淺談高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)

陳慧

【摘要】高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)是教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，也就是高考的重要考點(diǎn)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn)，以及當(dāng)前教學(xué)中存在各種問(wèn)題，對(duì)學(xué)生完成基本的電學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大阻礙，更無(wú)法提高學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)技能和探究能力。為提高學(xué)生對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的掌握和應(yīng)用能力，結(jié)合各種新型的儀器和信息化手段提出了電學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾種提升方案。

【關(guān)鍵詞】電學(xué)實(shí)驗(yàn)；儀器；信息化

一、電學(xué)實(shí)驗(yàn)的困境

1.電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的陳舊和更新?lián)Q代滯后

目前，在高中基本上建立了專用的電學(xué)實(shí)驗(yàn)室，配備了整套電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。電流表和電壓表都統(tǒng)一裝備在實(shí)驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)也有可移動(dòng)的表。

但在實(shí)際的使用過(guò)程中，存在許多問(wèn)題。所使用的電學(xué)儀器基本都是傳統(tǒng)的儀器，比如電流表和電壓表都是指針式的，多用電表也是指針式的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室只是掌握了傳統(tǒng)的儀器使用方法，結(jié)果一到日常生活生產(chǎn)中對(duì)更加普遍使用的數(shù)字式儀器不會(huì)讀數(shù)不會(huì)使用。同時(shí)破舊的實(shí)驗(yàn)儀器存在讀數(shù)困難、操作復(fù)雜、精度差、整合不夠等各種缺陷，極大地阻礙了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的興趣和能力。

2.電學(xué)實(shí)驗(yàn)理念的落后

據(jù)美國(guó)心理學(xué)家布魯納的發(fā)現(xiàn)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(wèn)題，探究問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)的習(xí)慣和能力。實(shí)驗(yàn)就是非常好的培養(yǎng)方式，其中探究性實(shí)驗(yàn)更是極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并在探究的過(guò)程中掌握研究的思維和能力，達(dá)到學(xué)好物理。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容很多，如探究決定電阻的因素、多用電表的使用、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量、小燈泡的伏安特性曲線等。這些實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上其實(shí)都可是設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)，也容易開(kāi)展探究學(xué)習(xí)。但有非常多的一線教師由于各種原因，大多采用演示實(shí)驗(yàn)完成基本教學(xué)任務(wù)，甚至有教師連實(shí)驗(yàn)都免了。如此落后的實(shí)驗(yàn)理念，不但沒(méi)能有效地完成教學(xué)任務(wù)，更不用談提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

3.新高考的要求和目前教學(xué)效果的矛盾，及新技術(shù)迅猛發(fā)展提出的要求

今年全國(guó)Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)：組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求學(xué)生自主根據(jù)提供的器材完成實(shí)驗(yàn)。從這道題目可以看出，對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)提出了比較高的要求。全面考察了學(xué)生對(duì)基本電學(xué)儀器、電路設(shè)計(jì)、新型元件的使用，通過(guò)電學(xué)實(shí)驗(yàn)反映出學(xué)生解決問(wèn)題的能力。但考后的得分不盡人意，有考生不要說(shuō)根據(jù)題目設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，連熱敏電阻是什么都不知。

所以結(jié)合第二點(diǎn)可知，教師即使很好地完成了基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，沒(méi)有從新高考下對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求去教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生，那么是無(wú)法完成教學(xué)任務(wù)和高考選拔人才的功能。

同時(shí)更大的挑戰(zhàn)在于，由于技術(shù)的更新迭代加快，信息化背景下整個(gè)國(guó)家的教育變革也提出了教育信息化的要求。這必然要求高中教育，在完成基本的知識(shí)傳遞之外，還要提供給學(xué)生更新更多的選擇。如果高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)還停留在傳統(tǒng)的儀器、傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)思維，必將無(wú)法完成教育任務(wù)和社會(huì)發(fā)展的要求。

