张玮琪　倪亚贤

摘要：实验是物理学的重要组成部分，结合中学物理基础实验的分析，本文总结了教师应具备的实验教学素养：设计情境探究式实验课堂的能力;深入理解教材，将实验探究活动落实在核心问题上;量化分析实验原理，做出现象明显的演示实验.

关键词：中学物理;实验教学素养;策略

1 问题的提出

义务教育物理课程标准（2011年）中明确提出：将科学探究列入“课程内容”，旨在让学生经历与科学工作者进行相似的探究过程，主动获取物理知识，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究的乐趣，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神.对新课标的要求进行解读不难发现，实验教学是特点鲜明的情境教学模式，是学生针对具体情境或教师提出的问题主动设计创造进行实验探究，并在探究的过程中获取知识、锻炼实验技能.但是，在目前的中学课堂中，物理实验教学并没有真正落实在学生自主探究上，更多的是教师带领学生“观看”探究过程，并做一些简单的验证性实验，实验教学流于形式，没有真正发挥实验教学培养学生科学素养的目的.因此，情境探究式的实验教学不仅需要教师有较强的动手能力运用好实验器材，更需要教师有较专业的实验教学素养.基于以上分析，如何提升教师实验教学素养是现在物理教学中亟待解决的问题.下面笔者将结合一些具体实例探求提升实验教学素养的策略.

2 树立理论知识与实践结合的教学观，设计情境探究式的实验课堂

知识是鲜活的实践，实验教学的核心应该是“自主探究”，在实践中获得知识.纵观如今的实验教学课堂，不论是教师演示实验还是学生探究实验，实际上并未真正做到让学生“经历与科学工作者相似的探究过程”.日常教学中的演示实验教师更加倾向于让学生了解实验的基本原理以及操作方法，欠缺了学生的实践参与.结果是实验教学单纯只为考试服务，没有做到发展学生的科学素养.而学生分组实验中更多的教师倾向于让学生在掌握知识的前提下机械的重复教师的操作，关注教而忽略学，只重视知识的掌握，未把实验教学的重心真正落到探究活动上来，知识与实践是完全分离的状态.

实验教学是情境认知的过程，强调理论知识与实践相互作用，在实践过程中由学生自主发现物理规律，掌握基本知识.如苏科版九下《电磁感应》中探究感应电流的产生条件，教材上直接列出表格给出三种导体在磁场中的运动情况，再让学生实际操作“探究”哪种方法可以产生感应电流.看似合理，但实际上却是已经明确告诉学生磁场可以产生电流的结论，再将学生的思维禁锢在三种运动方式中来让学生验证哪种方式能够产生感应电流而已，依旧没有跳出先教授理论知识再进行验证性实验的怪圈，并不能将其称之为探究活动.情境探究式的实验教学，是教师给学生提供一个具体的情境或者问题支架，学生在该情境或问题下自主设计实验方案来解决问题，在实践操作、不断反思、解决问题的过程中获得理论知识，并且发展实验素养.

本节的实验教学，可设计为基于情境问题层层递进的三个探究活动.首先活动一“探究磁场能否产生电流”，此活动作为引入可建构在学生已学习的奥斯特实验上，提出问题：“既然电流能产生磁场，那么磁场可以产生电流吗？”给出具体的情境问题，利用奥斯特实验原本的实验器材，让学生设计探究磁场能否产生电流的方法.逆向思维式的提问方式，很容易提示学生设计出逆向操作式的實验方案.如图1所示，转动小磁针，观察电流表的指针偏转情况.这时由电流表指针不偏转的现象引发学生讨论原因以及可能的解决方案，教师此时可以基于学生的回答情况引入新知识的教学.如学生回答电流太小，电流表分度值太大，希望有更加精确的电流表就可以介绍灵敏检流计的使用;学生回答实验设计欠佳可能是磁场太弱或者导线不够长可以介绍条形磁铁和螺线圈的使用;学生回答磁场不能产生电流则可以引导学生改进实验来验证自己的猜想等等.通过学生的自主探究来发现问题，教师作为引导的角色介绍新知识，让学生重新设计或改善实验方案，由此过渡到活动二“再探磁场能否产生电流”.

