佛山市南海中学分校 陶科
摘要：本文从心理学和《普通高中物理课程标准（实验稿）》对实验能力的相关分析入手，提出了物理实验能力的科学内涵及其相关的层次结构。特别对物理实验能力中基础实验能力进行分析，提出了提高基础实验能力的相关策略。
关键词：高中物理 实验能力 内涵 策略
《普通高中物理课程标准》已相继颁布了几年，新课改理念也渐入人心，但从一些物理教育文献和教学实践来看，物理实验方面的教学及研究重点集中在实验教学方法与组织形式等方面，而较为忽视对学生实验能力的培养与研究。究竟物理实验能力内涵怎样？哪些因素制约了高中生物理实验能力的培养与发展？本文从高中物理实验能力科学内涵分析入手，寻求培养物理实验能力的策略。
1.高中物理实验能力科学内涵
认知心理学的最新研究成果表明，能力包括三种：操作能力、认知能力和社交能力。物理实验能力主要包括操作能力和认知能力。认知能力是外部操作能力的支配者、调节者，对动作具有发动、定向、指导、监控的作用，而操作能力经常是认知能力形成的最初依据。物理实验活动的顺利进行便是操作能力和认知能力相互制约、相互配合的结果。
《普通高中物理课程标准（实验稿）》在内容标准部分对科学探究及物理实验能力涉及的各要素分别详述。对其概括可以发现新课程标准对中学生物理实验能力的基本要求有下面几项指标：观察实验能力、基本操作能力、信息处理能力、创新能力、投入的情感态度、意志毅力、合作能力、自我认知能力。新课程标准对物理实验能力的基本要求无疑将对我们研究与培养学生的实验能力提供了全新的视野和有益的启示。
1.1高中物理实验能力概念
从广义的角度来讲，物理实验能力是指运用物理实验理解、验证理论观点以及借助物理实验获得新认识的能力。它包括发现、选择和明确课题的能力，选用实验方法和设计实验方案的能力，使用仪器和实验操作的能力，观察实验的能力，实验思维的能力，收集资料数据的能力，分析、研究和处理实验资料、的能力，实验思维的能力，收集资料数据的能力，分析、研究和处理实验资料、数据的能力，发现物理实验规律的能力，表述实验及其结果、最终解决问题的能力等等。
1.2高中物理实验能力结构
物理实验能力和其它能力一样也是多种特性的综合，因而也就具有自己独特的构成。从能力的高低层次来看，物理实验能力应具有两层构成：第一级是基础实验能力，即能顺利完成一般教学实验的能力。它包括实验观察能力、实验器材选择能力、实验操作能力、实验数据处理能力、实验故障排除能力、实验报告写作能力等六个方面。这六个方面的能力是中学物理实验教学中必须培养的能力，也是开展较为复杂实验活动的基础；第二级是延伸实验能力，即在掌握基础实验能力的基础上，能进一步灵活运用已有物理实验知识更加深入开展一些物理实验活动的能力。它不但包括基础实验能力（第一级），还主要包括实验设计能力、实验规律总结能力、实验推理能力、实验创新思维能力、实验交流与合作能力、实验资料检索能力、实验课题选择能力等。延伸实验能力对中学生提出了更高要求，这两级实验能力之间的关系可用图1实验结构层次分析图表示。
从能力的表现形式来看，物理实验能力又可分为外在表现和内在表现两种形式。外在表现的实验能力是指在实验中容易被观测的、显性的动作技能，主要包括实验观察能力、实验器材选择和使用能力、实验操作能力、图表绘制能力、数据处理能力、报告写作能力、故障排除能力等；内在表现的实验能力是指在实验中难以被观测的、隐性的智慧能力，主要包括实验准备能力、实验设计能力、课题选择能力、规律总结能力、实验推理能力、创新思维能力、实验交流与合作能力等。
2.高中物理基本实验能力培养的策略
实验能力是学生能力的基础，培养学生的实验能力特别是基本实验能力是教学的基本任务，通过实验全过程的教学，在获取或巩固知识的过程中，使学生理解和掌握运用观察和实验手段处理问题时的基本程序的技能，具备敢于质疑、善于反思的习惯，严谨、求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，激发学生的学习动机和学习兴趣。从而使学生形成完整的实验能力结构。以下就学生基本实验能力提出培养策略。
2.1在掌握正确观察方法、培养良好观察习惯中提高实验观察能力
使学生掌握正确的观察方法是培养学生观察能力的基础，作为教师，要指导学生逐步掌握正确观察方法。在有目的、有计划的观察中往往采用顺序观察、分步观察、对比观察，并在观察中进行分析、综合、归纳、概括。顺序观察是按照一定的顺序进行观察。静态物体一般采用顺序观察，即从上到下、从前到后、从左到右、从外到内进行观察。分步观察是当一个现象和过程有多种因素支配的时候，为了弄清各种因素的作用、性质和规律，常采用依次突出一个因素的作用使其他因素相对固定，一步一步进行观察。对比观察是对两个事物、现象进行对比，或对某一现象发生变化的前后情况进行对比的观察方法。指导学生在实验中对不同方法的灵活使用。
