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以实验原理为纲,提高实验教学的有效性
作者：张再次
来源：《新课程·中学》2011年第08期
摘要：实验原理是实验的核心，是指导实验操作的理论基础，也是物理实验成败的关键。实验原理贯穿于实验的全过程，因此要想提高学生实验的能力及高考实验题的得分率，教师必须重视实验原理，引导学生抓住实验原理这个“纲”，在实验教学中帮助学生理解、落实，并学会迁移。
关键词：实验；纲；提高；有效性
近几年，高考物理实验题的难度虽略有起伏，但总体趋势是下降的，可考生得分率却一直处于较低位置。究其原因，笔者认为其关键在于学生未能真正理解、掌握实验原理。 实验原理是实验的核心和灵魂，是指导实验操作的理论基础，也是物理实验成败的关键。实验方法、实验步骤、仪器的选择、数据的处理等问题都是从实验原理中派生出来的。实验原理贯穿于实验的全过程，只有深刻理解它，才能正确地选择实验仪器，安排实验步骤，进行操作和观测，处理实验数据并得出结论，也才能具备迁移实验的能力。因此要想提高学生实验的能力及高考实验题的得分率，教师必须重视实验原理，引导学生抓住实验原理这个“纲”。 一、打破定势，深刻理解实验原理
实验原理，广义地讲是实验的方法、实验的装置和器材、实验过程、实验结果分析等所依据的物理道理。在中学物理学生实验范围内，实验原理主要表现为实验依据的物理规律。诸如，测量性实验中的待测物理量的量度公式，如加速度公式、电阻率公式；验证性实验中所要验证的物理定律，如机械能守恒定律、动量守恒定律等。
教学中我发现在教师介绍实验原理和实验器材时，是学生注意力最不集中之时。学生往往在并不明白实验内涵的情况下，像机器一样，按规定的程式操作，去获取教师、书本所要求得到的实验数据、结果。虽然学生动手了，但没有思维经历，没有情感体验，形成了一种为实验而实验的固定模式，实验效果差。针对这种低效的实验模式，我进行了“前实验探索教学”，收到了良好的效果。
新课程改革积极倡导自主、合作、探究的学习方式。“前实验探索教学”就是以小组学习为主要形式的合作探究的学习方式，在实验课之前进行有关实验的探索与分析。具体做法：实验前，将全班学生按学习基础进行异质分组，学生按教师设计的表格思考、填写实验名称、内容、类型、思想方法、实验原理等→小组讨论、归纳→上传给教师；上课时，教师展示小组方案→班级评价、优化，确定实验方案→学生实验。学生会关注同学及老师对自己所在小组方案
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的评价，从而注意力会集中到实验原理的学习上来。这一探究过程是高效实验的重要保障，更是提高实验题得分率的有效途径。 二、手脑并用，落实应用实验原理
动手操作是实验的主体，没有操作过程便没有体验；没有体验，就更谈不上有所发现和拓展。在学生全面理解实验原理的基础上，结合现有的实验条件，引导学生通过具体分析，明确实验的研究对象，选取恰当的实验器材，确定合理的实验步骤，确定实验的关键——如何控制实验条件，知道实验误差的可能来源，以及减少误差的具体办法等等。这样，实验原理即成为学生头脑中的一条思维主线，贯穿于实验过程的各个具体环节。 1．依据“原理”，选择器材
实验器材的选择是实验考查的一个重要方面，它主要由三方面决定。一是安全，即保证在实验中，不产生由于器件或装置选择不当使仪器发生损坏等不良后果。二是精确，就是要求实验测量数据误差小，精度高。三是方便，即在保证实验能够顺利进行的条件下（安全性、适用性符合要求），恰当选择器材或实验装置使实验操作方便易行。
选择实验器材的过程实际上是分析、应用实验原理的过程，“安全性”“精确性”“方便性”和“误差小”“仪器少”“耗电少”等各方面要综合考虑，灵活运用。为了安全，学生往往选择量程大的测量仪器，较少或不会根据实验原理进行计算后再选择，对于需综合考虑时更是难以决断。所以，在实验教学中教师要多给学生选择实验器材的机会，使学生熟悉实验原理，做出恰当的选择，这也是提高实验成绩的根基。 2．把握“原理”，指引操作
