陈慧

【摘要】高中物理电学实验是教学重点和难点，也就是高考的重要考点。电学实验本身的特点，以及当前教学中存在各种问题，对学生完成基本的电学实验带来很大阻碍，更无法提高学生自主实验技能和探究能力。为提高学生对电学实验的掌握和应用能力，结合各种新型的仪器和信息化手段提出了电学实验的几种提升方案。

【关键词】电学实验；仪器；信息化

一、电学实验的困境

1.电学实验仪器的陈旧和更新换代滞后

目前，在高中基本上建立了专用的电学实验室，配备了整套电学实验设备。电流表和电压表都统一装备在实验台，同时也有可移动的表。

但在实际的使用过程中，存在许多问题。所使用的电学仪器基本都是传统的仪器，比如电流表和电压表都是指针式的，多用电表也是指针式的。学生在实验室只是掌握了传统的仪器使用方法，结果一到日常生活生产中对更加普遍使用的数字式仪器不会读数不会使用。同时破旧的实验仪器存在读数困难、操作复杂、精度差、整合不够等各种缺陷，极大地阻碍了学生完成实验和培养实验的兴趣和能力。

2.电学实验理念的落后

据美国心理学家布鲁纳的发现理论：教学过程应是在教师的启发、引导下，让学生亲自去发现问题，探究问题，培养学生发现的习惯和能力。实验就是非常好的培养方式，其中探究性实验更是极大地提高学生学习兴趣，并在探究的过程中掌握研究的思维和能力，达到学好物理。

电学实验的内容很多，如探究决定电阻的因素、多用电表的使用、电源电动势和内阻的测量、小灯泡的伏安特性曲线等。这些实验在设计上其实都可是设计成探究性实验，也容易开展探究学习。但有非常多的一线教师由于各种原因，大多采用演示实验完成基本教学任务，甚至有教师连实验都免了。如此落后的实验理念，不但没能有效地完成教学任务，更不用谈提高学生实验能力和实验素养。

3.新高考的要求和目前教学效果的矛盾，及新技术迅猛发展提出的要求

今年全国Ⅰ卷电学实验：组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求学生自主根据提供的器材完成实验。从这道题目可以看出，对电学实验提出了比较高的要求。全面考察了学生对基本电学仪器、电路设计、新型元件的使用，通过电学实验反映出学生解决问题的能力。但考后的得分不尽人意，有考生不要说根据题目设计实验，连热敏电阻是什么都不知。

所以结合第二点可知，教师即使很好地完成了基本的实验教学任务，没有从新高考下对电学实验的要求去教学和指导学生，那么是无法完成教學任务和高考选拔人才的功能。

同时更大的挑战在于，由于技术的更新迭代加快，信息化背景下整个国家的教育变革也提出了教育信息化的要求。这必然要求高中教育，在完成基本的知识传递之外，还要提供给学生更新更多的选择。如果高中实验教学还停留在传统的仪器、传统的实验方法和传统的实验思维，必将无法完成教育任务和社会发展的要求。

二、电学实验困境的解决策略

1.电学实验仪器的改进

《基础教育课程改革纲要（实行）》就基础教育课程改革的具体要求：改革课程内容“繁、难、偏、旧”和过于注重书本知识现状，加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系，关注学生的学习兴趣和经验，精选终身学习必备的基础知识和技能。

为此实验室教师要做好常整理，会整理的工作。破旧的实验仪器要尽早更换，对于质量存在问题的实验器材厂家坚决不采购，每次实验过后要及时排查损坏的实 验器材。同时实验室教师要联合任课教师，增添新型的仪器，甚至自制一些实验仪器。

现代的日常生活中，科技进步非常迅速，可以用日新月异来形容。春晚出现的智能机器人，代表了国家对智能化对科技发展的重视。同时在无人机、智能穿戴、无人驾驶等各个新型领域，都出现了有别于以往的新概念新器材。而我们当前的实验设备，已经远远落后于时代的发展。