如验证牛顿运动定律的实验中如图2，在观察实验仪器的时候引导学生采用顺序观察法，按照从左至右先观察打点计数器部分构成（打点计时器、交流电源、纸带等），再观察木板支架部分，最后小车钩码部分；而观察实验现象阶段，则可引导学生观察先闭合打点计时器开关再释放纸带，下车在钩码作用下向右加速，最后闭合夹子纸带停止；同时指导学生对比观察上下两个小车条件和运动情况的不同，通过对三种观察方法的运用使学生明确观察目的，掌握观察方法，能全面、精确地进行观察。
同时在实验中培养学生勤观察、多观察的良好习惯，对观察能力的提高起着重要的作用。教师在实验教学过程中要创造条件，从多方面培养学生良好的观察习惯。教师尽量多做演示实验和学生实验，充分利用现代化教学手段，指导学生进行观察，从对实验现象的观察中培养学生的观察能力。尽量多布置一些观察和实验的作业，多开展一些实验性质的课外活动，从各种渠道培养学生多观察、勤观察的习惯。
2.2在清楚掌握实验原理，明确器材选择思考角度中提高器材选择能力
选择器材是进行科学探究的一项基本技能， 能，同时也是科学探究教学的培养目标。在试验教学中要教给学生思考问题的方法，提高学生思维的能力、要让学生初步学会有效控制实验条件和恰当地选择实验器材。
正确选择实验器材首先要从实验目的和原理入手。实验目的和原理是具体实验方案设计的基础，同时也是实验条件和实验器材选择的基础，因此，从实验目的和原理出发去思考器材的选择，是学生应掌握的首要原则。其次从实验误差的角度思考。任何实验都无法避免误差，但在实验中应考虑如何通过实验条件的控制和器材的选择来达到减小实验误差的目的。第三从控制变量的角度思考。实验结果往往受多种因素影响，因此要保证实验结果的可靠性，就要控制好变量，尽可能排除无关因素的干饶。第四从安全性角度思考。实验安全是任何实验都必须首先考虑的。实验安全首先指对实验操作者的生命安全，其次指对器材的安全。如使用220V电压和易燃的酒精灯以及到户外测量时，都应考虑实验条件和实验环境对人体的安全性;对于天平、电表等仪器，则应考虑器材本身使用的安全性。第五从实验的可见度思考。一些实验现象本身不明显或测量的量值比较小时，则需要在设计和选择器材时思考一个可见度的问题。
例如在如测电阻实验，已知电阻值约为200Ω，选择合适的器材：
电流表A1（量程0～4mA，内阻约50Ω）
电流表A2（量程0～10mA，内阻约30Ω）
电压表V1（量程0～3V，内阻约10kΩ）
电压表V2（量程0～15V，内阻约25kΩ）
直流电源E（电动势4V，内阻不计）
滑动变阻器R1（阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2。0A）
滑动变阻器R2（阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0。5A）
根据安全性角度思考电压表选V1，电流表选A2，从可见度和可控性角度思考滑动变阻器选R1，结果如图3所示。
2.3在多样操作示范，基本操作培养中提高实验操作能力
物理实脸操作能力主要是物理实脸中的动手操作技能，所涉及的行动主要包括准确而熟练地使用基本仪器、仪器的配套组装。
操作示范的方式是多种多样的，每种方式都有其目的性和针对性。在操作示范时，只有考虑到操作的特点、教学目标以及学生的实际情况，灵活地选择示范的方式，才能起到事半功倍的效果。作为物理实验操作示范，应注意正误对比示范、分步示范和慢速示范等示范方式的运用。
正误对比示范是同时进行正确操作和错误操作的示范。通过正、误两方面操作的观察、对比和分析，有助于学生明白什么是对的，什么是错的，且能凸显正确操作的要领，有效防止错误操作的发生。这种示范方式一般在操作易发生普遍错误时使用。
分解示范是把操作过程分解为相对独立的几个简单动作的示范。将过程细化有助于学生感知和模仿，领会操作时身、眼、手、脚等的协调配合，明确具体的操作步骤。这种示范方式一般在操作过程比较复杂时运用。
慢速示范是放慢操作速度的示范。透过“慢镜头”可清楚地观察到操作过程的每一个细节，有助于学生加深对动作的理解和建立清晰的视觉形象。这种示范方式一般在常速不易看清操作过程时运用。
重新组合而成的，中学生应该形成的基本操作技能有:刻度的认定、调整与读取技能。减少康攘的技能，固定和移动物体的技能;连接电路元器件的技能;选择最佳动作方案等。如果这其中的某一项基本技能尚未成熟，则对其它技能的形成势必造成障碍。例如，刻度的认定、调整与读取技能。在秒表、弹赞秤、天平、电流表、电压表等仪器的操作动作中均是类似的;再如，电路元器件的连接技能，是进行任何电学实脸都必需的基本技能。
