物理實(shí)驗(yàn)課程資源開發(fā)的策略與途徑

李銓標(biāo)

【摘 要】在新一輪課程改革下，對(duì)課程資源提出了新的挑戰(zhàn)，而物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源又是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，是落實(shí)物理課程目標(biāo)的重要途徑，更是物理課程改革的重要資源。在課程改革背景下，提出物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源開發(fā)的策略與途徑，努力開發(fā)和有效利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)教學(xué);課程資源;實(shí)驗(yàn)室;改革創(chuàng)新

新一輪的課程改革，中學(xué)課程從過(guò)去的“教學(xué)大綱”轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的“課程標(biāo)準(zhǔn)”，它對(duì)課程目標(biāo)、課程基本理念、科學(xué)內(nèi)容、課程實(shí)施和課程評(píng)價(jià)等，都提出了全新的理念，沒有課程資源的廣泛支持，再美好的課程改革設(shè)想也成為一句空話。

中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的很多教學(xué)內(nèi)容要求通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)，而科學(xué)探究活動(dòng)的實(shí)施離不開必要的科學(xué)儀器，因此物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源是物理課程資源中最重要的條件性資源，是落實(shí)中學(xué)物理課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。這也對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源的開發(fā)和利用提出了新的要求，如何因地制宜地開發(fā)和利用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源，已成為課程改革實(shí)施當(dāng)務(wù)之急的重要問題。

一、重視開放性實(shí)驗(yàn)室、探究性實(shí)驗(yàn)室以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

1. 充分利用現(xiàn)有儀器設(shè)備，建立開放性實(shí)驗(yàn)室

在新課程的教材中介紹了許多小實(shí)驗(yàn)，這就需要學(xué)生課后自己動(dòng)手去探索、去總結(jié);學(xué)生對(duì)教師的演示實(shí)驗(yàn)感興趣想做一下;或者他們自己制定了研究的課題，需要我們幫忙解決器材問題，這些都需要開放實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供必要的場(chǎng)所和幫助。我們實(shí)驗(yàn)室在每天的下午的18：15—19：00對(duì)學(xué)生開放。我們?cè)诹私鈱W(xué)生實(shí)驗(yàn)的原理、方法后，為其提供實(shí)驗(yàn)的器材，并在適當(dāng)時(shí)給予必要的輔導(dǎo)。例如：高一學(xué)生要進(jìn)行課題研究“螞蟻爬行的平均速度”，由于螞蟻在爬行過(guò)程中時(shí)快時(shí)慢，爬行線路也很復(fù)雜，看似毫無(wú)規(guī)律，可通過(guò)測(cè)定平均速度來(lái)粗略描述它爬行的快慢。學(xué)生們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)興趣很高，他們捉來(lái)了好幾只螞蟻，我根據(jù)他們的需要提供了秒表、尺、鐵架臺(tái)、酒精燈、金屬桿。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一開始螞蟻不按直線四處亂爬，我和學(xué)生們一起設(shè)法用兩把直尺為螞蟻設(shè)了一條走道，規(guī)定了它們的行進(jìn)路線，比較方便的測(cè)出了螞蟻爬行的s和t。在做到“熱鍋上的螞蟻”實(shí)驗(yàn)時(shí)，要在一端加熱的金屬桿上，研究螞蟻逃生的平均速度，起先我為學(xué)生提供了一根可拆卸螺絲刀上的金屬桿，實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)由于這根金屬桿的橫截面太小，螞蟻上去就會(huì)摔下來(lái)，后來(lái)我建議學(xué)生改用鋼皮尺，實(shí)驗(yàn)取得了預(yù)想的效果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲取知識(shí)，提高自己，創(chuàng)新能力在不斷的實(shí)踐活動(dòng)中得到提高。

2. 充分利用閑置報(bào)廢儀器，建立探究性實(shí)驗(yàn)室

我們學(xué)校由于建校歷史長(zhǎng)，有大量報(bào)廢儀器（有些因使用年限到而報(bào)廢）和一些因課程改革而閑置的儀器，而這些淘汰下來(lái)的儀器，棄之可惜，用之無(wú)處，又占用儀器室。這些儀器存在一個(gè)突出的特點(diǎn)是使用功能已經(jīng)變化盡可以“開膛剖肚”，展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給學(xué)生以感性上的認(rèn)識(shí)，我們用挑選部分儀器建立探究性實(shí)驗(yàn)室。例如：將報(bào)廢的顯微鏡剖開，了解其光學(xué)結(jié)構(gòu);將七十年代的電子管示波器拆開，觀察示波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解其工作原理;讓學(xué)生拆卸報(bào)廢的各類電表、表頭，更清楚的了解電表及表頭的工作原理等。學(xué)生對(duì)整個(gè)過(guò)程充滿新鮮感，單調(diào)的物理實(shí)驗(yàn)變得具有趣味性，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力得到明顯提高。