在活动一的基础上，学生认识了新器材——检流计和螺线圈，自主对实验方案改进，同时教师引导学生设计如图2所示的装置.此时可以让不同小组来展示自己的实验过程，其他小组进行评价，在此过程中找出问题并加以改进.在评价改进的过程中学生不仅完善了实验方案，而且学会了本实验中需要注意的细节问题.通过改进的实验很容易观察到检流计的指针发生偏转，教师从而介绍感应电流的相关概念，将学生的实验成果上升到理论概念的高度，

在进入活动三“探究感应电流产生的条件”之前，不宜直接让学生猜想原因.学生在日常生活中对电磁感应现象并没有深刻的认识，对涉及的基本科学原理的感性认知甚少，为猜想与假设带来困扰.为此，需要创设引领猜想与假设的物理情景，有了对情境的充分感知，猜想才会自然生成.基于以上理论，在进行活动三之前可以让学生再次进行活动二的实验，引导学生改变相关条件，观察现象的不同.如改变磁铁插入的方向;开关的闭合与否等等，此时学生可观察到检流计指针偏转方向的改变和不偏转的现象.引导学生思考原因并讨论如何改进实验来探究，针对学生的回答，教师加以引导设计出活动三的实验方案，如图3所示.条件一闭合回路比较简单，可让学生自主尝试开关闭合与否，比较现象的区别并总结结论.条件二切割磁感线，该因素的探究可让学生尝试沿不同方向移动线圈，同时观察指针偏转情况并记录在表格中，如表1所示，教师引导学生根据自己的实验结果讨论感应电流产生的条件，同时教师予以介绍切割的概念，最后总结得出切割磁感线时线圈中产生感应电流，

同时，引导学生再次尝试从表格中发现值得探究的问题，发现切割方向的不同带来指针偏转方向的不同，进而思考问题“如何设计实验探究影响感应电流方向的因素”.提供了以上的问题支架，接下来就可以让学生自主设计实验，可对调磁极和改变切割方向，最后教师加以辅助得出改变电流方向的两个因素. 三个实验活动环环相扣，基于具体情境或问题，学生反复试误和反思来寻求结论，在错误中发展判断力和创造力.这种科学的分析论证和判断决策素养一旦养成，就会受用一生.知识与实践是有机的整体，如果两者分离，知识就会处于惰性和放置不用的状态，仅仅靠死记硬背和题海战术是达不到与学生亲自实验探究相同的效果的.

3 加深对教材的理解，将探究活动落实在核心问题上

实验教学是围绕核心问题展开的探究活动，因此要求教师不仅对教材有深刻的理解，也需要教师有合理的指导技巧，

中学阶段的物理课程内容是螺旋式的组织形式，初中阶段学生已经接触到了完整的物理学框架，对于各种实验现象的理解则是停留在表面的层次上，因此有效的探究活动需要教师的合理引导，将探究活动真正聚焦在核心问题上.如苏科版九上《物质的比热容》，该节课的核心活动是探究不同物质的吸热升温现象，核心问题是不同物质在吸热升温时的规律.但在引导学生猜想假设时，通常教师会设问“物质吸收热量时，升高温度的多少可能与什么有关”，此时学生最容易回答出一些与实验无关的变量而教师又无法很好的解释原因，例如密度、体积等，结果往往是教师自问自答，将探究问题引导到不同物质与升高温度的关系上来，不仅没有解决学生的疑问也让猜想假设环节流于形式.正确合适的引导应该遵循建构主义的原则，建立在学生已有的知识经验上，比如可以以海边游玩为例，“为什么中午沙子很烫海水很凉”、“为什么晚上沙子很凉海水比较温”.从实例出发，学生从控制变量法出发就很容易联想到物质的不同导致温度的不同，接下来就自然而然地开始探究不同物质吸热升温的规律，探究物质比热容的科学问题.比热容是物质的属性，引入比热容概念的目的是为了表征物质的这种特性.教师朝着此方向引导学生进行猜想，恰当地主导了探究方向，将探究活动落实到了核心问题上.