二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)困境的解決策略

1.電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（實(shí)行）》就基礎(chǔ)教育課程改革的具體要求：改革課程內(nèi)容“繁、難、偏、舊”和過(guò)于注重書(shū)本知識(shí)現(xiàn)狀，加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)，精選終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。

為此實(shí)驗(yàn)室教師要做好常整理，會(huì)整理的工作。破舊的實(shí)驗(yàn)儀器要盡早更換，對(duì)于質(zhì)量存在問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)器材廠家堅(jiān)決不采購(gòu)，每次實(shí)驗(yàn)過(guò)后要及時(shí)排查損壞的實(shí) 驗(yàn)器材。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室教師要聯(lián)合任課教師，增添新型的儀器，甚至自制一些實(shí)驗(yàn)儀器。

現(xiàn)代的日常生活中，科技進(jìn)步非常迅速，可以用日新月異來(lái)形容。春晚出現(xiàn)的智能機(jī)器人，代表了國(guó)家對(duì)智能化對(duì)科技發(fā)展的重視。同時(shí)在無(wú)人機(jī)、智能穿戴、無(wú)人駕駛等各個(gè)新型領(lǐng)域，都出現(xiàn)了有別于以往的新概念新器材。而我們當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代的發(fā)展。

為此，我們必須要對(duì)目前的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行更新?lián)Q代，增添切合現(xiàn)實(shí)生活的儀器，為學(xué)生打開(kāi)視野。

（1）電流表電壓表

（指針式電表） （數(shù)字式電表）

傳統(tǒng)指針式電表價(jià)錢比較低，但讀數(shù)受人為影響比較大，量程比較小易損壞，交直流電表不同。數(shù)字式電表讀數(shù)精準(zhǔn)度提高，量程大并設(shè)有過(guò)載保護(hù)，不需要選擇量程，可測(cè)交流和直流。

（2）多用電表

（指針式多用電表） （數(shù)字式多用電表）

指針式多用電表，表盤復(fù)雜，讀數(shù)存在比較大的誤差，操作相對(duì)復(fù)雜。

數(shù)字式多用電表，操作簡(jiǎn)單，直接讀取數(shù)據(jù)，不容易出錯(cuò)，在現(xiàn)實(shí)日常生產(chǎn)中使用比較廣泛。

（3）變阻器

（滑動(dòng)變阻器）（電阻箱）（吊扇調(diào)速器）

前者主要特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電阻的連續(xù)性變化，后者特點(diǎn)能夠直接讀出具體的電阻值，吊扇調(diào)速器原理跟電阻箱類似。增添該生活原件，有助于教學(xué)，提高學(xué)生興趣，掌握一定的生活常識(shí)。

（4）傳感器

傳感器是測(cè)量和探索自然界各種參數(shù)的檢測(cè)元件，有人稱其為“探頭”（probe），英文中還有“sensor”（敏感元件）與“transducer”（傳感器）之稱。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“JIS-Z130”將傳感器定義為“對(duì)應(yīng)于被測(cè)量，能給出易于處理的輸出信號(hào)的變換器”。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

實(shí)際上，主要是完成光、熱、電、力學(xué)量和機(jī)械量之間的變換或轉(zhuǎn)換，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。傳感器技術(shù)解決了如何準(zhǔn)確、可靠地獲取系統(tǒng)中的信息，并結(jié)合通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)完成對(duì)信息的傳輸和處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制的目的。因此，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)學(xué)科。

傳感器在精確性、可靠性、靈敏性三個(gè)指標(biāo)上都得到保證，其對(duì)非電學(xué)量方便地進(jìn)行了測(cè)量、傳輸或控制的功能，也拓寬了電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)研究的范疇。應(yīng)用傳感器測(cè)量物理量作為重要的物理量測(cè)量方法來(lái)掌握，可以將中學(xué)實(shí)驗(yàn)不能定量測(cè)量的量變成可以定量測(cè)量的量。這樣豐富了物理實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法，改善了物理量測(cè)量的技術(shù)手段，加深了中學(xué)實(shí)驗(yàn)的深度。