实验操作的方法和步骤往往与实验原理关系密切，加强实验原理的教学有助于学生明确正确的实验操作。例如：利用小车验证牛顿第二定律实验时，首先让学生全面把握实验的原理：在质量一定时，加速度与合外力成正比；在合外力一定时，加速度与质量成反比。接着根据实验原理，引导学生运用严密的物理思维得出：实验的研究对象——运动的小车；实验的方法——控制变量法；实验的步骤——控制实验条件，保持小车质量一定时，探究加速度跟力的关系，得到研究对象在不同拉力下的加速度值；保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系，得到研究对象在不同质量下的加速度值。 3．利用“原理”，分析计算
理解实验原理有助于明确实验中各个物理量之间的内在联系，判断实验数据和实验结果的正误，以及错误的原因。在上例中由实验原理知，验证a与F关系时，必须测出加速度和合外力，由此可知：实验的注意事项——要测定合外力（近似等于钩码重力），故要平衡小车的摩擦力、拉小车的钩码的质量应远小于小车的质量等；实验数据的处理——先要根据纸带上的点用“逐差法”或“两段法”计算出加速度，要判断a、F、m的关系可用直观形象的a-F、a-m、a-
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1/m图象；实验误差——主要来自于小车的摩擦力没有完全被平衡，拉小车的钩码的质量没有远小于小车的质量等等。
在实验课上，教师要充分发挥其主导作用，认真观察学生实际操作的全过程，仔细分析实验中存在的问题，及时给予指导。教师是在学生完成实验的过程中进行教学工作的，工作的重点，不是一般的讲解和辅导，而应有计划、有针对性地个别指导。特别对于基础薄弱、动手能力差的学生，要耐心指导，帮助他们从原理上弄清正确的实验方法，不但知其然，还要知其所以然。
三、提炼方法，感悟迁移实验原理
在“新课标”下的物理教材中，物理实验再没有详细的物理实验原理和实验步骤，但从实验要求和考查方式上的改变可以看出，“新课标”对实验原理的要求没有任何降低，还提高了不少，要求学生能运用物理规律设计实验，旨在培养学生灵活运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题的能力。所以在实验教学中要注重思想方法的提炼，根据实验的目的、原理、器材、步骤，对实验教学的内容进行动态处理，通过变换问题的结构、已知条件，变换提问的角度或论证的形式，从不同角度，用不同方法对实验进行全方位的思考和揭示，从而加深学生对实验原理的理解，并通过总结感悟、渗透迁移，灵活运用学过的实验原理进行设计，增强学生的创造意识，培养他们的创新精神。
如测定电源的电动势和内阻，可以用伏安法，也可以用一只电流表（或电压表）和两只定值电阻，还可用两只电流表等多种方法，尽管不同的仪器组合采用的方法不同，但它们的原理是一样的，都是根据闭合电路欧姆定律，采用两次计算法或图象法（如U-I图象）。又如测电阻率，不管用哪一种方法，其原理都是电阻定律。掌握实验原理这一根本，这一类问题也就迎刃而解；同时对这些学过的实验原理的深刻理解也是解决设计性实验的前提和基础。 物理实验在中学物理教学中占有很重要的地位，在实验教学中以实验原理为“纲”，以“前实验探索教学”为“径”，另辟蹊径，打破传统的实验模式，重视在实验过程中对学生观察、思维、分析、创新等综合能力的培养，珍视学生的情感体验，注重实验思想的渗透，这样才有利于提高实验教学的有效性，更有利于提高学生的实验能力和科学素养。 参考文献：
［1］蒋毅晖.高中物理实验图解［M］.广西师范大学出版社，2010.
［2］安忠，刘炳升.中学物理实验教学研究［M］.北京：高等教育出版社，1986. ［3］王笑君.物理（广东省普通高中新课程学科教师培训系列教材）［M］.广东教育出版社，2005.
（作者单位 广东省东莞市常平中学）
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