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物理教学论文：试论物理实验教学中的“过程设计”蔡千斌
试论物理实验教学中的“过程设计”
蔡千斌
（浙江大学理学院物理系，浙江杭州310027）
一、什么是物理实验教学中的“过程设计”
首先，“过程设计”就是一种教学设计．其次，它更为强调的是重视过程的教学，详细地说，物理实验教学中的“过程设计”就是指在实验教学中教师设计实验的情境或系列的问题，使学生经历问题的探索过程，重蹈科学家关键的设计步骤，体悟实验的设计思想，掌握仪器的使用事项，提升实验结果的分析能力的一种教学设计．
二、物理实验教学中为什么要进行“过程设计”
这要从一则教学事例谈起．在“探究感应电流产生的条件”的实验中，实验装置如图1所示．教师教学时对这一“成型实验”的设计未作铺垫，学生并不清楚科学家设计该实验的心路历程．以至于教学中有些学生竟然认为：“这么简单的实验，很容易得出结论呀！法拉第怎么用了十年的时间？他真是太笨了！”可见，教师在已经“成型实验”的教学中有必要还原科学家的心路历程．法拉第在当年先是怎么设计的，后是怎样改进的，以后是怎样突破的，最终又是怎样设计的．别人为什么没有做成功，唯独法拉第做成功了．在充分揭示科学家思维的形成过程中，让学生适时地经历从实验的初始设计到逐步完善的思维过程，这样，学生才能领略到实验设计的精妙所在，也才能感受到法拉第的伟大之处．因此，教师在实验教学中应当注重“过程设计”，
三、物理实验教学中如何进行“过程设计”
1．仪器使用的过程设计
仪器使用的传统教学模式是：结构简介——教师示范——学生模仿．教师先简单介绍仪器的结构、功能，再分步介绍操作步骤，第一步怎样操作，第二步怎样操作，……，要注意不能有什么样的操作，同时做好示范，然后学生照样练习，直至纯熟，这种教学模式丧失了学生的自主性，削弱了学生的探究能力．这样的设计并不可取．仪器使用的“过程设计”能较好地解决这一问题．其设计模式如图2所示．设计的线索是：(1)教学内容；(2)过程设计，其中，过程设计又分为：①学生活动；②过程小结，
案例：实验：使用多用电表测电阻．采用“仪器使用的过程设计”进行教学时，教师不需强行灌输多用电表的使用方法，学生在活动中即能发现问题、解决问题、总结规律．其过程设计见后页．
实践表明，这种设计能使教师教得轻松，学生学得愉快，经过动手动脑后获得的知识，对学生来说，其印象也更为深刻．
2．成型实验的过程设计
本文所讲的成型实验指的是已远离了实验的原型，经历了多次的修改后呈现出来的一个最终完善的电路、一套完整韵仪器、一种完美的实验方案．它经过了多次的打磨，虽则完美，却磨掉了思维演变的痕迹，如果直接呈现出来，学生将无法感受到探索过程的艰难和探索过程的乐趣，理解起来也更为困难．
案例：用以下器材测量待测电阻见的阻值．待测电阻R阻值约为lOOR电源E，电动势约为6.OV，内阻可忽略不计；电流表Ai，量程为0~50mA，内电阻ri=20Q,;电流表A2，量程为0—300mA，内电阻r2约为4Q;定值电阻风，阻值Ra-20Q;滑动变阻器R，最大阻值为10Q;单刀单掷开关5，导线若干．
(1)测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3，且要求尽量多测量几组数据，试画出测量电阻R，的实验电路原理图（原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注）．
(2)若某次测量中电流表Ai的示数为，电流表A2的示数为，2．则由已知量和测量量计R，的表达式为Rx=________.
这是本校一道高三复习的测试题．它难倒了一大批学生．试题讲评时，教师直接呈现正确的实验电路，然后做一扼要的解释，结果，很多数学生直呼：“太神奇了！”他们觉得自己是很难想出这种设计方案来的．究其原因，该设计脱离了学生的思维实际，难以引起学生的共鸣．明显有曲高和寡的感觉．如何解决这一问题？“成型实验的过程设计”不失为一种好的方式，其操作模式如图3所示．据此，过程设计如下．
第一步，构画原型，根据问题情境，要测电阻Rx的阻值，明确实验的原型是伏安法测电阻的电路，题中“要求尽可能多测几组数据”，可知滑动变阻器的连接方式为“分压式”接法，由此，构画出实验的原型电路，如图4(a)、(b)所示
第二步，构画实验设计1．题中提供的是2个电流表而无电压表．故需造一个电压表．已知内阻的电流表Ai串联一个定值电阻Ro可当电压表用．如图5所示，其中图5中虚线框内Ro、Ai的组合相当于一个电压表．
验如图7中的(a)、(b)、(c)、(d)所示Ⅲ，根据实验，在表1、表2中填人实验现象．此时，A2未达1/3满偏．故此电路尚不符合题意.
