如何培养初中生的物理实验技能

许昌市东城区实验学校

卫  威

“物含妙理总堪寻”，这是大学老师对我的谆谆教导。物理是一门以实验为基础的学科，物理实验是根据人们的猜想，运用仪器设备，尽可能减少干扰和误差，完成探究科学过程的一种科学活动，物理实验作为物理教学的重要基础、重要内容、重要方法和重要手段，在教学中具有十分重要的地位和作用，重视实验教学，引导人们认识、探讨科学，检验各种想法的正确与错误，理解物理规律的发现和物理理论的建议都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。因此在物理教学中，尤其是在实验教学中，注意不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等探索手段提出种种假设和猜想发展他们的创新意识就显的尤为重要。

一、培养学生的逻辑思维能力

我在讲光的镜面反射和漫反射时，就近带学生到东湖边看倒影，取得了较好的教育效果。他们看到在平静的湖水边，只有一个方向能看到岸边景物的倒彤，即光线平行射入湖面，反射光线也会平行射出，形成镜面反射，这时让一个学生自己将一小石子投入湖中，激起一阵微波，湖面的平静被破坏了，倒影就乱了。但这时却发现在其它方向也看到了紊乱的倒影。因为条件发生了变化，平静的湖面变成了凹凸不平的湖面，镜面反射变成了漫反射。通过这个生动而且直观的学生现场实验，学生对光的反射现象产生了浓厚的兴趣，对镜面反射和漫反射有一个从感性到理性的认识飞跃。

又如，我在讲分子的热运动时，分别给相临座位的两个学生每人一杯热水和一杯冷水，让他俩同时往杯子里的水中注入一滴红色墨水，过一会儿，就观察到热水中的红色墨水很快地而且均匀地扩散开来，而冷水杯中的红色墨水却仍聚集一团，扩散缓慢，几乎没有动静。实验表明，温度越高，分子做无规则运动的速度就越大，所以大量分子做无规则运动的速度跟温度有关。实验中，通过自己动手做做，自己再进行分析、总结，学生能透过具体的物理现象，理解并总结出抽象的物质运动的规律，从而提高了逻辑思维能力。

二、帮助学生从形象思维向抽象思维过渡。

有人在讲阿基米德定律时，先给学生讲讲阿基米德和王冠的故事，然后每人发给一个盛水的烧杯，一块小方木，一枚大头针，让学生自己体会的实际意义。用大头针的尖端向下压木块，会感到用力越大，木块浸没于水中的体积越大，直到全部浸没为止。也就是说，在木块没有完全浸没之前，排开水的体积越大，水对木块向上的托力也越大。后来，一个学生在作文中写到：……这下我明白了，一块铁板会沉入水底，而用铁板制成的船却可以载人过江的道理了。在这个实验中，学生通过亲自实验、亲身体会，自己验证了阿基米德定律。实验为学生的认知发展提供了依据，学生在实验中得到了诸多能力的锻炼，同时也提高了观察事物的能力和逻辑思维的能力。

心理学研究表明，人的思维活动是在感性材料的基础上产生的，感性材料是思维活动的源泉和依据。各种类型的物理实验，具体形象地展示了物理知识的形成和发展过程，为学生的学习提供了丰富的感性材料，强化了学生的感知并纠正在感知中形成的错觉，从而达到丰富学生头脑中感性材料的储存及发展智力、培养能力的目的。但是，应该指出，目前由于升学考试的压力，学生表现在学习上的浮噪作风，不少教师和学生在主观或客观上并不十分重视物理实验教学，因此，笔者认为，物理教学应十分注重实验教学、切实加强实验教学，激发兴趣，改进学风，增长知识，提高能力。

三、培养学生实验技能

初中物理学生实验技能主要包括六个方面：

一是掌握常用基本仪器的构造、原理和使用，能正确使用仪器进行观察、测量和读数；

二是掌握中学有关实验的一般原理和实验方法；

三是会正确记录实验数据，并能进行运算和分析，以得出正确的结论；

四是了解误差概念，并学会初步的误差计算和分析；

五是会写一般的实验报告；

六是初步养成良好的实验习惯，包括爱护仪器、遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。

下面试从两个方面浅谈学生实验技能的培养。

（一）培养学生使用基本仪器的技能

掌握基本仪器的使用，是做好物理实验的基本仪器主要有：刻度尺、量筒、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、天平、温度计、弹簧测力计、压强计、电流表、电压表、滑动变阻器、定值电阻。物理大纲要求“学会正确使用仪器进行观察、测量和读数。”要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途，掌握仪器的量程、使用方法和使用规则，以达到熟练地、正确地读数，在介绍这些基本仪器使用方法时，应抓住各种基本测量仪器的共性来加以指导：

