.正确地读取包括读数的视角、读取方法（读到分度值的下一位）.记录数据时，要求学生应注重实验事实，不能随意改变实验数据，以培养学生实事求是的科学态度.
3注重实验过程中的数据处理环节，提高教学有效性
现在的学生，活泼好动，喜欢动手实验，但多数的学生不会收集实验数据，更不会整理与分析实验数据，这是长期以来中小学不重视学生综合思维能力的培养，片面追求升学率而忽视素质教育形成的不良后果.在国际奥林匹克竞赛中，我国学生动手实践科学实验能力、综合分析能力远远比不上欧美国家的学生，所以，培养学生科学实验能力迫在眉睫，而实验数据的收集、整理与归纳分析是学生的弱项，教师必须重视，加强这方面的训练.
3.1要求学生处理实验数据时实事求是
实验数据的处理是实验操作后的一个重要步骤，学生对所测数据进行分析、处理得出合理的结论.这一过程培养了学生分析解决问题的能力.有些教师重结果，轻过程，使“证据”形式化，交流过程中只选取并展示正确的数据，对问题数据视而不见；对出现“偏差”的数据简单以误差解释；有些学生由于实验测的数据误差太大，干脆从课本上查得结果；有的编造数据；有的根据规律推算应测的数据.师生们的这些做法，对实验目标的达成大打折扣.如“探究海波熔化”实验，由于实验有一定难度，许多教师上课采用展示装置器材、编制理想数据进行分析，或播放视频录像.这样做的优点当然是可以节省时间，而且实验数据完全符合要求.但对于学生来说，看录像和看实际实验效果是完全不一样的.我们要思考的是：既然录像能拍出很好的实验效果，为什么我们不能努力追求达到这种实验效果呢？将真实、有效的实验展示在学生面前是我们教师应该做到的.这就要求在评价交流实验数据时，教师不能刻意筛选，应该让学生的实验数据得到自由真实的展示.这是教师尊重学生、尊重数据的“证据意识”的表现.当学生的实验数据明显出现偏差时，教师引导学生自己发现问题，并且不惜时间让学生重新做一遍实验，这也是教师尊重实验，实事求是的科学态度的体现.
3.2教给学生处理实验数据的方法
要归纳科学规律，就要寻找数据之间相互关系的特征.这种特征通常表现为相等、之和、之差、乘积、比值等数学关系.因此在归纳时，就要通过对数据的比较，发现这些特征并归纳出结论.如“探究杠杆平衡条件”实验中，就要发现两种力和力臂的乘积是相等的.启发学生自己发现这些数据之间规律的过程，是一个发展学生创造性思维的过程.
4注重实验过程中的交流环节，提高教学有效性
新课标要求让每个学生都有充分的语言表达机会，要循序渐进地培养学生尽可能用较为准确的语言表述自己的探究成果，包括研究的过程、方法和结果.要让学生尽可能把自己的探究结果表述清楚，并且运用收集的信息和实验数据作出有说服力的解释.要让各种想法、观点进行充分地交流和讨论.培养学生注意倾听其他同学的研究报告、尊重别人的探究成果，允许别人对自己的探究过程和成果提出不同的意见或表示怀疑，并能认真思考别人的意见，改进自己的探究方案.要能将课标的要求落到实处，教师必须在设计方案、数据处理和实验过程等环节，组织学生交流实验中遇到的问题和自己的心得.这一交流环节要留给学生足够的时间，加之教师睿智的引导，才能增加交流环节的含金量，提高教学的有效性，使学生的语言表述能力和思维能力得到提高.如在“测量灯泡的功率”实验中，实验结束后老师问学生实验中遇到了哪些问题？学生甲说开始时灯泡不亮，移动滑动变阻器后又亮了；学生乙说灯泡不亮，发现是电池无电.教师说我也准备了一些实验中的问题，于是将问题投影给学生，进行讲解.
然而，这种交流是只具有形式，没有注重学生思维的培养.当学生说灯泡不亮，发现电池坏了时，教师应该追问：灯泡不亮的原因很多，你是怎么知道是电源坏了的？全班同学都可以来分享这位同学查找故障的思维过程，并在教师的引导下让学生分析，灯泡不亮都有哪些可能？这样教学就将交流落到了实处，注重了对学生思维能力和语言表达能力的培养，注重了生成性目标的达成，这样的课堂才是最有效的.
5注重实验过程中的多媒体使用，提高教学有效性
物理实验由于受时间和空间等客观条件以及仪器本身的限制，有些实验过程不够明显，实验效果不够理想，如果利用多媒体辅助实验，将实验过程更清晰地展现在学生面前，有助于学生的观察和理解，从而提高实验课堂教学有效性.
