中学物理传统实验教学方法的改进
李冬平
中学物理新课程标准提出，实验是物理课程改革的重要环节.与传统的实验辅助、书本为主的教学方式不同的是，新课程标准要求的实验教学强调率先培养学生的实验能力和科学探究的能力.因此，必须重新调整实验的教学方法，提高实验教学的质量.
1中学物理传统实验教学的现状分析
中学物理传统实验是指中学物理教学体系中重要而典型的实验，按照长期经验来看，可以将其分为演示性实验和分组实验两种类型，随着教学工作的不断发展，又产生了一些新的实验形式，如随堂实验、研究性实验、探索性实验和主动性实验等.
传统实验多是生活现象的抽象，重在展现物理现象的规律、数据计算和处理，实验过程要求长期多次观察，因此有助于激发学生兴趣，培养学生的数据处理、思维能力和耐心细致的学习品质.在实际物理实验教学中，面临着诸多问题：如分子运动、太阳系恒星的运转等动态物理现象和过程，由于受时空限制无法演示；设备落后，精度不高，实验条件不足，实验的局限性较大，与预期的实验目标相差甚大；实验本身具有一定的难度，空间上观察难度大，时间上细微变化难以记录，往往只能定性描述；人眼观察和手工记录所获得的实验数据效率低下，科学性差.
2中学物理传统实验教学方法的改进
2.1传统实验教学改进的方法
根据物理教学的实践和经验，从实验现象的呈现、实验数据的处理、误差处理和学生备考等四个层面，对中学物理传统实验教学方法尝试性改进.
在实验现象的呈现层面上，针对部分变化微小、效果不佳的实验现象，可以改进实验装置、环境等方式，将仪器的尺寸同比放大，调整适合的仪器摆放位置，调整实验环境的光线和利用不同的方位动态演示等途径，将投影效果扩大，保证实验可见度；可以放大或暂停某些演示实验现象，如研究在无空气状态下羽毛和金属是否同时落下的实验，可以用录像机拍摄实验过程，再在课堂中放大或暂停播放；对于无法在现实中实现的实验，可以借助模拟实验再现实验过程.如磁场中磁感线的存在，磁场存在于整个空间中，是立体的，传统实验无法体现，借助三维动画，模拟磁感线在整个地球空间的分布情况，可以明确、立体而动态地展示实验过程.
在实现数据的处理层面上，常见的数据处理方法有算术平均值法、逐差法、列表法、图解法等.数字化实验室（DIS）[HJ1.7mm]是包含了传感器、计算机、数据采集器以及数据处理软件等实验装置在内的实验室，能够很好地完成实验的测量、采集和处理需求.DIS的数据采集器具有智能化、自动化功能，能够实现单点采样、连续采样以及阙值触发采样等，同时接入了四个传感器，能够实现不同物理量实验过程数据的同步性，保证实时的数据采集和处理工作.在采集过程中，显示器会通过F-t和x-t动态图象，实时显示和记录实验数据的变化，且数据的测量、采集和处理工作都在DIS内完成，实验结果更具精确性和科学性.
在减小实验误差层面上，由于测量必然存在一定的差距，因此误差不可避免，一般包括系统误差和偶然误差两种类型.对于偶然误差，可以通过多次测量，以平均值作为测量结果可以改进，而系统误差与实验本身缺陷相关，处理难度相对较大.一般可以通过改进实验设计、修正测量之后的理论计算等方法来改进.如加速度与力和质量间的关系，引入运动学的公式，x=0.5at2，将传统的一辆小车牵引改成两辆相同的小车牵引，通过对比两辆小车的实验结果，判断出误差范围.
