郑宗文，陈玉玉

(天津市复兴中学 天津 300121)

物理是以实验事实为基础的自然学科，以研究自然为本，目的在于培养学生的动手实践能力、实验探究能力、实验创新思维、与人合作的意识，从而开阔学生的眼界，提升学生的科学素质，这与科技教育的本质是一致的。如何在日常物理教学过程中，将科技教育与物理教学有效融合，笔者认为，实验活动是一个非常有效的手段。

物理实验教学特别有助于调动学生学习物理、探索自然的积极性，激发他们探索的兴趣和动力，促进学生探究意识和探究能力的提升，体会现代科技对社会进步起到的推动作用。因此，改进、创新物理实验教学的观念、手段，对开展科技教育具有十分重要的意义和价值。

笔者从以下几个方面做了探索与实践。

1 转变实验教学意识

传统的教学是一种应试教学，它以考试分数来评价教师的教学成绩和学生的学习成果，教师为了追求较高的教学成绩，把学生当成了学习的客体，试卷考什么，教师就教什么；学生为了追求高分，不断地“记、背、练”各种物理题型，通过“反复练、练反复”来“练会”物理，而不是“学会”物理。这样一来，在大多数学生心目中，物理就从一门“有意思的自然学科”变成了“有问题的困难学科”了，就更不知道物理实验是为了“探究什么”了。

传统的物理实验一般分为两类：一是以“老师做，学生看”为主的演示实验；二是在教师指导下，以“验证性”或是“形式探究性”实验为主的学生分组实验。可以说，传统的物理实验教学模式是以“接受式教学”为主，有一定的局限性，使实验的探究性只“流于形式”。其实，探究不是形式，而是内容和过程。

2 转变实验教学的模式

2.1 增加实验数量，增强实验的“趣味性”

物理既然是一门实验学科，首先，就一定要让学生体会到：物理的结论，大多数是通过实验得到的。因此，教师就不能只拘泥于课本、课标上所规定的有限的几个演示实验和学生实验，应该通过自己动手、动脑，去尽可能地增加实验的数目，让学生真正看到、体会到，并且相信所学的多数理论都来自于实验，而不是来自于“老师就这么教的”；其次，我们不仅要让学生看到实验，更要让学生参与到实验中来，这就要求老师在设计实验时，在注重“科学性”的前提下，还要注重增强实验的“趣味性”，让学生感到实验是“有趣”的，他们才能去主动的学习、研究，然后才能感到物理是“有用”的。

例如，在高三学习全反射时，老师们都会讲到彩虹和海市蜃楼等例子，传统的处理方法是：利用视频、图片来进行讲解，让学生观察。并且，老师通过几何光路分析这些现象的成因，把很美妙的自然现象一下就给学生讲懵了。对此，笔者做了这样一个尝试，就是让学生自己亲手“制作”彩虹，只有让他们亲自的动手做、用眼看、动脑想，才能够深刻的记住这些自然现象中有一条原理叫做“全反射”，这样就够了(见图 1)。最后，当彩虹出现在学生面前的时候，他们充满了喜悦和探知欲。同时，笔者也体会到了培养人才就需要培养这种科学探究精神和实践探索能力。

图1 师生共同拍摄的照片Fig.1 Photos jointly shot by the teacher and students

2.2 开发探究性实验，增强实验的“探究性”

创设探究课题，参与探究过程，才能培养、提升学生的探究能力。教师可以在现有的演示实验、学生实验、做一做中，立足日常生活，开发探究点，使其在内容上具有“挑战性和探索性”，激发学生在已有认知基础上产生探究欲，促进其与同学、教师互动合作，从而提出问题、探究问题、解决问题，进而不断发展和完善自己的知识结构与探究能力。因此，我们可以创设许多生活化情境，设计出与此相关的实验探究，这不仅使我们的教学内容更真实、亲切，更能体现“实践到理论，由理论再到实践”的观念，更重要的是让学生知道，实验是“有用”的。

比如，在高中电磁感应一章，课本上有一个做一做实验：“摇绳能发电吗？”在一般情况下，老师对此问题只是进行理论讲解，很少付诸实施。笔者针对该问题，开设了一个探究课题，该课题分为3个小专题：