5.1利用多媒体增加实验过程的可视度
教师在讲台上演示实验时，学生不易观察到实验现象.如做磁体的磁场分布演示实验时，将实验器材放在讲台上演示，学生不易清晰地观察到玻璃板上铁屑的分布情况，拿下去让学生逐一观察又费时间.如果在实物投影上进行实验，这样全班每个学生对铁屑的分布情况观察得都很清楚，增加了实验的可视度，使教学更有效.
5.2实现实验过程的“慢镜头”和“快镜头”的展示
初中物理实验中，有些实验过程太快或太慢，学生不易观察，利用多媒体能将实验过程的快慢进行调节，能使学生获得很好的观察效果.如在“观察水的沸腾”实验中，学生在实验时要比较沸腾前后气泡在上升时体积大小的变化，而气泡上升时速度太快，加之烧杯又不高，所以不易看到气泡体积变化.用多媒体摄像头对着某组实验的烧杯进行摄像，并在多媒体上放映慢镜头的画面，学生就可以清晰可见，并能得到正确的实验结论.又如在“观察扩散现象”实验中，观察液体水和硫酸铜的扩散现象时，需要时间长，就可以在课前将这个实验摄像，再用慢镜头播放，学生清晰可见，这样就能提高课堂的有效性.
总之，“实验”是物理课改永恒的主题，随着课改走向深水区，我们一定要认识到实验是独特的、不可替代的；我们一定要认识到实验教学也有三维目标，除了学习知识、训练技能以外，物理实验还应在发展实验能力、提高科学素养方面发挥重要作用.只有注重了实验过程教学，实验教学才是有效教学.
实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径.实验教学从感性到理性，从具体到抽象，适合学生的身心特点，符合学生的认识规律.在物理教学中运用实验能给学生学习物理创设良好的情境，使学生能主动获取物理知识，掌握实验基本方法和实验技能，发展各种能力，促进学生科学品质和世界观的形成.目前，实验教学已被绝大多数老师认可，成为物理教学的新常态，但由于对物理实验作用认识不到位、自身教学能力有缺陷，所以对实验教学的认识还存在四种误区：第一，实验并不重要，仅仅是促进学生学习知识的教学辅助手段，从实验得出的结论是重要的，而实验的过程并不重要；第二，实验虽然重要，但当前的评价机制过多重视知识，忽视能力，所以抓实验教学不会全面提高教学质量；第三，实验确实重要，但实验教学费时费力，课堂组织教学难度也较大，学生活动不易把握，通过讲实验步骤、实验结论等也能达到相同的效果；第四，实验重要，又怕耽误时间，于是将实验教学变为压缩版，把实验步骤一条条地罗列给学生，并代替学生绘制各种表格，让学生“按方抓药”不求甚解地在表格中填入数据，以完成实验操作.这种菜单式的实验操作模式是只重视实验结果，不重视实验过程，完成知识与技能目标没有问题，但完全忽视了教学的过程与方法，忽视了学生的情感态度及价值观的形成.为了提高物理实验教学的有效性，必须走出上述误区，注重实验过程.
1注重实验过程中的设计环节，提高教学有效性
设计实验，就是从操作的角度把探究的问题具体化，程序化.一般做法是先分析该探究要解决哪几个问题，每个问题有哪几种解决方法，根据现有的条件和探究的要求，选择哪种方法好，然后根据实验方法确定需要哪些实验器材，按这些方法的逻辑关系构思出操作步骤.新课程标准要求学生实验时要经历实验设计过程，会选择科学探究方法和所需要的实验器材来设计实验.设计实验也是科学探究过程中重要的环节，但多数情况下，为了使科学探究能进行下去，教科书都需要介绍探究的方法，因此在课堂教学中，这个环节学生较少有锻炼的机会，加之老师认为设计实验方案很费时，影响教学进度，于是就直接给设计方案让学生进行实验.如在探究“电流与电压的关系”实验中：
场景甲：同学们已经知道了电流与电压有关，电压越大，电流越大，那么电流与电压究竟有什么关系呢，请大家按照图3连接电路，然后通过改变滑动变阻器的阻值，得到三组电压和电流值，填入表格，分析看是不是电压增大几倍，电流就增大几倍.然后学生开始实验.
这一教学省略了学生设计实验的过程，这样虽然能得到实验结论，但学生的能力得不到发展.如果换种方法，可能更利于学生的思维训练和能力发展.
