初中物理教师基本功实验技能.docx
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初中物理教师基本功实验技能
初中物理教师基本功（实验技能）
比赛手册
2013年1月
1.实验教学
物理实验是物理学的基础，实验教学是物理教学的重要组成部分。
在中学物理教学过程中加强物理实验教学具有重要意义。
1.1物理实验在物理学发展中的作用及实验教学在中学物理教学中的作用
1.1.1物理实验在物理学发展中的作用
物理实验是物理学理论的基础，也是物理学发展的基本动力，主要体现在以下五个方面。
（1）产生新分支、开拓新领域
1831年,英国物理学家法拉第凭借高超的实验技巧和大量的实验事实发现了电磁感应现象。
电磁感应的发现，为发电机的发明奠定了理论基础，打开了电力时代的大门。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀的天然放射性现象，使人类第一次看到了原子核的变化,这一发现被认为是原子核物理学的开端。
1919年,英国物理学家卢瑟福通过实验第一次发现可以用人工的方法来实现原子核的转变,由此开辟了人工核反应的道路。
（2）发现新现象、探索新规律
1886年到1887年间,德国物理学家赫兹在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时,发现了光电效应。
为探明阴极射线的性质,凭借超常的细心和耐心,1895年德国物理学家伦琴发现了X射线,导致天然放射现象的发现。
英国波义耳做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系,得出“空气的压强和它的体积成反比”的规律。
1841年英国物理学家焦耳用金属导线研究电流热效应时提出“在一定时间内伏打电流通过金属导体产生的热与电流强度的平方及导体电阻的乘积成正比”的规律。
（3）证实基础理论、驳斥错误假设
1887年,赫兹在直线振荡器的基础上设计出了“感应平衡器”,并利用沥青等绝缘物质进行实验,验证了麦克斯韦“位移电流”的存在,给予麦克斯韦的理论以决定性的证明。
开普勒认真地研究了第谷多年对行星进行仔细观察所做的大量记录,于1609年在其伟大著作《新天文学》中提出了他的行星运动定律,彻底否定了托勒密的复杂宇宙体系,完善并简化了哥白尼的日心说。
（4）测定物理常数、促进理论发展
焦耳花费三四十年时间测量热功当量,采用多种方法,得到大量数据,为热力学第一定律的建立提供了确凿的依据。
1897年,英国物理学家汤姆逊在测定阴极射线的荷质比e/m时,发现了电子,人类在历史上第一次发现了小于原子的粒子。
汤姆逊发现电子并测量其荷质比后,美国物理学家密立根设计了油滴实验,不仅证明了电荷的不连续性,而且测量到了基本电荷。
（5）促进科学进步、加速技术发展
1800年,伏打发明了电堆,为人们获得比较稳定的持续电流提供了方法,使电学从对静电的研究进入到对动电的研究,导致电磁学、化学等一系列重大的科学发现。
1948年,美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿在半导体研究的基础上,发明了晶体管,大大缩小了广播、通讯、电子计算机等电子设备的体积,极大地减小了电能消耗,为集成电路、微电子学和计算机科学开辟了道路。
1981年,美国IBM公司苏黎世实验室两位实验物理学家宾尼和罗雷尔发明了世界上第一台扫描隧道显微镜（简称STM）,人类第一次在技术上实现了对单个原子的控制与操作,为纳米科学技术的诞生奠定了基础。
伏打电堆、晶体管以及扫描隧道显微镜等科技成果仅仅依靠总结生产技术经验是发现不了的,只有在科学家的实验室里才会被发现。
因此,“科学实验是科学理论的源泉,是自然科学的根本,也是工程技术的基础。
”
1.1.2实验教学在中学物理教学中的重要作用
物理实验是人们根据研究的目的,运用科学仪器设备,人为地控制、创造或纯化某种自然过程,使之按预期的进程发展,同时在尽可能减少干扰的客观状态的前提下进行观测,以探究物理过程变化规律的一种科学活动。