１．各种基本测量仪器都有一定的量程。必须要求学生在使用各种基本仪器前，搞清仪器的量程，并且能估计被测对象的情况，选用适当量程，避免超过量程而可能损坏仪器。

２．使用测量仪器前通常都要调节零刻度线，否则测出的数据就不准确。对天平、弹簧测力计等应学会调整零刻度线，养成先看零刻度线位置的好习惯。

３．会正确读数。要让学生掌握读数的一般方法，关键是会读出仪器的最小刻度值，会从最小刻度之间估计出一位有效数字。同时，要学会正确读数的姿势。如：从量筒上读数时，眼视线应与液面保持相平，不能仰视或俯视，若是凹液面读凹处，凸液面读凸处，从电流表、电压表读数时，视线应与刻度盘垂直，并且正对指针等。

４．根据仪器的构造原理，掌握它的使用方法和使用规则。如：天平是根据杆杠的平衡条件制成的，因此，使用前和秤量时都要做到横梁平衡，同时必须严格保护砝码，要让学生理解保护砝码的重要性，从而自觉遵守使用方法和规则；温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的，所以，根据热平衡原理，测量液体时，温度计不能离开液体，而且要在温度计内液柱稳定时读数。显然，培养学生使用基本仪器的技能，必须要注意把掌握仪器的使用方法与理解仪器原理结合起来，这样既有利于巩固基础知识，又能帮助学生理解为什么这样使用仪器；只有理解了仪器原理，使用起来才会更加自觉和主动。

（二）培养学生进行实验过程必须掌握的技能

１．培养学生掌握实验的一般原理、进行实验设计和实验方法的技能。

首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据，根据实验的原理、要求对实验进行设计，包括用什么物理定律、公式，电学实验用什么电路图等。还要搞清哪些是已知量、被测量，然后选择所需的仪器和实验条件，进而设计好实验步骤，画好记录表格等。

其次，培养学生正确调整和安装仪器，正确连接电路的技能。正确的实验，首先是安装、调整好仪器或正确连接电路。如：力学实验中的支架滑轮的安装，牵引线的走向，斜面的架设等，有时要对一些仪器做机械调整或电气调整，在电学实验中，依照电路图连接线路，连线时，应将电路分为干路和支路，从电源一端开始沿干路按顺序进行，其次为支路；干路中必须有开关（先断开）；导线最好选用几种颜色，干路、支路分别用一种颜色。往接线柱上接导线时，应按顺时针方向将导线缠上。电路连接后，必须复查，确认正确后方能通电。这种技能的培养，从初中开始应先有示范，让学生模仿学习，然后逐步提高到由老师讲述方法及注意事项，由学生独立去安装、调整。

２．培养学生正确记录实验数据，并能进行运算和分析，以得出正确结论的能力。

这是实验能否成功的关键。要培养学生这方面的技能，要求学生集中精力，按实验步骤有条不紊地操作和读取测量数据，有的实验则要求测量或操作时动作迅速，要把握时机，如：温度测量、电学测量。要按实验先后顺序将需要测定的各量测出，并记录下来。读取数据和记录必须注意：①读数要及时，并马上记录；②要记录完整数据，按有效数字的方式记录；③数据的单位要正确。一般要求学生实验前列出表格，表格设计要求：能记录直接测出的各物理量，能记录各次测出的量，能填写计算出来的中间数据和最后数据等内容。

进行数据处理、运算，对实验结论进行分析。在整理数据时，如发现有不合理的数据，应对该数据补测。要指导学生按有效运算法去处理数据对实验结果进行适当分析讨论，如：讨论数据说明什么？与理论计算有何偏差？实验过程为何这样设计？实验结果的物理意义（结论）是什么？对一些成绩优良的学生，还可让他们设计某个达到相同目的的实验。对实验能力强的学生，许多深一层次的问题都可以在这里分析研究，从而加强了对学生思维能力的培养，有效地巩固知识，技能更加熟练。