场景乙：同学们已经知道电流与电压是有关系的，今天我们要共同探究电流与电压的具体定量关系，请大家思考下列问题并设计实验：（1）研究电流与电压时，是否需要控制电阻不变，是如何控制的？（2）电流与电压的大小是如何知道的？（3）如何改变电流与电压的大小？（4）记录数据的表格怎样设计？先让学生自己设计电路图，再用实物展台展示学生的设计，并让学生讲解方案，教师再引导学生用什么电路图，教师巡视时发现了三类电路图，并展示了出来，问学生图2比图1好在何处？又问图3比图2好在何处？
这一设计，学生不仅能得到实验结论，而且对电路图和器材的理解要深刻得多；经历了设计的过程，培养了创新设计能力；更重要是让学生通过学习物理知识，学会学习，学会探究，形成正确的价值观；而且还能感受到自己失败与错误，通过纠正错误，逐步走向正确，真正体会到成功的喜悦.
2注重实验过程中的操作环节，提高教学有效性
有了好的设计方案，还要注重实验操作.首先，要教会学生细致观察.许多实验现象有时是稍纵即逝，只有认真、细致地观察，才能捕捉到所要观察的现象；只有深入地观察，才能发现细微的变化和隐蔽的特征.观察时要有一定的目标性和重点性.只凭兴趣和爱好，在观察时注意力不集中，观察目标不明确，分不清重点，带有很大的盲目性和片面性，有的以局部代替整体，有的放过一些稍纵即逝的重要现象，对多种并存的现象，不能抓住其本质现象.因此，在实验教学中，教师要善于引导学生明确观察目标，对一些关键性的、重要的以及不易观察的对象和内容进行重点观察.如在“凸透镜成像规律”实验中，引导学生把点燃的蜡烛从离凸透镜远的位置，渐渐移近凸透镜进行全面观察.并记录随着蜡烛和凸透镜距离变化而产生的成像变化规律，这里要跟学生讲清观察的目标和重点是像的大小、倒正、实虚和像距的变化.通过对实验现象的观察，对比分析实验数据，学生自己可顺利得出凸透镜成像的规律.观察还要有一定的顺序.如测定小灯泡额定功率实验的观察顺序为：①先观察小灯泡的额定电压，再确定电源电压.电源电压应略高于小灯泡的额定电压；②观察电流表和电压表的指针是否指在“零”刻度线、量程和最小刻度；③观察滑动变阻器的最大电流和最大阻值；④按要求连接电路前电键是否断开，滑动变阻器是否滑在阻值最大位置；⑤电压表是否并联在小灯泡两端，量程是否选得合适；⑥电流表是否串联在电路中，量程是否选得合适；⑦实验开始时，闭合电键，调节滑动变阻器，重点观察电压表示数和电流表示数的大小.这样有顺序地观察 可以避免学生在实验时抓不到重点，手忙脚乱，以至于得不到正确的结论.
其次，要让学生小心操作.这是学生实际动手实验的具体过程，要求学生一定要以严谨的态度严格按规则和要求进行操作，如不能用手拿砝码，温度计不能做搅拌棒，电流表和电压表的接线柱不能接反等.若不按规则和要求操作，不仅实验错误，还会损坏仪器.实验过程中，对操作有困难的学生，老师应及时给予指导.
再次，要能让学生准确记录.在实验中，要正确地读取和记录数据.正确地读取包括读数的视角、读取方法（读到分度值的下一位）.记录数据时，要求学生应注重实验事实，不能随意改变实验数据，以培养学生实事求是的科学态度.
3注重实验过程中的数据处理环节，提高教学有效性
现在的学生，活泼好动，喜欢动手实验，但多数的学生不会收集实验数据，更不会整理与分析实验数据，这是长期以来中小学不重视学生综合思维能力的培养，片面追求升学率而忽视素质教育形成的不良后果.在国际奥林匹克竞赛中，我国学生动手实践科学实验能力、综合分析能力远远比不上欧美国家的学生，所以，培养学生科学实验能力迫在眉睫，而实验数据的收集、整理与归纳分析是学生的弱项，教师必须重视，加强这方面的训练.
3.1要求学生处理实验数据时实事求是
实验数据的处理是实验操作后的一个重要步骤，学生对所测数据进行分析、处理得出合理的结论.这一过程培养了学生分析解决问题的能力.有些教师重结果，轻过程，使“证据”形式化，交流过程中只选取并展示正确的数据，对问题数据视而不见；对出现“偏差”的数据简单以误差解释；有些学生由于实验测的数据误差太大，干脆从课本上查得结果；有的编造数据；有的根据规律推算应测的数据.师生们的这些做法，对实验目标的达成大打折扣.如“探究海波熔化”实验，由于实验有一定难度，许多教师上课采用展示装置器材、编制理想数据进行分析，或播放视频录像.这样做的优点当然是可以节省时间，而且实验数据完全符合要求.但对于学生来说，看录像和看实际实验效果是完全不一样的.我们要思考的是：既然录像能拍出很好的实验效果，为什么我们不能努力追求达到这种实验效果呢？将真实、有效的实验展示在学生面前是我们教师应该做到的.这就要求在评价交流实验数据时，教师不能刻意筛选，应该让学生的实验数据得到自由真实的展示.这是教师尊重学生、尊重数据的“证据意识”的表现.当学生的实验数据明显出现偏差时，教师引导学生自己发现问题，并且不惜时间让学生重新做一遍实验，这也是教师尊重实验，实事求是的科学态度的体现.