再比如探究影响滑动摩擦力大小的因素时，学生在实验前往往会猜想滑动摩擦力与物体的重力有关，实际上教师口头上难以向学生解释物体重力与物体对接触面压力的区别，而用实验来证明不仅浪费大量的课堂时间而且这也不是该实验探究的核心问题.因此，教师不妨创设一个简单的情境，帮助学生区别重力和压力的区别，就地取材，让学生将同一本书分别从一堆书的最上方和最下方抽出，回答感受上的不同以及可能原因.以这样的体验为基础，学生很快就意识到之所以从最下方抽出书时感到困难是因为上方的书对其施加了压力.经过简单的摩擦力与压力关系的体验，教师就可以顺理成章地跟学生一起进行科学探究.不仅回避了学生的认识误区，也将本实验的探究活动落实到压力与摩擦力的关系这个核心问题上.

高效的探究活动首先需要教师吃透教材，其次也需要一定的教学艺术.建构主义理论告诉我们“学生是带着个人独特的日常概念进入课堂的”，因此，教师应该从学生已有的日常生活经验出发，给予适当的引导，把探究活动落脚到核心问题上来，提高实验课堂的效率.

4 量化分析实验原理，做出现象明显的演示实验

演示实验是中学物理实验课堂中重要的组成部分，我国物理教育家朱正元先生说过：千言万语说不清，一看实验便分明.一句话说明了演示实验直观性的重要意义，清晰明确的演示实验是培养学生观察能力、思维能力的重要前提.因此，在实验课堂中，需要教师钻研演示实验的技巧，不断改进实验方法，让学生在观察中获得深刻、生动的印象.

但是，在日常教学时教师往往会有这样的困惑：“明明是按照教材的要求和实验操作方法进行的演示实验，但是却得不到预期的实验效果甚至是完全看不到任何效果”.此时一部分教师会把原因归咎于实验器材老化或是环境因素影响，另一部分教师则会在演示实验中“作假”以得到想要的现象.这都是不可取的，违背了实验教学的科学性原则，造成这样现象的原因是教师没有站在一个更高的角度来理解实验原理.演示实验的操作不能仅仅局限于书本上的结论，中学阶段大部分的演示实验往往是定性的研究，学生交流讨论得到的结论也是定性的结论，但是演示实验的操作却需要教师在备课时做好定量研究.比如苏科版八年级下《气体的压强》中的低压沸腾实验，如图4所示.

为了得到明显的水在低温时沸腾的现象，需要教师对气压与沸点的关系了如指掌，根据克拉伯龙方程可以推导得到沸点与气压的关系：

经过量化分析后的结果可知实验成功的几个注意点：一是水温不能太低，至少在80℃以上，不然对应的气压太小难以做到;二是瓶内水不能太少，至少保证抽气后瓶内剩余空气体积增大1倍以上，这样气压就降到原来的一半以下，水的沸点降低到80℃左右;三是橡皮管不能太長太软，气密性也必须良好，满足以上三个要求也就解决了本实验的关键问题，确保了实验的成功，现象的明显.

充分挖掘演示实验，适应实验教学的需要，要求教师站在更高的角度量化分析实验原理，精心设计演示实验的各个环节.

5 总结

物理是认识世界的工具，实验是学习物理的方法.做好实验教学是中学物理教学中的重要工作，新课标也对教师的实验素养提出了更高的要求.设计情境探究式实验课堂的能力、深刻的教材研究、量化处理实验的能力等实验教学素养不仅需要教师结合自身实际在日常教学中不断实践来提升，而且需要教师在实践过程中不断反思、改进和创新，真正掌握实验教学的技巧.通过切实有效的实验教学，真正提升学生的核心素养，将中学物理实验的作用落在实处.

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