自高中物理新課程實(shí)施以來(lái),實(shí)驗(yàn)教學(xué)已得到極大的加強(qiáng),但是由于教材、師資水平,以及實(shí)驗(yàn)室和儀器裝備建設(shè)、課程資源等多方面的原因,物理新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在著不少問(wèn)題和困難,亟待加以研究和解決。
一、高中物理新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)
1.實(shí)驗(yàn)地位顯著提高
高中物理新課程把科學(xué)探究列為重要的課程內(nèi)容之一,體現(xiàn)了物理新課程理念的重大轉(zhuǎn)變。學(xué)習(xí)物理必須經(jīng)歷探究的過(guò)程,而物理實(shí)驗(yàn)是物理探究的重要載體。在高中物理新課程教材中出現(xiàn)了“說(shuō)一說(shuō)”、“思考和討論”、“做一做”、“探究實(shí)驗(yàn)”、“問(wèn)題與練習(xí)”、“大家做”、“廣角鏡”等眾多欄目,這些無(wú)不涉及實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。可見(jiàn),在高中物理新課程中,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位得到顯著提高與加強(qiáng)。
2.對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊蟾用鞔_
高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的探究能力做出了詳細(xì)而明確的要求:“能夠發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題,對(duì)解決問(wèn)題的方式和問(wèn)題的答案提出假設(shè),能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵延袟l件,制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作和用多種方式收集數(shù)據(jù),會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,嘗試分析假設(shè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果間的差異,能寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)探究報(bào)告。”同時(shí),明確提出了物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木唧w要求,其中確定研究問(wèn)題、設(shè)計(jì)選擇實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)測(cè)量、定量分析、探究創(chuàng)新等方面的要求比初中階段都有顯著提高。
3.實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和類(lèi)型大幅度增加
高中物理新課程實(shí)施后,物理課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容大量增加。以現(xiàn)行的人教版高中物理教材為例:必修1、必修2的演示實(shí)驗(yàn)20個(gè),學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)7個(gè);選修2系列(包括2-1、2-2、2-3)和選修3系列(包括3-1到3-5)的演示實(shí)驗(yàn)共計(jì)73個(gè),學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)25個(gè);必修1、2和選修3系列共設(shè)課堂實(shí)驗(yàn)17個(gè)、“做一做”51個(gè);同時(shí),還在附錄中設(shè)置了“物理實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題”模塊,有14個(gè)實(shí)驗(yàn)示例供學(xué)生選擇,原則上實(shí)驗(yàn)數(shù)量不少于8個(gè),給學(xué)生留有充分的選擇余地。
可以看出,高中物理新課程實(shí)驗(yàn)的數(shù)量在急劇增加,實(shí)驗(yàn)方式更加靈活。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)共同的特點(diǎn)就是注重“實(shí)踐”、“觀察”、“思考”、“討論”、“拓展”,有的還明確要求學(xué)生“表達(dá)與交流”,為學(xué)生搭建了探究的階梯,突出了學(xué)生的主體地位與個(gè)性發(fā)展。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)類(lèi)型的拓展和變化反映了物理新課程在轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)學(xué)生探究能力等方面的要求,使學(xué)生的思維與創(chuàng)造力始終處于被激發(fā)的積極狀態(tài)。
4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與現(xiàn)代科技緊密結(jié)合
在物理新課程中,數(shù)字化的教學(xué)裝備被大量引進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)室,如基于各種傳感器和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理、微電腦數(shù)字計(jì)時(shí)器的廣泛應(yīng)用、用數(shù)碼相機(jī)研究自由落體運(yùn)動(dòng)、對(duì)汽車(chē)變速器的了解等。在選修教材中,涉及了綠色能源的開(kāi)發(fā)、用激光筆進(jìn)行光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)、觀察變電站和高壓輸電線(xiàn)路、利用溫度傳感器和光敏傳感器等制作一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路等。注重加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)和科技的緊密聯(lián)系,重視學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的培養(yǎng)和強(qiáng)化。
二、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題
1.部分教材實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不夠科學(xué)
有些高中物理新課程教材在安排實(shí)驗(yàn)的時(shí)機(jī)、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上存在明顯不足。有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得不夠嚴(yán)謹(jǐn),如實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、可操作性不強(qiáng)等。如選修模塊中的“用油膜法估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)就存在以下問(wèn)題:酒精油酸溶液的配置濃度標(biāo)準(zhǔn)難以掌握。配置的溶液濃度過(guò)大,形成的油膜層張力就會(huì)過(guò)大,油膜層會(huì)沖破漂浮在水面上滑石粉形成的區(qū)隔界限,測(cè)得油膜層面積數(shù)據(jù)會(huì)遠(yuǎn)小于實(shí)際數(shù)據(jù);而配置的溶液濃度過(guò)小,形成的油膜層張力過(guò)小,油膜層與漂浮在水面上滑石粉的自然界限區(qū)別不清,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,因而很難觀測(cè)油膜層面積數(shù)據(jù)。