3.2教给学生处理实验数据的方法
要归纳科学规律，就要寻找数据之间相互关系的特征.这种特征通常表现为相等、之和、之差、乘积、比值等数学关系.因此在归纳时，就要通过对数据的比较，发现这些特征并归纳出结论.如“探究杠杆平衡条件”实验中，就要发现两种力和力臂的乘积是相等的.启发学生自己发现这些数据之间规律的过程，是一个发展学生创造性思维的过程.
4注重实验过程中的交流环节，提高教学有效性
新课标要求让每个学生都有充分的语言表达机会，要循序渐进地培养学生尽可能用较为准确的语言表述自己的探究成果，包括研究的过程、方法和结果.要让学生尽可能把自己的探究结果表述清楚，并且运用收集的信息和实验数据作出有说服力的解释.要让各种想法、观点进行充分地交流和讨论.培养学生注意倾听其他同学的研究报告、尊重别人的探究成果，允许别人对自己的探究过程和成果提出不同的意见或表示怀疑，并能认真思考别人的意见，改进自己的探究方案.要能将课标的要求落到实处，教师必须在设计方案、数据处理和实验过程等环节，组织学生交流实验中遇到的问题和自己的心得.这一交流环节要留给学生足够的时间，加之教师睿智的引导，才能增加交流环节的含金量，提高教学的有效性，使学生的语言表述能力和思维能力得到提高.如在“测量灯泡的功率”实验中，实验结束后老师问学生实验中遇到了哪些问题？学生甲说开始时灯泡不亮，移动滑动变阻器后又亮了；学生乙说灯泡不亮，发现是电池无电.教师说我也准备了一些实验中的问题，于是将问题投影给学生，进行讲解.
然而，这种交流是只具有形式，没有注重学生思维的培养.当学生说灯泡不亮，发现电池坏了时，教师应该追问：灯泡不亮的原因很多，你是怎么知道是电源坏了的？全班同学都可以来分享这位同学查找故障的思维过程，并在教师的引导下让学生分析，灯泡不亮都有哪些可能？这样教学就将交流落到了实处，注重了对学生思维能力和语言表达能力的培养，注重了生成性目标的达成，这样的课堂才是最有效的.
5注重实验过程中的多媒体使用，提高教学有效性
物理实验由于受时间和空间等客观条件以及仪器本身的限制，有些实验过程不够明显，实验效果不够理想，如果利用多媒体辅助实验，将实验过程更清晰地展现在学生面前，有助于学生的观察和理解，从而提高实验课堂教学有效性.
5.1利用多媒体增加实验过程的可视度
教师在讲台上演示实验时，学生不易观察到实验现象.如做磁体的磁场分布演示实验时，将实验器材放在讲台上演示，学生不易清晰地观察到玻璃板上铁屑的分布情况，拿下去让学生逐一观察又费时间.如果在实物投影上进行实验，这样全班每个学生对铁屑的分布情况观察得都很清楚，增加了实验的可视度，使教学更有效.
5.2实现实验过程的“慢镜头”和“快镜头”的展示
初中物理实验中，有些实验过程太快或太慢，学生不易观察，利用多媒体能将实验过程的快慢进行调节，能使学生获得很好的观察效果.如在“观察水的沸腾”实验中，学生在实验时要比较沸腾前后气泡在上升时体积大小的变化，而气泡上升时速度太快，加之烧杯又不高，所以不易看到气泡体积变化.用多媒体摄像头对着某组实验的烧杯进行摄像，并在多媒体上放映慢镜头的画面，学生就可以清晰可见，并能得到正确的实验结论.又如在“观察扩散现象”实验中，观察液体水和硫酸铜的扩散现象时，需要时间长，就可以在课前将这个实验摄像，再用慢镜头播放，学生清晰可见，这样就能提高课堂的有效性.
总之，“实验”是物理课改永恒的主题，随着课改走向深水区，我们一定要认识到实验是独特的、不可替代的；我们一定要认识到实验教学也有三维目标，除了学习知识、训练技能以外，物理实验还应在发展实验能力、提高科学素养方面发挥重要作用.只有注重了实验过程教学，实验教学才是有效教学.