2.4 在明确细化流程，对比分析特点中提高数据分析能力
数据是进行科学分析的根据，是得出科学结论的基础。处理数据的能力是指会对数据进行记录、分析、比较、处理、概括，从而得出正确的结论。高中物理数据处理主要有列表法、图像法、图解法、逐差法等。实验处理的方法多样、步骤繁琐、处理灵活，因此数据处理能力成为实验能力提高的重点也是难点。
在教学前将每一种数据处理方法的流程图列出，并附以相关联的知识和技能。使基础不好的同学能够对方法中所用到的相关内容有所熟悉，从而为学习数据处理打下基础如图4 作图法流程图，将作图法的具体步骤及每步所需要完成的任务细化，并附一示范图，如图 。在完成基本数据处理方法的讲解后，还要及时总结辨析几种方法的优点和不足，清楚每一种方法的特点，在遇到实际数据处理时，能够做出争取的选择。
2.5以基本实验原理为依托，科学引导学生自主思考，提高实验故障分析能力
实验中的故障排除，不单是一种操作能力，它涉及实验原理的掌握程度，分析问题和处理问题的方法，对仪器各部件工作情况的了解，以及实验态度等，是一种综合运用能力也就是说，每个“故障”都包含着丰富的知识、技能、经验、规律。“故障”的本质往往是学生在知识、技能上的缺陷通过引导学生科学地对待、处理实验过程中的故障，培养他们勇于面对问题，分析、处理问题，并从问题中学习的能力是中学物理实验教学的重要目的。
中学物理实验往往有实验原理和操作步骤。但没有对仪器的使用方法、注意事项，各部件工作情况作出详细说明。学生在组装、操作的过程中会有常识性、方法性错误，使用完好的仪器也经常无法进行实验，此时应解决学生技能上的障碍，再指导学生观察仪器的构造，理解仪器的设计原理，故障自然就会解决。
例如给电磁打点计时器安装复写纸片时，许多学生不知把复写纸固定柱外移，而是将压纸框架高高扳起安上复写纸片后，未将压纸框架压下，或由于弹性而复位不完全。导致压纸框架顶住振动板使打点针打不到复写纸或点迹不清晰这时我会提问学生:正常打点走带时，复写纸是旋转的，其轴不动，为什么还要给固定柱一个移动槽，使它能移动呢?学生一般只回答出是为了方便安装复写纸。再问学生:还有什么作用?然后告诉学生利用它可以调整复写纸片与打点针的相对位置，充分利用复写纸片多次打点，保证点迹清晰继而引导学生详细观察打点计时器，让他们思考每个零件为什么这样设计一，有何作用。再提高一步，告诉学生其它任何仪器，或是在日常生活中所用到的工具、产品，都是经过制造者精心设讨一的，每一个零件都有特定的作用，应该多观察、多思考、多动手。
2.6明确实验报告组成，增强分析和物理语言表达能力，提高实验报告撰写质量
物理实验报告是学生完成物理实验全过程的实验总结，是学生展示实验水平、发表实验见解、交流实验成果的媒介，是培养学生进行科技写作能力的有效形式。书写实验报告是逐步培养理工科学生分析、总结问题的能力，提高文化素养和综合素质的一个重要方面，这就使得指导学生如何写好实验报告尤其重要。
在写报告之前，首先使学生头脑中有一个完整轮廓，做到目标明确，心中有数，这就需要将报告要写的几个部分告知学生。一份完整的实验报告包括九个部分:(1)实验者信息;(2)实验条件;(3)实验名称;(4)实验目的;(5)实验仪器;(6)实验原理;(7)实验步骤;(8)实验数据记录、处理及误差分析;(9)问题讨论。
一份成功的实验报告就是一篇科学论文的雏形，指导学生用严谨的结构、流畅的文笔、清晰的思路简洁地描述实验的内容、方法和步骤，表达实验所阐明的物理思想和概念，给出可信的明确结论，对培养和提高学生的分析、表达和信息交流能力非常重要。
该部分要求学生对实验过程中的正常和“反常”现象、测试故障、仪器、测试环境的影响等等进行讨论和分析，分析讨论的形式可以多样化。另外，在此部分也可以写改进实验的建议、实验后的体会、回答实验思考题等。这一部分主要让学生学会思考，培养其综合分析能力。除了分析能力之外，还应提高学生物理语言表达能力，要多给学生讨论问题的机会，这样既能锻炼学生对问题的敏锐度，又能锻炼学生从容陈述自己对物理问题的看法，还可以及时发现在物理表达中暴露出来的弱点，及时给予指导。
3.结束语
综上所述，学生实验能力培养特别是基本实验能力是要通过多方面的长期培养，但作为高学学生物理实验技能的培养，上述所论及的是最主要最基本的。当然，在培养学生基本实验能力的同时，再来培养学生的科学素养和良好的实验思维，这样才能为学生的能力的提高打下坚实的基础。
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