３．要使学生了解误差概念，并学会初步的误差计算和分析。实验后，要指导学生分析实验误差的原因，说明实验的误差主要有系统误差和偶然误差。系统误差主要是由于仪器本身的缺陷，实验原理、装置不完善而引起的，如：螺旋测微器零点不准；风的吹动使天平产生误差；电表指针不对准零刻度等。减少系统误差的方法是校准仪器，或是改进实验方法。改进实验的方法，可改变仪器的位置或仪器的布置，撤换某件仪器，改变所选取的某个参数，改变实验方法乃至改换实验操作人员等。例如将物体放在天平左、右盘上，分别测量，可以发现天平不等臂引入的误差。又如精密测量同一单摆在不同摆角的周期值，可以发现周期与摆角有关。

偶然误差是在实验条件不变的情况下，对某一物理量进行多次重复测量时，由于各种偶然因素产生的误差。减少偶然误差的办法是多次重复测量取算术平均值，以其平均值为最终的结果。测量次数取多少，要根据偶然误差对被测量影响的大小来确定。如：测量值的有效数值较小时或测量值变动较大时等，应当多测量几次。

综上所述，要培养学生这方面的技能，必须让学生懂得减少误差首先要发现它的存在和来源，其次是确定减少误差的方法。

增加测量次数固然可提高平均值的可靠程度，但是作用是有限的，实际上，只有改进实验方法和仪器，才能从根本上改善测量的结果，提高测量精确度。

４．会写一般的实验报告。学生在实验结束后，应根据原始记录和实验时的体会，写出实验报告。实验报告内容主要有：实验名称、目的、器材、原理、方法和步骤、实验数据、数据计算和处理、实验结论及误差分析等。这是一个很重要的技能，对实验报告的写法、格式要严格要求，书写时，要求层次清楚，语言流畅，文字精练、正确，图文并茂，要总结出实验成功的经验或实验失败的原因，使学生将来进行科学实验时能写出自己的实践成果，并让别人看懂。

在批改实验报告时要注意学生思维的火花，如对某个问题的独特看法，对某项操作的有益建议，对实验的改进意见等，要给予鼓励，并要及时与之讨论，让师生都有所收获。这样做，既延伸了实验课的教学，使之与理论课的教学有了更深层次的交汇与渗透，又是提高学生动手技能的有效渠道。

５．养成良好的实验习惯，包括爱护仪器，遵守安全操作规则和尊重实验事实的习惯等。如：做电学实验结束时，应将仪器调到最安全的状态再切断电源，然后拆除连接线，整理好仪器和导线。要经常地对学生进行良好实验习惯的教育，以免损坏仪器及发生实验事故等。

四、培养学生实验技能的途径

１．实验课是培养学生实验技能的基本途径。认真上好实验课，既能帮助学生牢固地掌握物理知识，又能培养学生的实验技能，是训练和提高实验技能的基本途径。

实验课包括演示实验和分组实验。演示实验是学生使用仪器，进行实验操作典范，它教给学生正确的实验方法。如：如何正确使用仪器、安排实验步骤、操作、读数和记录数据、列表和作图线、分析和推理，得出正确结论及分析误差等。通过大量的演示实验，学生可以在长年累月的耳闻目睹中，潜移默化地学到实验技能。

在分组实验中，学生的活动是多方面的，既有思维，又有操作，这就需要发挥教师的主导作用。实验时，教师可先介绍实验目的、方法及注意事项，然后教师在台上做示范，学生在台下跟着教师做，这种方法对于初中起始年级的学生是合适和有效的。学生在教师的步步指导下，养成良好的实验方法、实验修养。随着实验技能的不断提高，逐步培养学生自己设计实验，独立实验的能力。

２．尽可能将演示实验改为分组实验。如：阿基米德定律、阻力实验等。

３．将验证性实验改为探讨性的实验。先让学生去研究、探索物理量之间的关系，后总结出物理规律。

４．开辟第二课堂。第二课堂既可完善、丰富、深化课堂知识，又可培养学生的实验技能。主要形式有：①指导学生进行课外实验；②组织参观活动；③举行操作实验竞赛；④组织课外兴趣小组；⑤举办物理科技晚会等。

以上从实验出发，通过多种形式，多角度、多层次的变换，使问题纵向延伸，横向发展，从而有利于学生深刻理解知识的本质特征及内在联系，把握物理现象的本质，最大限度地激发学生潜能，培养学生的创新精神和提高学生的创新能力。

学生的能力不是一朝一夕就能形成的，而是贯穿于整个物理教学过程。教师只有在平时的每节课的教学过程中，利用一切机会，逐步引导，充分挖掘学生的潜力，循序渐进地培养他们的各种能力，最终引领学生进入物理学的殿堂。