3. 充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室

我們?cè)趥鹘y(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等相關(guān)的信息加工處理和傳播技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)物理實(shí)驗(yàn)室中的各種實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行處理，建立網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是集網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)驗(yàn)室教務(wù)管理、實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)室資料管理、實(shí)驗(yàn)室開放管理為一體的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室具有以下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室繁雜的管理方法，引進(jìn)了現(xiàn)代化的管理手段，使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到了自動(dòng)化運(yùn)行，信息化管理和無(wú)紙化辦公的目的，對(duì)實(shí)驗(yàn)室提高工作效率，降低運(yùn)行成本起到了至關(guān)重要的作用。

（2）網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建立物理實(shí)驗(yàn)課件庫(kù)、安裝仿真物理實(shí)驗(yàn)室，與現(xiàn)代遠(yuǎn)程物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站www.elab.sdu.edu.cn，物理園www.hk-phy.org等鏈接，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容得到了擴(kuò)充，以前無(wú)法涉及的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域也能涉及，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身以更大的自由度。

（3）網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室上發(fā)布實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料，如實(shí)驗(yàn)錄像、掛圖、文字材料等，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前就對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和內(nèi)容有深刻的了解，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和減少不必要的儀器設(shè)備損失;發(fā)布儀器設(shè)備的信息、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備，學(xué)生可以方便的提交探究實(shí)驗(yàn)方案，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)他們的想象力、創(chuàng)造力，同時(shí)也為教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)方便。

二、進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新，既包括從新的視角對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考，找出缺陷或不足，給予矯正，也包括根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，通過(guò)探究來(lái)確定實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和操作方案等。物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新一般有下面幾種情況：

1. 實(shí)驗(yàn)方式的改進(jìn)與創(chuàng)新

觀察和實(shí)驗(yàn)是研究物理、學(xué)好物理的基本方法。據(jù)美國(guó)心理學(xué)家布魯納的發(fā)現(xiàn)法理論：教學(xué)過(guò)程應(yīng)是在教師的啟發(fā)、引導(dǎo)下，讓學(xué)生親自去發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的習(xí)慣和能力。探索性實(shí)驗(yàn)可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)也可使學(xué)生掌握研究物理規(guī)律的方法，從小培養(yǎng)科學(xué)的思維習(xí)慣、思想方法。因此，在教學(xué)中如果有些演示實(shí)驗(yàn)所需器材簡(jiǎn)單，可將某些演示實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有意識(shí)改為學(xué)生隨堂的探索性實(shí)驗(yàn)。

例如：筆者在講授“玻意耳定律”一節(jié)內(nèi)容時(shí)將演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)“合二為一”。上課前筆者布置了一個(gè)探究性的問題：在常溫常壓下，氣體的壓強(qiáng)與體積有何關(guān)系？要求學(xué)生根據(jù)這兩節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。上課時(shí)將學(xué)生分成二人一組進(jìn)行探索研究，教師穿梭在學(xué)生中引導(dǎo)、點(diǎn)撥，最后由學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總分析。很快學(xué)生就得出ρ1V1=ρ2V2。全過(guò)程中學(xué)生思維活躍，精力集中，創(chuàng)造了一種近距離的物理意境。學(xué)生學(xué)得懂，記得清，印象深刻。效果比以前用兩節(jié)課教學(xué)更好。這樣既節(jié)約了時(shí)間，又再現(xiàn)了科學(xué)的探索過(guò)程;同時(shí)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了了學(xué)生的觀察能力和實(shí)驗(yàn)操作能力;使學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力都得到了發(fā)展，也可適應(yīng)近幾年來(lái)高考中新增的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2. 裝置和實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與創(chuàng)新

教學(xué)中為了幫助學(xué)生理解某些物理原理，盡管教材中沒有規(guī)定做實(shí)驗(yàn)，也可以設(shè)計(jì)一些操作方法簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)，對(duì)有些難于理解的物理概念或基礎(chǔ)理論，除了教材中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)外，還可以設(shè)計(jì)一些新實(shí)驗(yàn)。如果所涉及的物理知識(shí)比較抽象，思維能力的要求較高，及對(duì)日常生活中一些物理現(xiàn)象的解釋，可設(shè)計(jì)、開發(fā)一些有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生感受到如何抓住重點(diǎn)，因陋就簡(jiǎn)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一些基本方法。

例如：完全失重是一個(gè)較難理解的物理概念，許多學(xué)生對(duì)于這一特殊情景發(fā)生的物理現(xiàn)象[如：做拋體運(yùn)動(dòng)的物體（包括水層間的壓力為零）]，總感到疑慮。為了解決這個(gè)問題可以做下面的實(shí)驗(yàn)：

