王金鐸 郭樂(lè)峰

（上海市盧灣高級(jí)中學(xué)，上海 200023）

上海作為教育改革的前沿，在“二期”課改中，明確了物理教學(xué)的“三維”目標(biāo)，提倡自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，而物理實(shí)驗(yàn)是達(dá)成上述目標(biāo)的重要手段.在高二年級(jí)物理學(xué)業(yè)水平考試中，將實(shí)驗(yàn)技能作為單獨(dú)考核的內(nèi)容，凸顯了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中的地位.

1 考核概況

實(shí)驗(yàn)技能考核的全稱是“上海市普通高中學(xué)業(yè)水平考試技能操作測(cè)試”，該測(cè)試從1998年至今已進(jìn)行了16年.它隸屬于高二物理學(xué)業(yè)水平考試的內(nèi)容，但為時(shí)間獨(dú)立、計(jì)分獨(dú)立的技能操作測(cè)試.考核范圍是高中物理必修部分的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，既有傳統(tǒng)的操作實(shí)驗(yàn)，也有利用現(xiàn)代科技的DIS實(shí)驗(yàn).考核時(shí)間一般安排在當(dāng)年學(xué)業(yè)考試的理論部分考試前1～2周內(nèi)進(jìn)行.考卷由上海市教育考試院命制，每年的考題分為難度基本相當(dāng)?shù)腁、B、C 3組，每組2題.考生按照事先由電腦隨機(jī)分配的方式形成考試小組，每小組按照規(guī)定的時(shí)間前往考點(diǎn)（非就讀學(xué)校），臨場(chǎng)抽簽決定考題.每場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間為15min，單人單桌考試.監(jiān)考老師由教育考試院遴選的非考生所在校任課教師擔(dān)任，每位教師監(jiān)考4名考生.在學(xué)生操作過(guò)程中，監(jiān)考老師當(dāng)場(chǎng)評(píng)分，并由專業(yè)人員將分?jǐn)?shù)錄入考試中心計(jì)分表.再將原始分換算為A、B、C、D、E等考試等級(jí)，記入學(xué)生檔案，作為學(xué)生高中畢業(yè)的成績(jī)，為高校自主招生提供參考.

2 考題介紹

2014年上海市高二物理實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試題見表1，其中組別就是試卷的組序；實(shí)驗(yàn)試題就是實(shí)驗(yàn)名稱；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容則為學(xué)生具體的操作項(xiàng)目，也是監(jiān)考教師的評(píng)分依據(jù).

表1

3 考題分析

從實(shí)驗(yàn)試題的內(nèi)容上來(lái)看，實(shí)驗(yàn)操作主要考核學(xué)生以下幾方面能力.

3.1 基本的實(shí)驗(yàn)操作能力

動(dòng)手操作是實(shí)驗(yàn)技能考核的重要特征，也是操作技能考核與紙筆考核的關(guān)鍵差異所在.無(wú)論是利用現(xiàn)代信息技術(shù)的DIS實(shí)驗(yàn)還是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際操作都是實(shí)驗(yàn)的核心.例如，在本次實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試中，A、B兩組的實(shí)驗(yàn)1中，都有讓小車在細(xì)線拉動(dòng)下做勻加速運(yùn)動(dòng)的操作部分，且都要求測(cè)出小車的加速度.要使小車做勻加速運(yùn)動(dòng)，小車的輪子必須始終處于滑板的軌道槽內(nèi)，且在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中牽引小車的細(xì)線不能脫離滑輪槽，位移傳感器的發(fā)射器必須與接收器的正對(duì)，釋放小車與操作DIS界面上數(shù)據(jù)記錄同步等.在C組實(shí)驗(yàn)1中，操作時(shí)學(xué)生要用手緩慢推動(dòng)活塞至要求的刻度處，另一只手要點(diǎn)擊鼠標(biāo)記錄數(shù)據(jù)，以得到對(duì)應(yīng)氣體的p、V值，因此眼、手協(xié)調(diào)是基本操作能力的反映.

3.2 基本儀器的使用能力

中學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)裝置，大部分是由基本的器材和儀器組合而成.如小車，位移、壓強(qiáng)傳感器，滑動(dòng)變阻器，彈簧測(cè)力計(jì)，原、副線圈，檢流計(jì)，多用電表等都是物理實(shí)驗(yàn)中的常用儀器.在實(shí)驗(yàn)操作考核中，以這些儀器的使用為主，既突出了實(shí)驗(yàn)考核的基本宗旨，又明確了平時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的努力方向.這對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的形成具有積極作用.