专题一：摇绳发电的“可行性”。

该专题的主要目的是利用摇绳方式让学生亲自验证利用地磁场是可以发电的，而且是交流电(见图2、图3)。

图2 课本“做一做”图片Fig.2 Illustration of “Make a Try” in the textbook

图3 学生实验照片Fig.3 A photo of students carrying out the experiment

专题二：“利用摇绳发电测量复兴中学地磁场磁感应强度”。

在这个课题研究中，学生通过分工、合作、选材、分析等环节，利用传感器采集、分析、处理数据，通过数据分析，得出两个结论：一是摇绳发电“可以”，但想大规模发电“不可行”；二是通过此实验过程，测定出复兴中学地磁场磁感应强度数量级为 10-5,T(课本给出的参考值 5×10-5,T)。通过这个课题的探究过程，不仅让学生更加深刻地理解了电磁感应，更让学生体会到学习就是从实践到理论，再从理论到实践的过程(见图4)。

图4 传感器采集的实验数据Fig.4 Experimental data collected by sensors

专题三：创意设想。

通过前面的实验研究过程，让同学们切实体会了地磁场的存在和作用，在此基础上，将研究过程逐步深入，并设计了“地磁在我身边”这个开放性的题目，让学生尽可能地发挥想象力、创造力，将地磁场形象化展示出来，不论什么方法，只要合理即可。在此，笔者展示几个学生的创意：

①小磁针。将几个小磁针相隔一段距离摆放，静止后 N极指向一致，这是展示地磁场的最简单的方法。

②自制地磁场体验机(见图5)。该装置设想可作为一个科普体验项目供学生们操作，当学生蹬自行车时，两边的发电装置同时工作，左边为地磁发电，只要指针摆动，就直观地展示了地磁可以发电的事实，右边为传统发电装置，通过两边电表示数的差别，显示了地磁发电的“不可行性”。

图5 自制地磁场体验机Fig.5 A self-made geomagnetic field experience machine

③地磁场洛伦兹力演示装置。传统的地磁场洛伦兹力通常都是用图片、视频等媒体来展示，而笔者则想设计一个演示装置，把该内容直观展示在学生面前，设计如图6、图7所示。

图6 在地球仪的赤道上，绕上线圈，通电后就能构造出一个“人造地磁场”Fig.6 Making a “Manmade Geomagnetic Field” by winding coils around the equator of a tellurion

图7 充当宇宙射线Fig.7 Mimicking cosmic radiation

以上几个小创意，可能看上去很简陋、可笑，有可能在实际操作中会以失败告终，但只要“敢想、能做”，不管结果是否成功，都可以达到物理学习的目的。

2.3 创设开放性实验，增强实验的“实用性”

探究能力的培养，归根到底还是探究意识的培养，没有探究意识，就等于没有探究的“源动力”。教师可以根据学生现有知识与能力，设计一些没有固定方案的实验课题，供学生去思考、研究。

比如，高中的学生，已经比较熟练掌握了长度的测量方法和工具的使用方法。于是，笔者就提出了一个课题，同时也是一个趣味挑战：“奇趣测量”。表1为具体内容。

表1 奇趣测量内容及评价标准Tab.1 Contents of the Interesting Measurement and appraisal standards

方案一：简单、正确，但精度最差。

方案二：较上一种方案，误差会小一些，但精度依然很差，尤其是在大距离测量时。

方案三：个人感觉，最实用、最有趣，虽然在计算时可能也会出现较大的误差，但想法非常值得肯定。下面对该方法做个详细说明：

用Google Earth的卫星照片，加上实地测量，然后绘制比例尺，最终，在纸面上完成测算(见图8)。

图8 天津市复兴中学的卫星图片(截取自Google地图)Fig.8 A satellite picture of Tianjin Fuxing High School(a screenshot of Google Map)

实施方案片段：以操场为例，确定测量方法。

① 直线形长度的测量：通过实地测量与图片测量的结合，自行绘制比例尺，然后进行逐一计算。

例如：操场的球门实际测量宽度7.32,m；图片上的测量宽度1,cm。所以比例尺为1∶732。若在图片上测量天文馆大球直径为 1.2,cm，则其实际直径应为：d== 878.4 cm = 8.748 m。进而还可以计算该球的体积等等。

② 曲线形长度的测量。

③ 直边形面积的测量。

④ 曲边形面积的测量。

注：②③④ 的具体内容略。

此实验题目创设的灵感，来自于一般的地图和“油膜法测分子直径”的估算法。这些，都是物理教学研究过程中常用的方法，甚至于也是日常生活中处理问题的常用方法，应该让学生们掌握。

方案四：测量能力要求较高、调试难度较大、受测量环境影响较明显，但精确度为最高。

2.4 开设特色课程，增强实验的“创新性”