物理实验不仅是物理学的重要研究方法,也是物理教学的重要组成部分。
这里所说的物理实验包括演示实验、学生实验、设计性实验、“非常规”实验、疑难实验等。
（1）中学物理教学需要以实验为基础。
学生学习的知识虽然是前人经过实践总结出来,又经过实践证明是正确的,但对学生来说,要想掌握这些知识,还必须按照认识论规律,由感性到理性,再回到实践中检验、应用。
在教学过程中应有意识地引导学生观察物理现象（尤其是大自然界中的物理现象）,让学生逐步体会到物理现象的美妙及其观察物理现象的愉悦,同时也应让学生意识到自然界的物理现象是千变万化而生产实际又比较复杂,体会到进行物理教学实验的必要性。
其次,在物理教学实验中,教师可根据教学需要,把自然界中的物理现象,有控制地重现在课堂上,给学生以感性知识。
特别是中学阶段的物理概念和规律,大都直接来自实践。
要使学生建立起物理概念,确切掌握物理规律,必须以丰富的感性材料为基础。
另外在得出规律以后,通过实验验证理论、应用理论知识指导实验,有利于使学生深刻地掌握物理概念和规律。
由学生亲自动手做物理实验,对巩固知识、促进理解和应用是非常有益的。
（2）通过物理实验培养学生的观察、实验能力,发展学生的思维能力。
物理课程标准,明确指出要培养学生的观察、实验能力,思维能力,分析和解决实际问题的能力。
复杂的物理现象、物理过程,要求观察者具备细致性、全面性、灵敏性等观察品质。
这些都要通过在物理教学中有计划、有目的的培养。
通过学生实验，训练学生的实验操作能力,如正确选择、使用仪器,正确读数并记录、处理数据,实验设计等能力。
实验能力只能靠实验来培养,因此要让学生亲自动手操作。
但也并不是说只安排了实验课就一定能达到目的,学生实验操作的规范化,实验能力的灵活性、创造性品质,还必须经过有目的、有计划的培养,才能形成。
（3）通过物理实验,使学生学习科学方法和科学研究方法。
知识反映客观世界的特征和变化规律，理论是对这些特征和变化规律的解释，而方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维、行为方式,是人们认识和改造自然的有效工具。
知识、理论本身不能作用于客观世界，必须借助于方法。
因此，科学方法作为一种基本的研究途径与科学知识同等重要。
物理实验是物理学研究的重要方法，理应贯穿于物理教学之中。
《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》中4次提出了“科学方法”、3次指出“科学研究方法”，目的就是要加强科学方法和科学研究方法教育。
（4）物理实验能引起学生的兴趣,调动学生学习的积极性、主动性。
一般学生都乐于感知客观事物,对感知客观事物感到满足;有的学生则有操作的兴趣,他们不满足于观察某种自然现象,而要通过自己的活动去对它施加影响。
他们有了解如何引起或改变自然现象的要求以及进行种种实践活动的尝试。
开始注意现象与条件的变化。
物理难学的主要原因之一就是太抽象。
加强实验教学，把一堆枯燥的概念、规律变成为生动有趣的内容，将调动学生的积极性和主动性。
例如帕斯卡裂桶实验,纸杯烧水的实验,电磁感应现象的演示等，都能引人入胜，发人深思。
学生一定会想：
“加入那么一小点水,怎么桶就被胀裂了？
”,“我们用的锅都是金属的呀,怎么纸锅在火上不被烧着？
”,“在那个有电表的电路里并没有电池呀,怎么会使电表指针摆动？
”……。
中学生好奇、好动，新奇、有趣的演示实验能引起浓厚的兴趣，激发学生的学习动机。
带着浓厚的兴趣,学生自然会主动、积极地进行学习、探索。
（5）通过物理实验培养学生严谨的科学态度和科学作风。
实事求是、按客观规律办事,是科学的态度。
这种态度需要在实践活动中逐步培养。
通过物理实验可以培养学生的尊重事实、严谨认真,不怕困难、敢于创造的精神。
可以培养学生爱护仪器、遵守纪律、团结友爱、勤俭节约的优良作风。
物理教师要在教学中言传身教,使学生受到教育、受到熏陶,在潜移默化中形成良好的态度和作风。