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述能力

圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字都是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述方式，它反映的是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和效果.A組實(shí)驗(yàn)1中，利用v-t圖像，選取直線區(qū)域的斜率求小車的加速度，再通過(guò)取平均值的方法得到加速度的平均值；B組實(shí)驗(yàn)2，就是用文字來(lái)闡述感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件；A組實(shí)驗(yàn)2中，利用圖形比較合力的理論值與測(cè)量值的差異.

綜上所述實(shí)驗(yàn)技能考核包括：對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、儀器的組合和使用能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的表述能力等，其結(jié)果較全面地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng).

4 操作實(shí)錄及分析

在實(shí)驗(yàn)操作考核過(guò)程中，絕大部分同學(xué)能按照考題要求，通過(guò)正確的實(shí)驗(yàn)操作，得出理想的結(jié)果.但也有不少的同學(xué)，出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，現(xiàn)將其中的部分摘錄于表2.

表2

從摘錄可以看出，學(xué)生在考核中的失誤可以歸納為以下幾方面.

4.1 對(duì)考題理解不夠透徹

物理實(shí)驗(yàn)不是無(wú)目標(biāo)的活動(dòng)，而是為完成特定任務(wù)而展開的手腦并用的智力活動(dòng).因此，認(rèn)真審題、準(zhǔn)確理解題意，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是實(shí)驗(yàn)操作考核成敗的關(guān)鍵.A組實(shí)驗(yàn)2中，按指定方向測(cè)出合力、分力大小后，再利用力的圖示法作平行四邊形，從而研究力合成的方法.力的等效替代和準(zhǔn)確的平行四邊形是操作成敗的關(guān)鍵；B組實(shí)驗(yàn)2中，利用實(shí)驗(yàn)的方法，采取多種方式使閉合線圈中磁通量發(fā)生變化，從而得出感應(yīng)電流的形成條件；C組實(shí)驗(yàn)2中，對(duì)于未知電阻的阻值，不少學(xué)生想當(dāng)然地認(rèn)為是通過(guò)多用電表測(cè)量法直接得到，而考題是要求學(xué)生用多用電表測(cè)出各電阻的電壓后，利用串聯(lián)電路的性質(zhì)通過(guò)理論計(jì)算得出.所以，對(duì)題意的準(zhǔn)確理解進(jìn)而轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作，是確保實(shí)驗(yàn)操作考核成功的關(guān)鍵.

4.2 實(shí)驗(yàn)裝置組裝不夠科學(xué)

符合要求的實(shí)驗(yàn)裝置是實(shí)驗(yàn)考核順利完成的保證，在考核中大部分學(xué)生考核結(jié)果不夠理想的原因是不能組成正確實(shí)驗(yàn)裝置.在DIS實(shí)驗(yàn)中，不能進(jìn)入正確的實(shí)驗(yàn)界面、實(shí)驗(yàn)儀器與傳感器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)間的連接不正確；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中電路的連接、多用電表?yè)跷坏倪x擇、與被測(cè)電路的連接，彈簧測(cè)力計(jì)的使用等都是學(xué)生在考核中暴露出的問(wèn)題，仍需要在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中得以重視.

4.3 實(shí)驗(yàn)原理與操作脫節(jié)

4.4 考核結(jié)果表述欠準(zhǔn)確

考核結(jié)果的表達(dá)，既是學(xué)生操作能力的反映，也是學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)理解能力的表現(xiàn).考核過(guò)程中出現(xiàn)的平行四邊形定則作圖問(wèn)題，在作加速度與質(zhì)量關(guān)系的a-m圖像時(shí)的坐標(biāo)分度、描點(diǎn)問(wèn)題，不能用準(zhǔn)確的語(yǔ)言描述感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，不能用串聯(lián)電路的規(guī)律計(jì)算未知電阻的阻值等問(wèn)題，都會(huì)使本已完成的實(shí)驗(yàn)操作因?yàn)榻Y(jié)果表達(dá)的不規(guī)范而影響了考核成績(jī).也反映了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理認(rèn)識(shí)上的不足.