在学生备考层面上，近年来高考对物理实验的考察越来重视.考察对象主要有：基本仪器如游标卡尺和螺旋测微器的使用；数据处理如数据的描点作图、根据数据分析结论；实验结论的应用；误差的分析；对实验基本方法的考查和实际创新等.可以看出，既有对实验基础知识的考查，也有对实验综合应用能力和创新的考查.首先必须重视教材大纲的基本实验教学，让学生掌握基本的仪器使用、观察、测量和读数能力，加强训练学生的数据处理和实验条件控制及故障排除的能力，重视学生对实验原理的理解，还必须在重视理论学习的基础上，加强实验操作，提高学生的实验能力和思维创造力.
2.2教学实例分析
这里以自由落体运动的教学为案例探讨对传统实验教学的改进，改进内容主要是对实验的可视性和趣味性以及数据处理等方面.
2.2.1教材和学情分析
教材内容来源于人教版实验教科书《物理》中第二章中的《匀变速直线运动的研究》中第四节的《自由落体运动》.学生已经在前面的教学中掌握了瞬时速度、平均速度和加速度等概念，在纸带上打点测量加速度，基本认识理想模型，对Excel处理数据有一定了解.
2.2.2教学目标
掌握重力加速度的概念、自由落体运动的条件、性质、规律等，培养观察和逻辑推理、探求知识的能力等.
2.2.3教学过程
首先，引入新课.利用“测反应时间尺”，进行“测反应时间”游戏，要求学生在抓住尺的同时测出对应长度所用的时间.
其次，开始新课.演示和学生自己实验来认识纸张、粉笔等的落体运动，要求学生探求决定落体运动速度快慢的因素，通过牛顿管实验得出结论，物体下落速度受空气阻力的影响，而不是物体本身重量的影响.要求学生自主分组实验，利用打点计时器记录物体的下落过程，利用Excel处理记录的数据，得出自由落体运动的规律和重力加速度.
最后，课堂总结.可以请学生概括本堂课的学习内容、结论和学生的反思，学生和教师共同点评，完成教学.
在对传统实验教学改进的过程中存在诸多问题，在教师培训、学生的实验能力培养、实验资源共享和中学的实验评价等方面还有诸多欠缺，在今后的教学和理论研究中，还需要进一步探讨.
中学物理新课程标准提出，实验是物理课程改革的重要环节.与传统的实验辅助、书本为主的教学方式不同的是，新课程标准要求的实验教学强调率先培养学生的实验能力和科学探究的能力.因此，必须重新调整实验的教学方法，提高实验教学的质量.
1中学物理传统实验教学的现状分析
中学物理传统实验是指中学物理教学体系中重要而典型的实验，按照长期经验来看，可以将其分为演示性实验和分组实验两种类型，随着教学工作的不断发展，又产生了一些新的实验形式，如随堂实验、研究性实验、探索性实验和主动性实验等.
传统实验多是生活现象的抽象，重在展现物理现象的规律、数据计算和处理，实验过程要求长期多次观察，因此有助于激发学生兴趣，培养学生的数据处理、思维能力和耐心细致的学习品质.在实际物理实验教学中，面临着诸多问题：如分子运动、太阳系恒星的运转等动态物理现象和过程，由于受时空限制无法演示；设备落后，精度不高，实验条件不足，实验的局限性较大，与预期的实验目标相差甚大；实验本身具有一定的难度，空间上观察难度大，时间上细微变化难以记录，往往只能定性描述；人眼观察和手工记录所获得的实验数据效率低下，科学性差.
2中学物理传统实验教学方法的改进
2.1传统实验教学改进的方法
根据物理教学的实践和经验，从实验现象的呈现、实验数据的处理、误差处理和学生备考等四个层面，对中学物理传统实验教学方法尝试性改进.
在实验现象的呈现层面上，针对部分变化微小、效果不佳的实验现象，可以改进实验装置、环境等方式，将仪器的尺寸同比放大，调整适合的仪器摆放位置，调整实验环境的光线和利用不同的方位动态演示等途径，将投影效果扩大，保证实验可见度；可以放大或暂停某些演示实验现象，如研究在无空气状态下羽毛和金属是否同时落下的实验，可以用录像机拍摄实验过程，再在课堂中放大或暂停播放；对于无法在现实中实现的实验，可以借助模拟实验再现实验过程.如磁场中磁感线的存在，磁场存在于整个空间中，是立体的，传统实验无法体现，借助三维动画，模拟磁感线在整个地球空间的分布情况，可以明确、立体而动态地展示实验过程.