总之,在中学物理教学中加强物理实验教学决不能单纯看成是为了使学生学好物理知识而采取的手段,它在发展学生能力方面,甚至在学生的非智力因素的开发方面都起着非常重要的作用。
因此,在物理教学中千方百计地创造条件,多做实验,且使学生能有更多机会亲自动手,是每个物理教师的责任。
1.2中学物理实验教学研究的现状
1.2.1国内实验教学研究的历史与现状
在近30年中，我国基础教育研究经历了三个明显的阶段，物理实验教学研究也经历了三个阶段的发展。
第一阶段（1978～1989）：
广大物理教育工作者整理出版了已有的研究成果，为一线教师提供了丰富的实验素材，满足了基础教育阶段物理课程的教学需要。
这一个阶段的研究成果有：
安忠、刘炳昇主编的《中学物理实验教学研究》、教育部（原国家教育委员会）教学仪器研究所组织人员编写的初高中物理实验教学系列著作（《初中物理学生实验》、《初中物理演示实验》、《初中物理自制教育》、《高中物理学生实验》、《高中物理演示实验》）以及王兴乃的三大本《高中物理实验大全》。
这些书籍不仅系统梳理了中学物理实验的已有研究成果，并且对这些成果进行了高度的总结。
这些书籍解决了当时物理教学的需要，成为物理实验教学的里程碑，为物理实验教学的改革和发展奠定了基础。
第二阶段（1989～1999）：
我国物理实验教育工作者针对中学物理教学实际，开始了本土化研究，对实验的原理进行细致的分析。
这一阶段的成果包括陶洪主编的《物理实验论》、罗星凯的《中学物理疑难实验研究》、李春密等主编的《中学物理教学法实验研究》等著作。
这些研究从理论上深入地分析了物理实验的作用和功能，从更深层次剖析实验，解决了中学物理教师在教学中遇到的实际问题，起到立竿见影的效果。
在这一时期，我国物理实验工作者在教学实际中，发挥聪明才智，针对原有验证性实验不足的问题提出了探索性实验、开放性实验、设计性实验。
在演示实验、学生实验、课外实验，并在此基础上进一步提出了边教边实验的方法（或称为边学边实验）。
第三阶段（1999年至今）：
我国开始了新一轮基础教育课程改革，我国的物理实验教学研究开始与国际接轨，探究式教学引入到物理教学中，实验教学与其融合在一起。
实验教学与前概念、建构主义学习方式、概念转变联系在一起。
在这一阶段，刘炳昇主编了《中学物理实验与自制教育》、撰著了《继承与创新－初中物理新课程建设的理论与实践研究》，广大物理教育研究者和一线教师也发表了大量的实验研究论文。
1.2.2国外实验教学研究的现状
对美国《科学教育》（scienceeducation）杂志从1930年到现在的论文进行检索以窥视国外实验教学研究的历史和现状。
检索《科学教育》（在北京师范大学图书馆电子资源库中,没有1930年前的数据）。
在题名中输入“demonstration”,共有46篇文章;输入“laboratory”,共有195篇文章。
两者随年代的变化情况见下图,其中系列1为题目含有“demonstration”的论文,系列2为“laboratory”的论文。
各个年代的论文数量见表1-1。
表1-1《科学教育》发表演示实验研究和实验室教学研究数量统计表
年代
三十
四十
五十
六十
七十
八十
九十
本世纪初
总计
演示实验
11
15
5
8
3
0
3
1
46
实验室
13
48
68
28
18
6
4
6
195
从表1-1可以清楚得看出：
对实验室教学的研究明显多于对演示实验的研究。
由于科学教育对科学方法和科学研究过程的追求,在上世纪二十美国经济大萧条复苏后,教育工作者开始关注实验室教学和实验室教学研究。
在国际上流行一句我国的古谚语“Ihearandforgot,IseeandIremember,IdoandIunderstand”,也成为倡导实验室教学的支撑。
在杜威提出“learningbydoing”后,“hands-on”、发现式学习和探究式学习的陆续提出可能是导致实验室教学研究增多的原因。
八十、九十年代，实验教学研究落入低谷。
从七十年代末开始,科学教育界内外开始怀疑实验的教学效果,即实验的教育目标和学生学习结果之间的差距。
在这一背景下,科学教育者开始从社会建构的视角来分析实验教学实际效果低下的原因,并提出提高实验教学效果的对策和措施。