4.5 缺乏儀器整理的習(xí)慣

良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，不僅表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)裝置的正確連接、實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用、及實(shí)驗(yàn)操作的正確規(guī)范，還表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的整理.在DIS實(shí)驗(yàn)中不能清除界面數(shù)據(jù)，不能及時(shí)退出實(shí)驗(yàn)界面，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)裝置不能及時(shí)拆除，多用電表使用完畢沒(méi)有將表筆拔出，并將選擇開關(guān)置于應(yīng)該的位置等.這些看似簡(jiǎn)單的操作，折射出的都是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性及實(shí)驗(yàn)的基本素養(yǎng).

5 教學(xué)建議

從學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問(wèn)題來(lái)看，既有對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視不夠，導(dǎo)致動(dòng)手機(jī)會(huì)少而操作生疏，也有對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解不當(dāng)，導(dǎo)致操作時(shí)不知所措，當(dāng)然還有因平時(shí)不良的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣引起操作不規(guī)范等.這些問(wèn)題都應(yīng)該在平時(shí)的課堂教學(xué)加以克服，為此提出以下建議.

5.1 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在整個(gè)高中物理教學(xué)過(guò)程中，物理實(shí)驗(yàn)技能考核，僅在高二學(xué)業(yè)結(jié)束時(shí)進(jìn)行一次，師生難免有臨時(shí)抱佛腳的突擊心理，難以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成比較全面而系統(tǒng)的安排.但物理實(shí)驗(yàn)具有揭示、探究與驗(yàn)證物理規(guī)律的作用，是教師用語(yǔ)言教學(xué)無(wú)法替代的，更重要的是通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣.由此引發(fā)學(xué)生熱愛物理，研究物理，投身于物理的激情，是物理實(shí)驗(yàn)的潛在力量.那種認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)課，課堂秩序難以控制，實(shí)驗(yàn)課會(huì)占用理論教學(xué)的時(shí)間從而影響理論教學(xué)的觀點(diǎn)，使原本有趣的實(shí)驗(yàn)操作課變?yōu)閷W(xué)生觀看視頻的“看實(shí)驗(yàn)”，或給學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告清單，讓學(xué)生背實(shí)驗(yàn)操作步驟的“背實(shí)驗(yàn)”的形式，這種做法都成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的桎梏，必然會(huì)使生動(dòng)有趣的物理學(xué)變?yōu)樗烙浻脖车目菰锝忸}物理，導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)物理的積極性，當(dāng)然更談不上物理學(xué)習(xí)的高效.因此，在課堂教學(xué)過(guò)程中，不僅要保質(zhì)、保量地完成教材中規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)在力所能及的情況下盡可能多地開發(fā)研究性與探究性實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的動(dòng)手與體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì).

5.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開展，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程是關(guān)鍵，在平時(shí)的課堂教學(xué)過(guò)程中，可以從以下幾方面努力.

5.2.1 培養(yǎng)良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣

俗話說(shuō)“無(wú)規(guī)矩，不成方圓”，物理實(shí)驗(yàn)是在物理原理指導(dǎo)下的有目的操作活動(dòng)，只有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，才能達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)效果.良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣包含：對(duì)常規(guī)器材的合理取、放、組裝，測(cè)量?jī)x器的恰當(dāng)讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的準(zhǔn)確觀察和描述，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確記錄與分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整呈現(xiàn)，還有學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后對(duì)各實(shí)驗(yàn)儀器的清點(diǎn)與檢查，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)各儀器的復(fù)位與整理等.良好的習(xí)慣是實(shí)驗(yàn)正確開展的保證，當(dāng)然，它的培養(yǎng)既要靠教學(xué)過(guò)程中教師的示范，也要靠師生、生生的監(jiān)督方可形成.

5.2.2 正確把握實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

物理實(shí)驗(yàn)是一個(gè)完整的思維過(guò)程，是由各個(gè)不同的環(huán)節(jié)組成，一般而言，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有如圖1所示的各環(huán)節(jié)構(gòu)成.

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵笇?shí)驗(yàn)要做什么，如測(cè)量某物理量、研究物理規(guī)律、練習(xí)使用某種儀器等.通常情況下，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康木蛻?yīng)該知道實(shí)驗(yàn)要得到的結(jié)果.在實(shí)驗(yàn)開始前，使學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模拍苊鞔_實(shí)驗(yàn)的努力方向.

實(shí)驗(yàn)原理是指該實(shí)驗(yàn)所遵循的物理原理或物理規(guī)律，也可以是該實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)計(jì)方法，如放大、對(duì)比、控制變量等.顯然，這是物理實(shí)驗(yàn)的核心.在實(shí)驗(yàn)開始前，讓同學(xué)熟悉或討論實(shí)驗(yàn)原理，在理解實(shí)驗(yàn)原理的前提下完成實(shí)驗(yàn)，以減少實(shí)驗(yàn)操作的盲目性.