对学生科学素质的培养，是新课程改革中的重中之重，但由于“应试”的压力，会使得在实际教学中难免偏离“素质教育”的轨道。因此，笔者围绕学生的主修课程，在全校范围内开设了以“科技创新”为主题的特色类校本课程。开设校本课的目标在于：使学生更为深入地学习高中物理的有关知识、方法和技能，并通过实验、活动等多样化的教学手段，增强学生的参与意识、团队协作意识、实践能力、探究能力和与人交流的能力，从而，进一步提高学生的科学素质，激发学生学习物理的兴趣，最终，培养学生实事求是、严谨认真的科学态度。

校本课的内容有：①课内知识的巩固与延展；②实验室资源的开发与利用；③日常器具的开发与利用；④信息技术与学科教学的有效融合；⑤探究能力的培养。

校本教学的模式：分组研讨 → 确定研究课题 → 共同研讨解决方案 → 实施 → 发现、解决问题 → 不断完善 →成品。

在这个教学过程中，通过各个环节的精心安排，培养了学生主动与他人合作的意识及团队精神，使学生善于将自己的见解与他人交流，敢于坚持正确观点，勇于修正错误。在不到两年的时间里，笔者指导的学生取得大大小小的科技奖项和荣誉近 20个，并且，已有 16个学生的设计取得了国家专利(见图 9)。其中，有的项目还在 2014年 5月通过美国组委会的审核，走出国门，赴美参加了“国际可持续发展奥林匹克竞赛”，并取得了优胜奖。当学生身披国旗站在国际领奖台上时，我们那种强烈的民族自豪感油然而生。师生所取得的成绩，还被《每日新报》、《渤海早报》、北方网、新浪、搜狐等媒体进行了报道和转载。这些荣誉的取得，大大激发了学生的学习动力和创新意识！

图9 成果展示Fig.9 Display of Achievements

通过上述实践活动，大大提升了学生的学习兴趣，培养学生的科学素质和创新意识，树立了学生的责任感和使命感，并且，以学生乐于参与的形式，将科技教育有效融入到物理教学过程中。因此，笔者认为，在物理教学中落实科技教育，要坚持“贴近实际、贴近生活、贴近未成年人”的三贴近原则。只要以正确的科技教育观念为指导，立足于学生现实生活经验，着眼于学生的发展需求，贴近学生的认知方式，注重学生的体验和感受，教育的实效性就能突显出来。

3 教育要从大处着眼小处着手

老师们通过教育教学过程，使学生取得了考试分数和各级各类的获奖证书，这些都是摆在台前的、光鲜靓丽的一面，而笔者则更注重那些幕后的、不起眼的、与学习成绩无关的一些“成就”。在此，笔者展示两样非常简陋的、不起眼的东西(见图 10)。

图10 自制手机支架Fig.10 Self-made mobile phone holders

这是当初活动时笔者给学生布置的一个小题目“手机支架”，拿到题目后，学生的反应几乎就两种：一种是“这东西很便宜，买一个”，一种是“试着做一个”，而笔者更关注后者。别看这东西结构简单，但真正做起来，没那么容易，比如选多长的材料？在什么位置弯钩比较合理？背后的支撑架做多高？多大角度等等……这些问题都是在真正操作时才能遇到，需要不断去解决。一个支架，每个学生要来来回回地修改至少 3次，平均用时 20分钟。这个过程看起来很笨拙，但是，从那以后，我的许多学生都对动手制作产生了浓厚兴趣，我再给他们布置题目的时候，他们的观念都从“买一个”变成了“做一个”，正是这个小小的转变，真正体现了教育教学促使学生发生改变；正是这些小能力的培养，真正调动了学生的积极性，助推着学生的课内学习。

实验，是探索物理奥秘的工具。在实验教学中，我们不能“形式化”地追求探究，要注重“有内容”地落实探究。但是，在物理实验教学中培养学生的动手、动脑能力又是一个漫长的过程，几次实验、几次合作、几次探究是不能达到目的的，它是一个循序渐进，由浅入深，逐步开展的过程。我们坚信，只要经过长期不懈的努力，一定会造就一大批优秀的创新人才！■

［1］中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准(实验稿)[M].北京：北京师范大学出版社，2001.

［2］物理教学大纲[M].北京：人民教育出版社，2002.

［3］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[M].北京：人民教育出版社，2003.

［4］梁建.浅谈在物理教学中学生实验探究能力的培养[J].中国现代教育装备，2011(8)：63-64.

［5］黄金海.中学物理实验教学理念发展与思考[J/OL].义务教育，2007(5)：http://www.pep.com.cn/rjqk/sjtx/wl/2007_5zd212q/ 201101/t 20110105_ 1004507.htm.

［6］陶洪.物理实验论[M].南宁：广西教育出版社，1996.