为此，我们必须要对目前的实验仪器进行更新换代，增添切合现实生活的仪器，为学生打开视野。

（1）电流表电压表

（指针式电表） （数字式电表）

传统指针式电表价钱比较低，但读数受人为影响比较大，量程比较小易损坏，交直流电表不同。数字式电表读数精准度提高，量程大并设有过载保护，不需要选择量程，可测交流和直流。

（2）多用电表

（指针式多用电表） （数字式多用电表）

指针式多用电表，表盘复杂，读数存在比较大的误差，操作相对复杂。

数字式多用电表，操作简单，直接读取数据，不容易出错，在现实日常生产中使用比较广泛。

（3）变阻器

（滑动变阻器）（电阻箱）（吊扇调速器）

前者主要特点实现电阻的连续性变化，后者特点能够直接读出具体的电阻值，吊扇调速器原理跟电阻箱类似。增添该生活原件，有助于教学，提高学生兴趣，掌握一定的生活常识。

（4）传感器

传感器是测量和探索自然界各种参数的检测元件，有人称其为“探头”（probe），英文中还有“sensor”（敏感元件）与“transducer”（传感器）之称。国际标准化组织（ISO）工业标准“JIS-Z130”将传感器定义为“对应于被测量，能给出易于处理的输出信号的变换器”。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

实际上，主要是完成光、热、电、力学量和机械量之间的变换或转换，把非电学量转换为电学量。传感器技术解决了如何准确、可靠地获取系统中的信息，并结合通信技术和计算机技术完成对信息的传输和处理，最终实现对系统控制的目的。因此，传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础学科。

传感器在精确性、可靠性、灵敏性三个指标上都得到保证，其对非电学量方便地进行了测量、传输或控制的功能，也拓宽了电学设计性实验研究的范畴。应用传感器测量物理量作为重要的物理量测量方法来掌握，可以将中学实验不能定量测量的量变成可以定量测量的量。这样丰富了物理实验的测量方法，改善了物理量测量的技术手段，加深了中学实验的深度。

比较常用的传感器有加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器，实现了实时采集数据，建立相应坐标关系进行数据处理。

粤教版教材就专门设立一章来探究传感器，足见教材开发者对此的重视。而高中的教学并没有重视这章，没有将传感器与力学实验和电学实验想融合，这是不可取的。

以上仪器在教学过程中使用，即可以解决教学任务，同时又提高学生学习物理的兴趣，掌握最新式的仪器，真正实现物理来源于生活又反作用于生活的理念。

2.电学实验理念的改变和创新

物理实验是人们根据研究和学习的目的，利用物理仪器和设备，人为地模拟物理现象，排除各种偶然因素的干扰，突出主要因素，在有利的条件下重复地去研究物理现象及其规律的活动。物理实验是建立和检验物理理论的基础和有利武器，是物理学习的一种重要研究方法。物理实验既是物理教学的手段，同时又是物理教学的目的。因此，在物理教学中，必须树立物理教学应当以实验为基础的基本观点。

（1）实验目的改进和创新

随着技术水平的发展，实验设备不断完善了，学生的能力也逐步地提升了。教学中原来只是理论讲解的可以转变为演示实验，甚至是探究性实验，原来是演示实验也可以转变为学生探究性实验，原来是验证性实验也可以改为探究性实验。

如电学实验中对电流表和电压表的改装问题，因为该知识点不是高考的考點，导致教师基本是停留在理论分析，并没有通过实验来真正展示给学生。教学过后，学生也只是知道电流表改装是并联小电阻，电压表改装是串联大电阻，无法体会到所学知识转化为实际应用的乐趣和价值。

从实验设计上是完全具备实验操作的，可以采用教师演示或者是学生探究性都可以。每个实验室都有灵敏电流表、电阻、电流表、导线、电源，只需要按照电流表的改装原理，就可以将理论学习转化为学生实验学习。让学生在实验过程中，切实体会电表改装原理，并掌握改装的技巧，进而激发学生主动探究的欲望和能力。