1.2.3我国实验教学研究的优点和存在的不足
（1）优点
在实践中探索出多种实验类型。
我国科学教育工作者经过多年努力，探索出多种新型实验类型，如探索性实验、边学边实验、对比实验、“非常规”实验、差异性实验等，不仅丰富了实验的理论,也在教学中发挥了一定的作用。
既有教学实践,又有理论的提升。
边学边实验现在已与演示实验、学生实验、课外实验一起,被称为实验的四种主要类型。
对实验教学功能进行了翔实的研究。
对实验教学功能的研究是我国科学教育界一直关注的课题。
从1987年到2010年一直有文章出现,研究内容既有宽泛的能力,也有具体的实验思维能力和实验设计能力,涉及的学科也是多样的。
研究内容从笼统到具体。
纵观30多年的研究可以明显地发现,有关实验研究的内容从笼统到具体。
如在八十年代,许多文章的题目大而笼统,如《加强实验教学,培养实验能力》、《加强化学实验,提高教学质量》等等,文章往往涉及到实验的功能、实验器材的准备、实验的教学、实验的评价等全方位的内容。
近期的文章较具体。
文章类型从经验总结到理论研究。
早期的文章往往是小标题，经验的总结,段落的内容是具体的教学案例。
现在的文章要么有理论指导,要么有调查数据支撑。
（2）不足之处
实验教学策略缺乏细致的研究。
大多数文章为教学经验的总结,而没有上升到理论的层面。
上升到理论水平的研究有实验引导探索、实验探究、主体性物理探究演示实验策略等。
忽视对学生学习、教学效果的研究。
当代教育的理论和实践重点已从教师的教转向学生的学。
然而在实验领域,与教师的教相比,对学生学习的研究却很少。
教师专业化发展研究不足。
在实验方面对教师教育的研究较少,且缺乏对教师专业化发展的系统研究。
中外实验研究交流缺乏。
在国外实验研究方面,虽然有学者进行了一些研究和介绍，为了解国外的实验教学情况,促进我国实验教学和研究的发展发挥了作用。
但总体来看,我国的实验教学的研究“本土化”比重较大。
随着国际交流的不断发展，这种“封闭”状态,缺乏对国外实验教育研究成果和理论系统的介绍和研究,将不利于我国实验教学理论和教学质量的提高。
1.3中学物理实验教学研究的目的、目标和任务
1.3.1中学物理实验教学研究的目的
《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》不但阐述了物理实验在三维目标中的具体要求,而且还在内容标准部分对科学研究和物理实验能力涉及的各要素分别进行了详述。
《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》在“知识与技能”方面对学生实验能力的要求有：
a.具有初步的实验操作技能,会使用简单的实验仪器和测量工具,能测量一些基本的物理量;b.会记录实验数据,知道简单的数据处理方法,会写简单的实验报告,会用科学术语、简单图表等描述实验结果。
在“过程与方法”方面对学生实验能力的要求有：
a.经历观察物理现象的过程,能简单描述所观察物理现象的主要特征。
有初步的观察能力;b.通过参与科学探究活动,学习拟订简单的科学探究计划和实验方案;c.能从物理现象和实验中归纳出简单的科学规律,有初步的分析概括能力。
在“情感态度与价值观”方面对学生实验能力的要求有：
a.具有对科学的求知欲,乐于参与观察、实验、制作、调查等科学实践活动;⑵在实验的过程中,有克服困难的信心和决心,有主动与他人合作的精神;b.养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。
《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》对科学探究和物理实验能力还提出了具体要求，详见《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》。
可见,《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》对中学生物理实验能力（如实验观察能力、实验操作能力、实验思维能力、实验数据处理能力以及实验设计能力等）提出了不同要求。