同時(shí),在實(shí)驗(yàn)時(shí)機(jī)的安排上,應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和實(shí)驗(yàn)儀器裝置組成的難易程度分散安排,不宜在時(shí)間上過(guò)于集中,使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。如瞬時(shí)速度的測(cè)量,高一學(xué)生是首次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,使用儀器中有電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器,“做一做”欄目中有用運(yùn)動(dòng)傳感器和計(jì)算機(jī)一起測(cè)速度,“科學(xué)漫步”中有用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器測(cè)速度,而儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、使用方法也屬于實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容的組成部分。這三部分內(nèi)容編排緊湊,六種較復(fù)雜的儀器連續(xù)呈現(xiàn),使學(xué)生感到眼花繚亂、目不暇接,容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。
2.實(shí)驗(yàn)室及其儀器裝備難以滿(mǎn)足教學(xué)的需要
(1)實(shí)驗(yàn)室的間數(shù)和面積不完全達(dá)標(biāo)。據(jù)調(diào)查,由于教育資源的快速優(yōu)化和整合,西部省份高中每個(gè)年級(jí)的規(guī)模大多在15個(gè)平行班左右;有的年級(jí)甚至達(dá)到20個(gè)班,而具有四間左右實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校在60%左右,有40%的學(xué)校只有兩間實(shí)驗(yàn)室。①實(shí)驗(yàn)室無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需要。加上現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校班額較大,給開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和學(xué)生活動(dòng)帶來(lái)諸多不便,同時(shí),還存在一定的實(shí)驗(yàn)安全隱患,遇到突發(fā)情況學(xué)生無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)快速疏散。
(2)儀器裝備嚴(yán)重不足。教師反映學(xué)校急需新課程開(kāi)設(shè)所需的實(shí)驗(yàn)儀器和裝備,主要是必修課程所需的一些傳感器和數(shù)字化設(shè)備,如運(yùn)動(dòng)傳感器、力傳感器、電壓傳感器等各種傳感器,以及與之相配套的計(jì)算機(jī)和繪圖軟件等。但是,由于這些新器材價(jià)格極其昂貴,一些學(xué)校囿于財(cái)力在短時(shí)間內(nèi)難以配備齊全。
(3)實(shí)驗(yàn)儀器裝備經(jīng)費(fèi)不足。目前絕大部分學(xué)校購(gòu)置器材設(shè)備的經(jīng)費(fèi)都是由自己籌措負(fù)擔(dān),教育部門(mén)投入較少。物理儀器設(shè)備極其昂貴,學(xué)校受自身財(cái)力的制約,只有三分之二左右的學(xué)校能夠做到隨時(shí)補(bǔ)充。離開(kāi)儀器裝備的有力支持,一些物理實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展。
3.教師的實(shí)驗(yàn)技能難以滿(mǎn)足課程的需要
部分物理教師的實(shí)驗(yàn)技能不足。面對(duì)許多新增的實(shí)驗(yàn),如借助傳感器用計(jì)算機(jī)測(cè)速度,用數(shù)碼相機(jī)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡、用傳感器和計(jì)算機(jī)研究平拋運(yùn)動(dòng)的裝置等,教師由于缺乏使用這些新儀器設(shè)備的技能和培訓(xùn),根本不熟悉這些儀器設(shè)備的使用方法,開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)缺乏經(jīng)驗(yàn)。
同時(shí),不少學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量不足也直接影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。據(jù)調(diào)查,目前2/3的學(xué)校有專(zhuān)職物理實(shí)驗(yàn)員,1/3的學(xué)校有兼職實(shí)驗(yàn)員,但根據(jù)學(xué)校的現(xiàn)有班級(jí)數(shù),即使有專(zhuān)職的實(shí)驗(yàn)員,實(shí)驗(yàn)員的數(shù)量也不能隨學(xué)校班級(jí)的增加按一定的比例增加。面對(duì)新課程眾多的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,沒(méi)有一定數(shù)量受過(guò)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍是很難勝任的。
三、改進(jìn)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略
1.完善教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
(1)增加物理實(shí)驗(yàn)儀器裝備組成結(jié)構(gòu)名稱(chēng)、功能作用的內(nèi)容。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出:儀器裝置是一種重要的課程資源。其內(nèi)涵不僅包括物理儀器裝置所蘊(yùn)含的物理原理、物理思想,同時(shí)也包括儀器裝置各部分的結(jié)構(gòu)名稱(chēng)、功能作用及傳遞的文化內(nèi)涵等。在教材中增加一些與物理實(shí)驗(yàn)儀器裝備組成結(jié)構(gòu)名稱(chēng)、功能作用相關(guān)的內(nèi)容,不僅可以提高教師對(duì)儀器裝備結(jié)構(gòu)組件名稱(chēng)和作用表述的規(guī)范性,也有利于提高學(xué)生對(duì)課程資源的綜合利用能力和實(shí)驗(yàn)文化素養(yǎng)。
(2)基于實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。物理新課程強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。在實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的設(shè)計(jì)上要盡可能地結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程,以具體的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)情景為素材,加深對(duì)原始實(shí)驗(yàn)的拓展和開(kāi)發(fā),這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析和綜合能力。