將易拉罐裝滿水，在側(cè)面打一個(gè)小孔，水自然會(huì)從孔中流出來(lái)（圖1）。再讓易拉罐自由下落，就會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，處于在下落過(guò)程中水不再?gòu)目字猩涑觯▓D2）?，F(xiàn)在，再在罐的底部開一個(gè)小孔，再讓易拉罐自由下落，水還會(huì)流出嗎？實(shí)驗(yàn)結(jié)果水仍然不會(huì)從孔中射出（圖3）。然后再把底部有孔的易拉罐豎直上拋或斜向上拋，水還會(huì)流出嗎？常規(guī)的思維是水必然會(huì)從孔中直射下來(lái)。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果水仍然不會(huì)從孔中流出來(lái)（圖4）。做了上述實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對(duì)完全失重有了真切的感受，也有助于學(xué)生解決今后牽涉到的失重的習(xí)題。

3. 實(shí)驗(yàn)手段的改進(jìn)與創(chuàng)新

要想獲得好的實(shí)驗(yàn)效果，多樣化的實(shí)驗(yàn)手段是必不可少的。對(duì)某些物理實(shí)驗(yàn)條件不易控制，或存在某種干擾而無(wú)法演示;實(shí)驗(yàn)效果不佳;實(shí)驗(yàn)時(shí)有危險(xiǎn);實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間太長(zhǎng);實(shí)驗(yàn)時(shí)動(dòng)態(tài)變化太快無(wú)法看清實(shí)驗(yàn)過(guò)程，只能看到最后的結(jié)果，而結(jié)果也很難反映原理，用傳統(tǒng)的教學(xué)手段也很難表現(xiàn)“動(dòng)”和“變”的結(jié)果。這時(shí)可先做實(shí)驗(yàn)或利用數(shù)碼相機(jī)預(yù)先拍攝后與多媒體結(jié)合來(lái)演示相關(guān)的實(shí)驗(yàn)或模擬實(shí)驗(yàn)（模擬過(guò)程要盡可能接近于物理真實(shí)），并將實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行重放、定格、縮放、慢鏡頭，讓學(xué)生觀察物理過(guò)程的全部。還可以對(duì)某些研究對(duì)象太大（如天體運(yùn)動(dòng)）或太小（如分子熱運(yùn)動(dòng)）;微觀展示如a粒子散射、晶體結(jié)構(gòu)等;運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性和相對(duì)性原理、物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電子繞核旋轉(zhuǎn)、核反應(yīng)、微小形變、布朗運(yùn)動(dòng)、電源內(nèi)部電子和離子的移動(dòng)、電動(dòng)勢(shì)的方向、電容器充放電的過(guò)程、兩球碰撞時(shí)無(wú)壓縮、后恢復(fù)過(guò)程中兩球速度、加速度的變化等都可以通過(guò)多媒體技術(shù)進(jìn)行情景創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的模擬、物理進(jìn)程的速度調(diào)節(jié)、微小過(guò)程的放大、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)分析。利用以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多媒體技術(shù)將其制成教學(xué)軟件，在課堂上放映，也能取得很好的效果。

三、推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科技活動(dòng)、綜合實(shí)踐活動(dòng)的整合

我校積極參加廣州市中學(xué)生物理綜合實(shí)踐活動(dòng)，2004年參加《廣州市中學(xué)生水火箭比賽》，我校獲廣州市三等獎(jiǎng);2005年參加《“紙火箭“設(shè)計(jì)研究比賽》，以一個(gè)1.25升的塑料汽水瓶?jī)?nèi)的空氣為動(dòng)力（發(fā)射前瓶?jī)?nèi)為一個(gè)大氣壓，不能預(yù)先增壓），發(fā)射一支紙制的火箭，通過(guò)科學(xué)探究，研究影響紙火箭的發(fā)射距離的因素，通過(guò)理論或?qū)嶒?yàn)研究，嘗試改進(jìn)設(shè)計(jì)，力求使火箭的飛行距離最遠(yuǎn)。我校紙火箭在逆風(fēng)情況下飛行了98米的好成績(jī)，獲廣州市一等獎(jiǎng)。

紙火箭樣式參考：

當(dāng)然，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程資源的開發(fā)策略絕不僅限于上述幾個(gè)方面。作為一項(xiàng)嶄新的實(shí)踐活動(dòng)，我們必須不斷學(xué)習(xí)、交流、實(shí)踐，創(chuàng)造性地開發(fā)多種實(shí)驗(yàn)資源渠道。

■參考文獻(xiàn)

[1]趙力紅.高中物理探究性趣味實(shí)驗(yàn)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.