1.3.2中学物理实验教学研究的目标
作为一个中学物理教师，必须贯彻以实验为基础的思想，具备一定的实验素养和实验能力，尤其应具备一定的从事实验教学研究的能力，才能适应基础教育课程改革和培养创新人才的需要。
新课程改革对中学物理教师和物理教育工作者提出了更高的要求，不仅应该从物理知识上懂得物理实验、物理操作技能上达到会做物理实验，更应具有研究中学物理实验的本领。
1.3.3中学物理实验教学研究的任务
作为中学物理教师，不仅要掌握从事中学物理教学所必需的物理实验教学与研究的基础知识、基本理论、科学方法和基本技能,有关物理实验设计和研究的基本方法，具备物理实验研究和设计的能力，还应能够根据物理教学的需要,研究并解决物理实验教学中存在的问题,设计和改进物理教学实验,全面提高物理教学的能力。
具体要求可归为以下内容。
依据《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》,明确中学物理实验教学的总目标,对中学物理中的各类实验综合进行总体分析,把握中学物理实验技能的具体项目及各项目标。
能区分各类物理实验的作用,把握有关演示实验与学生实验在技能培养上的有机联系,发挥演示实验的示范作用,拟定出相应实验的具体要求,促进学生实验技能的形成与迁移。
熟悉中学物理实验教学的基本仪器,懂得它们的使用要求和操作规程,掌握中学生对每件实验仪器应达到的训练标准。
会组织中学生开展物理探究活动及课外活动,以激励志趣,活化知识,培养科学探究能力,扩展物理教学的效果。
具有建设中学物理实验室、开展物理实验教学研究的能力。
2.初中物理典型实验
2.1初中物理教师的实验技能及要求
2.1.1实验演示的技能及要求
第一，能安全规范、熟练操作初中物理教学中所有的演示实验，具有示范性和启发性。
第二，能采取有效措施保证实验现象清楚，能适时引导学生观察和思考，能妥善处理演示过程中发生（或引发）的意外情况。
2.1.2选择和改进物理实验的技能及要求
第一，能依据教学需要选择适宜的物理实验进行演示或学生实验。
第二，能对教材中实验现象不明显、操作难度大、存在安全隐患等问题的实验进行改进，使其更适用于课堂教学。
第三，能结合教学内容利用日常生活物品、无害废旧物品和自己身体开发实验资源，引导学生在确保安全的前提下创造性地开展小实验、小制作活动。
2.1.3实验探究教学技能及要求
第一，能利用实验室器材和日常生活物品设计初中物理课程标准规定的二十个学生必做实验，能规范、熟练操作这些实验，能基于实验现象和数据得出实验结论。
第二，能组织、指导全体学生完成初中物理课程标准规定的二十个学生必做实验。
第三，能组织、指导不同层次的学生经历科学探究学习活动，促进学生创新意识、探究思维和实践操作技能的发展。
2.2初中物理课程标准的20个必做实验
初中物理课程标准修订版明确规定了20个学生必做实验，包括3个光学实验、1热学实验、7个电学实验和9个力学实验。
修订版课标提出学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实脸。
因此初中物理比赛手册也基于初中物理课程标准规定的20个必做实验：
1.用刻度尺测量长度、用表测量时间；
2.用弹簧测力计测量力；
3.用天平测量物体的质量；
4.用常见温度计测量温度；
5.用电流表测量电流；
6.用电压表测量电压；
7.测量物体运动的速度；
8.测量水平运动物体所受的滑动摩擦力；
9.测量固体和液体的密度；
10.探究浮力大小与哪些因素有关；
11.探究杠杆的平衡条件；
12.探究水沸腾时温度变化的特点；
13.探究光的反射规律；
14.探究平面镜成像时像与物的关系；
15.探究凸透镜成像的规律；
16.连接简单的串联电路和并联电路；
17.探究电流与电压、电阻的关系；
18.探究通电螺线管外部磁场的方向；
19.探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件；
20.测量小灯泡的电功率。
3.初中物理实验典型仪器