在实现数据的处理层面上，常见的数据处理方法有算术平均值法、逐差法、列表法、图解法等.数字化实验室（DIS）[HJ1.7mm]是包含了传感器、计算机、数据采集器以及数据处理软件等实验装置在内的实验室，能够很好地完成实验的测量、采集和处理需求.DIS的数据采集器具有智能化、自动化功能，能够实现单点采样、连续采样以及阙值触发采样等，同时接入了四个传感器，能够实现不同物理量实验过程数据的同步性，保证实时的数据采集和处理工作.在采集过程中，显示器会通过F-t和x-t动态图象，实时显示和记录实验数据的变化，且数据的测量、采集和处理工作都在DIS内完成，实验结果更具精确性和科学性.
在减小实验误差层面上，由于测量必然存在一定的差距，因此误差不可避免，一般包括系统误差和偶然误差两种类型.对于偶然误差，可以通过多次测量，以平均值作为测量结果可以改进，而系统误差与实验本身缺陷相关，处理难度相对较大.一般可以通过改进实验设计、修正测量之后的理论计算等方法来改进.如加速度与力和质量间的关系，引入运动学的公式，x=0.5at2，将传统的一辆小车牵引改成两辆相同的小车牵引，通过对比两辆小车的实验结果，判断出误差范围.
在学生备考层面上，近年来高考对物理实验的考察越来重视.考察对象主要有：基本仪器如游标卡尺和螺旋测微器的使用；数据处理如数据的描点作图、根据数据分析结论；实验结论的应用；误差的分析；对实验基本方法的考查和实际创新等.可以看出，既有对实验基础知识的考查，也有对实验综合应用能力和创新的考查.首先必须重视教材大纲的基本实验教学，让学生掌握基本的仪器使用、观察、测量和读数能力，加强训练学生的数据处理和实验条件控制及故障排除的能力，重视学生对实验原理的理解，还必须在重视理论学习的基础上，加强实验操作，提高学生的实验能力和思维创造力.
2.2教学实例分析
这里以自由落体运动的教学为案例探讨对传统实验教学的改进，改进内容主要是对实验的可视性和趣味性以及数据处理等方面.
2.2.1教材和学情分析
教材内容来源于人教版实验教科书《物理》中第二章中的《匀变速直线运动的研究》中第四节的《自由落体运动》.学生已经在前面的教学中掌握了瞬时速度、平均速度和加速度等概念，在纸带上打点测量加速度，基本认识理想模型，对Excel处理数据有一定了解.
2.2.2教学目标
掌握重力加速度的概念、自由落体运动的条件、性质、规律等，培养观察和逻辑推理、探求知识的能力等.
2.2.3教学过程
首先，引入新课.利用“测反应时间尺”，进行“测反应时间”游戏，要求学生在抓住尺的同时测出对应长度所用的时间.
其次，开始新课.演示和学生自己实验来认识纸张、粉笔等的落体运动，要求学生探求决定落体运动速度快慢的因素，通过牛顿管实验得出结论，物体下落速度受空气阻力的影响，而不是物体本身重量的影响.要求学生自主分组实验，利用打点计时器记录物体的下落过程，利用Excel处理记录的数据，得出自由落体运动的规律和重力加速度.
最后，课堂总结.可以请学生概括本堂课的学习内容、结论和学生的反思，学生和教师共同点评，完成教学.
在对传统实验教学改进的过程中存在诸多问题，在教师培训、学生的实验能力培养、实验资源共享和中学的实验评价等方面还有诸多欠缺，在今后的教学和理论研究中，还需要进一步探讨.