比較常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)坐標(biāo)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

粵教版教材就專門設(shè)立一章來(lái)探究傳感器，足見(jiàn)教材開(kāi)發(fā)者對(duì)此的重視。而高中的教學(xué)并沒(méi)有重視這章，沒(méi)有將傳感器與力學(xué)實(shí)驗(yàn)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)想融合，這是不可取的。

以上儀器在教學(xué)過(guò)程中使用，即可以解決教學(xué)任務(wù)，同時(shí)又提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，掌握最新式的儀器，真正實(shí)現(xiàn)物理來(lái)源于生活又反作用于生活的理念。

2.電學(xué)實(shí)驗(yàn)理念的改變和創(chuàng)新

物理實(shí)驗(yàn)是人們根據(jù)研究和學(xué)習(xí)的目的，利用物理儀器和設(shè)備，人為地模擬物理現(xiàn)象，排除各種偶然因素的干擾，突出主要因素，在有利的條件下重復(fù)地去研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律的活動(dòng)。物理實(shí)驗(yàn)是建立和檢驗(yàn)物理理論的基礎(chǔ)和有利武器，是物理學(xué)習(xí)的一種重要研究方法。物理實(shí)驗(yàn)既是物理教學(xué)的手段，同時(shí)又是物理教學(xué)的目的。因此，在物理教學(xué)中，必須樹(shù)立物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的基本觀點(diǎn)。

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康母倪M(jìn)和創(chuàng)新

隨著技術(shù)水平的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不斷完善了，學(xué)生的能力也逐步地提升了。教學(xué)中原來(lái)只是理論講解的可以轉(zhuǎn)變?yōu)檠菔緦?shí)驗(yàn)，甚至是探究性實(shí)驗(yàn)，原來(lái)是演示實(shí)驗(yàn)也可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)，原來(lái)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也可以改為探究性實(shí)驗(yàn)。

如電學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)電流表和電壓表的改裝問(wèn)題，因?yàn)樵撝R(shí)點(diǎn)不是高考的考點(diǎn)，導(dǎo)致教師基本是停留在理論分析，并沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)真正展示給學(xué)生。教學(xué)過(guò)后，學(xué)生也只是知道電流表改裝是并聯(lián)小電阻，電壓表改裝是串聯(lián)大電阻，無(wú)法體會(huì)到所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的樂(lè)趣和價(jià)值。

從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上是完全具備實(shí)驗(yàn)操作的，可以采用教師演示或者是學(xué)生探究性都可以。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都有靈敏電流表、電阻、電流表、導(dǎo)線、電源，只需要按照電流表的改裝原理，就可以將理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，切實(shí)體會(huì)電表改裝原理，并掌握改裝的技巧，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的欲望和能力。

（2）實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)和創(chuàng)新

目前有些物理實(shí)驗(yàn)，存在實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法不夠完善導(dǎo)致的誤差，或者是定性的研究可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎康臏y(cè)量，或者是改變數(shù)據(jù)處理方法。雖然是簡(jiǎn)單的一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)，但可以達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維的目的，提升了學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的能力，而這點(diǎn)也正是當(dāng)前高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的方向。

如在描繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量出如圖所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，使用Excel對(duì)小燈泡的U-I數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，可以得到下圖曲線，進(jìn)一步得到結(jié)論，在課堂上解決時(shí)間。而Excel本身就是常用的電子表格軟件，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域，具有豐富的函數(shù)庫(kù)和程序模塊，具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和繪圖功能，已經(jīng)納入普通高中信息課程中。在人教版教材中，已經(jīng)有多處使用Excel對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的。學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，既可以很好地完成實(shí)驗(yàn)，又可以培養(yǎng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法。