3.1刻度尺的使用规范
刻度尺是测量物体长度的工具，刻度尺的分度值一般为1mm。
刻度尺测量长度是物理实验的基本技能，也是其他测量仪器正确读数的基础。
具体使用规范如下：
使用前做到三看，即首先看刻度尺的零刻度是否磨损，如已磨损则应重选一个刻度值作为测量的起点。
其次看刻度尺的测量范围（即量程）。
原则上测长度要求一次测量，如果刻度尺的量程小于实际长度，势必要移动刻度尺测量若干次，则会产生较大的误差。
最后应看刻度尺的最小刻度值。
使用时应注意正确放置和正确观察。
正确放置的关键是做到：
尺边对齐被测对象，必须放正重合，不能歪斜；尺的刻面必须紧贴被测对象，不能“悬空”。
正确观察的关键是视线在终端刻度线的正前方，视线与刻面垂直，看清大格及小格数。
读数时一般情况下应估读到最小刻度值的下一位，如果压线可不加零。
3.2秒表的使用规范
计时仪器是力学实验中常用的一类时间测量仪器，常用的计时仪器有机械秒表、电子秒表和数字毫秒计等。
机械秒表的一般使用方法如下：
（1）使用秒表前，先检查发条的松紧程度，若发条已经松弛，应旋动秒表上端的按钮，上紧发条，但不宜过紧。
（2）测量时按下按钮，指针开始运动；再按按钮，指针停止运动；再按一次按钮，指针便会回到零点位置。
（3）使用秒表时应注意轻拿轻放，尽量避免振动与摇晃。
当指针不指零时，应记下零读数，计时完毕后，再对读数进行修正。
电子秒表的基本使用方法
（1）在计时器显示的情况下，将按钮按住2s，即可出现秒表功能。
按一下按钮开始自动计秒，再按一下按钮，停止计秒，显示出所计数据。
按住两秒，则自动复零。
（2）若需要进行时刻的校正与调整，可先持续按往，待显示时、分、秒的计秒数字闪动时，松开，然后间断地按，直到显示出所需要调整的正确秒数时为止。
如还需校正分，可按一下，此时，显示分的数字闪动。
3.3托盘天平的使用规范
托盘天平是中学物理实验的基本仪器之一。
由托盘、横梁、平衡螺母、刻度尺、指针、刀口、底座、分度标尺、游码、砝码等组成。
主要用于中学物理的质量的测量、密度的测量等实验中。
精确度高的还有物理天平、电子天平等。
具体使用规范如下：
（1）托盘天平称量前，先把游码拨零点，观察天平是否平；不平应调节平衡螺母。
（2）称量物体时左盘放称物，右盘放砝码。
对于潮、腐药品的称量要用器皿盛放。
（3）移动游码时要左手扶住标尺左端，右手用镊子轻轻拨动游码；
（4）称取一定质量的固体粉末时，右盘中放入一定质量的砝码，不足用游码补充。
质量确定好后，在左盘中放入固体物质，往往在接近平衡时加入药品的量难以掌握，这时应用右手握持盛有药品的药匙，用左手掌轻碰右手手腕，使少量固体溅落在左盘里逐渐达到平衡。
若不慎在托盘上放多了药品，取出后不要放回原瓶，要放在指定的容器中。
3.4量筒的使用规范
量筒是用来量取液体的一种玻璃仪器。
规格以所能量度的最大容量（ml）表示，常用的有10ml、25ml、50ml、100ml、250ml、500ml、1000ml等。
外壁刻度都是以ml为单位，10ml量简每小格表示0.2ml，而50ml量筒每小格表示1ml。
量筒越大，管径越粗，其精确度越小，由视线的偏差所造成的读数误差也越大。
所以，实验中应根据所取溶液的体积，尽量选用能一次量取的最小规格的量筒。
分次量取也能引起误差。
具体使用规范如下：
（1）使用量筒时应根据所需量取的液体体积，选用能一次量取即可的最小规格的量筒。
（2）倒入液体时应口挨口，避免称量液体外流，接近刻度线时改用滴管滴加至刻度处。
若不慎加入液体的量超过刻度，应手持量筒倒出少量于指定容器中，再用滴管滴至刻度处。
（3）读数时，视线与液面最低处保持水平。
3.5弹簧测力计的使用规范
弹簧测力计是中学物理力学实验中经常出现仪器，主要用于力的大小的测量。
具体使用规范如下：
（1）测量前要看弹簧测力计的量程、弹簧测力计的灵敏度及弹簧秤的零点读数，校准零点或依零点读数修正测量结果。
（2）测量时弹簧测力计要保持静止或匀速直线运动，竖直向上
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