（2）实验方法的改进和创新

目前有些物理实验，存在实验原理和实验方法不够完善导致的误差，或者是定性的研究可以转变为定量的测量，或者是改变数据处理方法。虽然是简单的一个实验方法的改进，但可以达到训练学生创新思维的目的，提升了学生实验方案设计的能力，而这点也正是当前高考电学实验的方向。

如在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，测量出如图所示的实验数据后，使用Excel对小灯泡的U-I数据进行描述，可以得到下图曲线，进一步得到结论，在课堂上解决时间。而Excel本身就是常用的电子表格软件，广泛应用于数据统计和分析、办公自动化等领域，具有丰富的函数库和程序模块，具有强大的数值计算和绘图功能，已经纳入普通高中信息课程中。在人教版教材中，已经有多处使用Excel对实验数据进行分析处理的。学生通过对实验数据的处理，既可以很好地完成实验，又可以培养对数据的处理方法。

（3）实验现象呈现的改进和创新

高中全面实施新课程，数字信息系统实验室（DISLab）作为现代教育技术手段逐渐进入高中物理实验室，成为信息技术与物理学科整合的有效手段。正如前文提出，粤教版教材有一整章对传感器及其应用就提出具体可行的内容介绍。

物理实验是物理学科的基础和重要组成，是实现教学目标的基本手段之一。将物理实验论和系统学理论为基础，对现有高中物理电学实验进行改进和创新，用数字实验平台可以实现电学实验的呈现更加的形象立体直接。

如恒定电流一章实验，可采用DISLab平台重新处理相关实验，用电流、电压传感器代替电流、电压表，以直接获得两者的关系图线，直观得到电阻、电灯泡电阻、二极管的特性曲线，加深对欧姆定律的理解，进一步加强对传感器的使用。

通过实验的操作，学生经历数据采集、计算、描点、画线、增加变量、再采集、计算、描点、画线的过程，最后基于实验数据得到电流和电阻的关系。

通过这种实验现象的呈现方式的创新，学生懂得如何通过图线发现物理的本质特征，初步认识到图线背后的模型意义，掌握了应用新型手段获取信息的方法。而这种方法，又是未来生活的必备技能，切合时代的发展。

3.电学实验室的管理创新

随着技术的发展和高考改革的要求，实验室的功能也要随之发生改变和创新。实验室不单单作为教师完成教学任务的场所，更应该成为学生创造的平台。实验室的概念也不应该局限于以往的空间限制，应该把实验室延伸到网络信息化平台。

电学实验难于操作，难于理解，难以完成，并且高考的电学实验更加趋向于探究性实验和设计性实验。在日常的教学时间之内，仅仅完成基本的实验已经是非常艰难，更加不用谈培养学生探究能力和解决问题的能力。

电学实验室应该对所有学生进行开放，学生可以采取微信公众号预约的方式来预订实验室。而实验室教师根据预约做好登记按照实验，并在实验过程中给予学生指导和解答。同时，电学实验应该分设两个区，基本实验区和探究实验区。基本实验区包括教材中出现的基本实验和考试中变化的实验，提供相应的实验题目给予参考。探究实验区包括高考中探究性的题目，更重要的是学生自主设计实验。实验室对学生自主设计实验要给予大力支持，包括仪器的采购、设计的指导、成果的展示等。

如电学试验中电磁继电器，学生对实验原理是理解的，但是缺乏实践操作。而该实验器材是非常容易获得，对此实验室就应该开设一门电磁继电器的设计课作为开放式实验课程之一对外开放。

电学实验，既是教师教学能力体现的最好内容，更是培养学生能力的最佳平台。对电学实验的研究，要不断深化难度和广度，更要贴近生活、紧跟时代步伐，实现物理来源于生活的理念。

参考文献

[1]惠润.利用DISLab完善高中电磁学实验体系的应用研究[D].2009.

[2]张振云.物理实验教学的魅力与价值 [J].内江科技， 2007，02.