（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新

高中全面實(shí)施新課程，數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（DISLab）作為現(xiàn)代教育技術(shù)手段逐漸進(jìn)入高中物理實(shí)驗(yàn)室，成為信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的有效手段。正如前文提出，粵教版教材有一整章對(duì)傳感器及其應(yīng)用就提出具體可行的內(nèi)容介紹。

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)和重要組成，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基本手段之一。將物理實(shí)驗(yàn)論和系統(tǒng)學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，用數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)更加的形象立體直接。

如恒定電流一章實(shí)驗(yàn)，可采用DISLab平臺(tái)重新處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)，用電流、電壓傳感器代替電流、電壓表，以直接獲得兩者的關(guān)系圖線，直觀得到電阻、電燈泡電阻、二極管的特性曲線，加深對(duì)歐姆定律的理解，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)傳感器的使用。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)的操作，學(xué)生經(jīng)歷數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、描點(diǎn)、畫線、增加變量、再采集、計(jì)算、描點(diǎn)、畫線的過(guò)程，最后基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到電流和電阻的關(guān)系。

通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)方式的創(chuàng)新，學(xué)生懂得如何通過(guò)圖線發(fā)現(xiàn)物理的本質(zhì)特征，初步認(rèn)識(shí)到圖線背后的模型意義，掌握了應(yīng)用新型手段獲取信息的方法。而這種方法，又是未來(lái)生活的必備技能，切合時(shí)代的發(fā)展。

3.電學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理創(chuàng)新

隨著技術(shù)的發(fā)展和高考改革的要求，實(shí)驗(yàn)室的功能也要隨之發(fā)生改變和創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)室不單單作為教師完成教學(xué)任務(wù)的場(chǎng)所，更應(yīng)該成為學(xué)生創(chuàng)造的平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室的概念也不應(yīng)該局限于以往的空間限制，應(yīng)該把實(shí)驗(yàn)室延伸到網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)難于操作，難于理解，難以完成，并且高考的電學(xué)實(shí)驗(yàn)更加趨向于探究性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在日常的教學(xué)時(shí)間之內(nèi)，僅僅完成基本的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)是非常艱難，更加不用談培養(yǎng)學(xué)生探究能力和解決問(wèn)題的能力。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放，學(xué)生可以采取微信公眾號(hào)預(yù)約的方式來(lái)預(yù)訂實(shí)驗(yàn)室。而實(shí)驗(yàn)室教師根據(jù)預(yù)約做好登記按照實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予學(xué)生指導(dǎo)和解答。同時(shí)，電學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該分設(shè)兩個(gè)區(qū)，基本實(shí)驗(yàn)區(qū)和探究實(shí)驗(yàn)區(qū)?；緦?shí)驗(yàn)區(qū)包括教材中出現(xiàn)的基本實(shí)驗(yàn)和考試中變化的實(shí)驗(yàn)，提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)題目給予參考。探究實(shí)驗(yàn)區(qū)包括高考中探究性的題目，更重要的是學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要給予大力支持，包括儀器的采購(gòu)、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)、成果的展示等。

如電學(xué)試驗(yàn)中電磁繼電器，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理是理解的，但是缺乏實(shí)踐操作。而該實(shí)驗(yàn)器材是非常容易獲得，對(duì)此實(shí)驗(yàn)室就應(yīng)該開(kāi)設(shè)一門電磁繼電器的設(shè)計(jì)課作為開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)課程之一對(duì)外開(kāi)放。

電學(xué)實(shí)驗(yàn)，既是教師教學(xué)能力體現(xiàn)的最好內(nèi)容，更是培養(yǎng)學(xué)生能力的最佳平臺(tái)。對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究，要不斷深化難度和廣度，更要貼近生活、緊跟時(shí)代步伐，實(shí)現(xiàn)物理來(lái)源于生活的理念。

參考文獻(xiàn)

[1]惠潤(rùn).利用DISLab完善高中電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)體系的應(yīng)用研究[D].2009.

[2]張振云.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的魅力與價(jià)值 [J].內(nèi)江科技， 2007，02.