对高中物理实验教学的点滴思考_高中物理实验教学感想
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对高中物理实验教学的点滴思考
对高中物理实验教学的点滴思考
——观麻省理工学院公开课《经典力学》有感
[摘要]:实验教学是物理教学中的必不可少的组成部分，他占据着重要的地位。文章从对麻省理工学院Walter Lewin教授的《经典力学》的精彩实验教学片段思考，提出对中学物理教学的改革思路：利用实验作为载体，让实验回归物理课堂，让实验丰满物理课堂，让实验延伸物理课堂。[关键词]:实验教学；现状；麻省理工学院；精彩片段 近来诸如麻省理工学院、牛津大学、耶鲁大学等世界级的高校在网络上公布了他们一些公开课，吸引了国内的大量学生甚至公司白领学习，很多人在学习了后，有这样的感叹：国内的高中大学白学了！高中大学的物理课堂就是死水一潭。为什么会有这样的想法呢？笔者也抱着学习的态度认真观看了麻省理工学院的Walter Lewin 教授所讲授的《经典力学》。这也促使我对现在的高中物理实验教学有了点零星的思考。
物理学是建立在观察和实验基础上，研究物质的运动规律和基本结构及其应用的一门科学。物理实验是研究和学习物理学最基本的方法，它是物理知识的源泉，无论是概念的建立，还是规律的探索和论证都离不开实验。物理实验在中学物理教学中扮演着重要角色，是教学体系中不可缺少的教学内容。高中物理课程标准把课程目标分为知识与技能、过程和方法、情感态度与价值观，强调了科学探究在物理教学中的地位，新课程教材在设计方面也突出了实验探究的地位，设计了一些新颖的探究实验。那么在高中物理实验教学中，我们需要怎样的实验教学呢？
1、高中物理实验教学现状
从新课程实施以来，高中物理实验教学虽然有了长足的进步，但是问题仍然比较突出。
“程式化实验”——学生根据老师讲解的实验目的、器材、步骤，像现代工厂的产业工人一样操作，去获取教师（或书本）所要求得到的实验数据（或实验结果）。虽然学生动手，但是一单纯的机械操作为主。
“试题实验”——学生用笔“做实验”。教师编制大量的实验试题不仅增加了学生的课业负担，也挫伤了学生动手实践的积极性，使得实验教学在应试的泥潭里越陷越深。本人曾在一堂实验课中问一位不动手做实验的学生为什么不实践，他回答说：“反正还是要做题目的，结论书上都有。”更在一次教师交流活动上，一名教师说：“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”。
“多媒体实验”——随着计算机的普及，网络资源的共享，一些原本可以让学生动手做的实验却被教师从网络上下载的课件来展示，美其名曰“多媒体教学技术的应用”。
2、Walter Lewin 教授《经典力学》课堂的几个精彩片段 2.1.1片段一：第一讲《十的力量》
Lewin教授在开篇中主要介绍了单位和量纲分析的概念，Lewin教授在介绍完力学基本量后，他用他特有的风趣语言说：他的祖母告诉他一个人站着没有躺着高。接下来开始做测量实验，首先测量了一根铝条直立和平放的长度，分别为149.9±0.1cm和150.0 ±0.1cm；然后再现场找了一名学生，测了学生站立和平躺的身高183.2±0.1cm和185.7±±0.1cm。2.1.2反思一：
在这个测量中，给我印象最深刻的是“±0.1cm”，Lewin教授说：“如果不考虑不确定度，那么任何测量都将失去意义。”当然这句话在后面教学的实验测量中，教授反复的提到，并且用实验的事实说明的不确定度的重要性。在我们现在的物理实验题目中，我们常常看到实验的结果只有一个数值，而没有不确定度。这样就造成了实验的不够严谨。我们都知道失之毫厘谬以千里，但是在做测量时，我们的教学有注意到了多少呢？
2.2.1片段二：第一讲《十的力量》
Lewin教授在做完身高测量后，又举了一个例子： 他说伽利略曾经思考：“为什么哺乳动物的大小总是有一定限度的？”他根据量纲分析，发展出这样一套理论：哺乳动物的密度应该都差不太多，所以他们的质量应该正比于他们的大小，进而假设正比于他们大腿骨长度的立方，这个假设从他测量了家鼠、羚羊、浣熊、野马的数据看基本正确；他进而假设：哺乳动物大腿骨承受的压强应该有差不多的上限，也就是他们质量比上大腿骨厚度的平方，应该基本是常量。根据这个假设，他的结论是哺乳动物大腿骨的厚度比上其长度应该和长度的平方根成正比，这当然是一个惊人的量纲分析的结论，这意味着如果大象比家鼠的腿长一百倍，这两者大腿骨的厚度就应该差一千倍。为此，教授从哈佛大学找来生物标本进行测量比较，但是最后测量的结果让他大失所望，大象腿骨的厚度比之于家鼠，远远小于他量纲分析的预测。当然接着教授讲了一个利用量纲分析正确得到自由落体运动h=1/2gt2的例子挽救了量纲分析的声誉。2.2.2反思二：