(3)基于大多數(shù)學(xué)校的器材配備實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)施物理新課程實(shí)驗(yàn)所需儀器裝備經(jīng)費(fèi)巨大,一般學(xué)校都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要逐年分期分批配備,教材上的有些實(shí)驗(yàn)與學(xué)校實(shí)際配置的儀器裝備條件差距較大,因此,在教材的編寫(xiě)中應(yīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)一些以大多數(shù)學(xué)校實(shí)際配置的儀器為原型的問(wèn)題。如必修1《研究平拋運(yùn)動(dòng)》中可增加一些與J2154型平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器有關(guān)的問(wèn)題,選修3-5《探究碰撞中的不變量》中可增加一些與J2135型碰撞實(shí)驗(yàn)器有關(guān)的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題等。
(4)根據(jù)儀器裝備的常見(jiàn)故障設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。如筆者所帶的學(xué)生在做必修2《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》中的實(shí)驗(yàn)時(shí),有幾個(gè)組的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的“跡點(diǎn)”是雙點(diǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師組織學(xué)生一起探究解決這個(gè)問(wèn)題。在研究和解決這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中,學(xué)生的探究興趣濃厚,信心大增,有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)。再如有的學(xué)生在接觸電路過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表的指針倒轉(zhuǎn)。當(dāng)把多用電表的開(kāi)關(guān)撥到電阻擋,紅黑兩個(gè)表筆短接后,電表的指針卻不指向電阻的“0”刻度線(xiàn)處,而是與“0”刻度線(xiàn)有一定的夾角。這些故障學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中都極易碰到,基于這些問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),既能夠激發(fā)學(xué)生的興趣,也能夠促進(jìn)學(xué)生研究意識(shí)和能力的發(fā)展。
2.加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)室的資源配置
(1)提高物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和儀器裝備的標(biāo)準(zhǔn)。新課程實(shí)施以后,教育部頒布了《高中理科教學(xué)儀器配備標(biāo)準(zhǔn)》,它和《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范》一起構(gòu)成了新課程高中階段實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和儀器配備的新標(biāo)準(zhǔn)。盡管這兩個(gè)文件都是針對(duì)新課程物理實(shí)驗(yàn)的變化而制訂的,但是相關(guān)的規(guī)定仍然無(wú)法滿(mǎn)足急劇增加的物理新課程實(shí)驗(yàn)要求。
如演示儀器仍要求按1~2套配備,也未說(shuō)明使用的條件范圍,但是究竟多少個(gè)平行班按1~2套配備?若同年級(jí)的平行班級(jí)有20個(gè),這1~2套演示儀器如何使用?因此,配備標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)予以相應(yīng)的調(diào)整和提高。一般同年級(jí)的平行班數(shù)量在15~20個(gè)左右的學(xué)校,演示儀器應(yīng)提高到4~6套配備,學(xué)生實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)按28~30套配備,使演示儀器配備的數(shù)量與學(xué)校的班級(jí)數(shù)相協(xié)調(diào)。
(2)在政策制度上保證儀器裝備經(jīng)費(fèi)的落實(shí)。物理學(xué)科一些大型的、貴重的、精密的儀器設(shè)備等,僅靠學(xué)校自行采購(gòu),其經(jīng)濟(jì)能力是難以支撐的。建議省級(jí)儀器裝備部門(mén)統(tǒng)一采購(gòu)招標(biāo)、供貨、檢驗(yàn)、派發(fā),政府、教育主管部門(mén)按一定的比例支付實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),減少學(xué)校自行購(gòu)置的隨意性;同時(shí)實(shí)施教育部門(mén)投入、社會(huì)捐贈(zèng)與學(xué)校自籌“多條腿”走路的辦法。
省級(jí)儀器裝備部門(mén)在制訂計(jì)劃時(shí),應(yīng)基于學(xué)校實(shí)際使用的必修和選修教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,采用長(zhǎng)期計(jì)劃與短期使用相結(jié)合的方法,采購(gòu)、配置儀器,以避免儀器配置的盲目性和被動(dòng)性。
(3)確立整體解決的思路。完成高中物理實(shí)驗(yàn),不但需要儀器與儀器的配合,而且需要儀器與裝備、儀器設(shè)備與維修技術(shù)等的緊密配合。因此,裝備部門(mén)、教育部門(mén)、學(xué)校在投標(biāo)采購(gòu)時(shí)最好采用整體解決的思路,從實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃設(shè)計(jì)、裝備的組裝和調(diào)試、有關(guān)附屬設(shè)備配套,再到技術(shù)支持、培訓(xùn)維修等相關(guān)內(nèi)容,整體招標(biāo),特別是要與教學(xué)儀器企業(yè)建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的協(xié)作關(guān)系,建立儀器設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題的追究制度。
3.強(qiáng)化物理教師和實(shí)驗(yàn)員的培訓(xùn)
物理教師和物理實(shí)驗(yàn)員是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的具體實(shí)施者和準(zhǔn)備者,其工作責(zé)任心和業(yè)務(wù)水平的高低,直接影響學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。物理新課程實(shí)施后,急劇增加的物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理教師和實(shí)驗(yàn)員的實(shí)驗(yàn)技能提出了挑戰(zhàn)。盡管針