圖1

在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解?shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的儀器組裝、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄與處理等才科學(xué)合理.

5.2.3 適時(shí)開展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

適時(shí)而科學(xué)的評(píng)價(jià)，既能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中檢查與督促學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，又能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)而規(guī)范的實(shí)驗(yàn)態(tài)度.實(shí)驗(yàn)前由學(xué)生來(lái)闡述實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，可以直接了解和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解程度；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、評(píng)價(jià)，讓學(xué)生來(lái)分析與發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的成敗；另外在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讓學(xué)生來(lái)交流實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分析實(shí)驗(yàn)誤差提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維.通過(guò)對(duì)學(xué)生理解原理、分析過(guò)程、討論結(jié)果、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等多元要素的評(píng)價(jià)，讓學(xué)生既能看到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的不足，又能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)成功時(shí)的快樂(lè)，必然能夠促進(jìn)學(xué)生形成高效實(shí)驗(yàn)的品格.

5.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有其固有的規(guī)律，遵循這些規(guī)律可以使實(shí)驗(yàn)教學(xué)井然有序的進(jìn)行，并達(dá)成物理教學(xué)的目標(biāo).但實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不能循規(guī)蹈矩、墨守成規(guī)，因?yàn)閯?chuàng)新的教學(xué)方式才能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維及創(chuàng)新素養(yǎng)，讓物理教學(xué)真正為培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)人才做出貢獻(xiàn).為達(dá)上述目標(biāo)，可以從以下方面加以努力.

5.3.1 創(chuàng)設(shè)更多“探究性”實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)是探究物理規(guī)律的重要工具，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多一些研究性實(shí)驗(yàn)，更能發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的探究功能.把學(xué)生置身于動(dòng)態(tài)、開放、生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境中，通過(guò)自主探究了解現(xiàn)象，掌握規(guī)律，參與并體驗(yàn)知識(shí)的獲得過(guò)程，建構(gòu)起對(duì)事物的新認(rèn)知，培養(yǎng)科學(xué)探究能力.在課堂教學(xué)過(guò)程中，有許多的物理規(guī)律是以研究性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)方式給出的.例如，反映力、質(zhì)量、加速度的牛頓第二定律，決定單擺周期的大小及單擺的等時(shí)性等.將這些實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中獲得物理實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣，既能提升實(shí)驗(yàn)技能，又能從實(shí)驗(yàn)過(guò)程體會(huì)科學(xué)探究的樂(lè)趣.

5.3.2 同一裝置完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，同一儀器往往可以在多種場(chǎng)合下使用到.利用實(shí)驗(yàn)儀器的這種特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，既可以提高儀器的使用價(jià)值，又可以使學(xué)生在使用儀器的過(guò)程中，聯(lián)系到各實(shí)驗(yàn)之間的互通性和關(guān)聯(lián)性.例如，利用斜槽，既可以完成伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，又可以完成研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還能利用它研究機(jī)械能守恒.利用位移傳感器、小車、帶滑輪的平板，可以完成平均速度、加速度測(cè)量、研究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)、研究機(jī)械能守恒等.這對(duì)學(xué)生思維的發(fā)散性、互通性的培養(yǎng)起到積極作用.

5.3.3 同一實(shí)驗(yàn)多渠道完成

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，給學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)到的物理知識(shí)，選擇不同的物理原理，采用不同的儀器或裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并比較不同方案的優(yōu)劣，從而設(shè)計(jì)出更優(yōu)方案，提高他們獨(dú)創(chuàng)性和互補(bǔ)性.例如：“如何測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?，可以用秒表等儀器的“滴水法”、用位移傳感器的“自由下落法”、用頻閃照相的方法、用單擺法等.

總之，實(shí)驗(yàn)技能操作考核只是檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種手段，由此引發(fā)的對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的反思、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性才是目的.規(guī)范化的教學(xué)過(guò)程，互動(dòng)式的教學(xué)方式是高效實(shí)驗(yàn)教學(xué)的徑途.開發(fā)多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)才是其歸宿.由此必能促進(jìn)物理教學(xué)高效而有序的開展和學(xué)生物理創(chuàng)新思維能力的全面提升.

1 閻金鐸.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1998（6）.