在单位和量纲教学中，高中物理教学很少有实验例证的，不管对哪个教师来说，这都是一个枯燥的部分。但是Lewin教授却发掘出这样的一个例证来生动讲述，妙趣横生。并且Lewin教授展示给我们一个他的错误的理论探索，暗示我们：探索大部分会以失望收场，但是过程却让人沉迷其中并难以忘怀。而我们现在所做的探究性实验实际是已经设计好的实验，只不过让我们去按部就班的在教师的引导下完成实验设计，从而得到一定正确的结果，对于错误的理论几乎与之绝缘，探索的精神也随之消磨。
2.3.1片段三：第四讲《三维运动-自由落体参考系》 在这课中，Lewin教授为我们做了一个斜抛实验。场景是猎人射击猴子——“一个纯种的非洲猴子Robert”，教授先非常郑重的要求大家一定要尊重这只猴子，因为他将为科学作出重大的牺牲，全场学生无不动容。此时现场气氛凝重，因为Lewin教授要用这只活蹦乱跳的Robert，做一个抛射体射击实验。
他先扮演一个笨笨的猎手，妄想用一只没有准星的枪，直接枪口对着树顶的猴子射击。当然他永远不会射中，因为他忘了子弹在射出以后，不是直线运动，而是一个匀速水平直线运动和竖直上抛运动的合成，轨迹应该是抛物线，所以树顶上的Robert本来永远是安全的。但是Lewin教授坏，他太坏了。他表面上装成一个傻傻的猎手，实际上心里完全明白物理的原理，居然长期训练可怜的Robert，在看到枪响的一瞬间，就自由落体的往下跳。可怜的Robert，哪里知道物理方程的厉害，它这样一跳正好代表一个自由落体的非惯性系，其中朝上的惯性力正好抵消重力场，所以在这个参照系中，子弹还是会直直的射中猴子，而完全不会按抛物线轨迹运动。在Lewin教授的连哄带骗下，Robert终于同意爬上了三米高的树梢，而且要在枪响的同时跳下。第一次——它跳早了，子弹还没射出呢！正当大家松了一口气的时候，残忍的Lewin教授又逼迫他第二次上树，可怜的Robert为了眼前的香蕉又一次上当了，重新爬上了树梢。这一次——它跳对了——子弹正如物理方程计算的，准确的射中了它。2.3.2反思三：
在这一讲中，Lewin教授主要讲授的内容是我们高中生在高一阶段熟知的抛体运动。但是我们的学生在这里能做的实验基本就是描绘出平抛运动的轨迹。其实像Lewin教授的这样的实验完全可以安排给我们的学生做个探究性实验，一方面是加深对运动的合成与分解的理解，更重要的是通过设计探索性实验，可以把学生带入科学探索情景中，让学生在实践中探索新知识，亲身经历寻求并发现知识的过程，使他们的创新潜能得到开发，创新意识得以培养。有了创新意识，才能激发创新精神，产生积极的创新思维，从而引起学生探索和亲自动手欲望，为创新提供了前提条件。这就需要我们充分地开发探究性实验项目。而这恰恰是我们国内大部分高中所欠缺的。
当然Lewin教授的猴子Robert是玩具改做的。这也使得实验增添了很多趣味性，寓教于乐。
3、思考启发
以上仅仅是Lewin教授在课堂上的几个小片段，笔者在学习完整个课程后，第一感觉就是Lewin教授的课堂就是实验室，每节课必有实验，都是理论联系实际（实验），虽然不都是很精彩，但是却很有必要。这也是教授在课堂上的原话。这样展示在我们眼前的就是“物理学是以实验为本的科学（杨振宁语）”。Lewin教授的课虽然是针对大学生上的课，但是却给我们提供了物理课堂改革的一个思路：利用实验作为载体，发展真正的多媒体教学，而非简单的电脑+投影仪教学，让实验回归物理课堂，让实验丰满物理课堂，让实验延伸物理课堂。当然这一目标的实现还需要经历漫长的过程，我们要从硬件设施上改进；我们要从思维观念上转变；我们还要从实现目标过程中充分利用各种方式方法，比如考查目标和考查手段的改变、考查结果的评判上实施推进。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索!
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