第三步，构画实验设计2．设计依据：已知通过电流值的定值电阻也可当电压表用．设计实验如图6所示．其中，图6中虚线框内的风就相当于一个电压表。
由此确定图6为所求的实验电路图，
按照“成型实验的过程设计”分三步进行教学，学生觉得根据这一方法自己也应该会设计所要求解的电路，也并不觉得这样的实验设计有什么高深之处．在这里，凭借一个实验原型，根据问题的情境，适当地加以修正，所求实验电路就能水到渠成，通过这样的设计过程，学生在实验设计上就有思路可循，能轻松地掌握实验设计的方法．
3．实验现象分析的过程设计
许多时候，实验现象非常精彩，可惜由于过程分析不得法，学生无法深入思考，教师只能匆匆地给出结论．表面上课堂教学变得顺畅了，实际上学生的思维却未能很好地得到训练，教学中留下了很多的遗憾．要尽量减少这类遗憾的发生，教师应做好实验现象分析的过程设计．
比如，楞次定律的教学．研究感应电流方向的实验如图7中的(a)、(b)、(c)、(d)所示Ⅲ，根据实验，在表1、表2中填人实验现象．
分析：由表1知，(a)(b)中线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，由表2知，(c)(d)中线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同．结论：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．以上教学，虽然思路流畅，但是要判断感应电流的方向怎么会想到要引入“感应电流的磁场”作为“中介”来表述，因而在表格中列入“感应电流的磁场方向”呢？这一点教师未作什么交代，学生是很难想得通的，实验现象分析的过程设计要以实验为基础，以问题为主线，按一定的逻辑顺序展开，逐步推出结论，才能令人信服．
案例：实验：探究感应电流方向的规律．如图8(a)所示．实验的现象：条形磁铁N极靠近金属铝环，铝环向右摆，条形磁铁N极远离金属铝环，铝环向左摆，
分析过程：沿着以下两条线索（如图9）层层展开问题的设计，最终得出判断感应电流方向的规律——楞次定律．
磁铁靠近铝环时，铝环向右摆，说明磁铁对铝环有斥力，这个斥力应是磁场力，它与铝环产生的感应电流有关，图8(a)中相互作用的情况等效于图8(b)中相互作用的情况，
问题1：结合(a)、(b)图，判断铝环中感应电流的磁场方向及铝环中产生的感应电流方向．
问题2：在图(a)中标出条形磁铁的磁场方向、感应电流的磁场方向、感应电流的方向．(标出后的结果如图(c)所示）
问题3：标出条形磁铁离开铝环，铝环被吸引向左摆时，条形磁铁的磁场方向、感应电流的磁场方向、感应电流的方向．(标出后的结果如图(d)所示）
问题4：条形磁铁靠近铝环时，铝环中感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相反；而远离时，却相同，这会引起铝环中的磁通量发生怎样的变化？
问题5：如把条形磁铁在铝环中产生的磁通量称为原磁通量，则条形磁铁靠近铝环时，原磁通量增加，感应电流的磁场是使原磁通量增加还是减少？条形磁铁远离铝环时，原磁通量减少，感应电流的磁场是使原磁通量增加还是减少？这说明，感应电流的磁场对原磁通量是起促进作用还是起阻碍作用？
经历以上现象的分析后，再引导学生分析图7中的(a)、(b)、(c)、(d)四种情况，学生将不再对引入“感应电流的磁场”感到突然了，而会认为这是理所当然的事．
四、结语
开展物理实验教学的“过程设计”，目的是让学生充分经历实验的设计过程、现象的分析过程、仪器的使用过程，从而在质疑问难中、在对比分析中、在动手动脑中训练学生的设计思维，提高学生的探究能力，激发学生的探究热情，使学生在过程中获得丰富的情感体验，最终全面提高学生的科学素养．
参考文献：
[1]人民教育出版社、课程教材研究所、物理课程教材研究开发中心．高中物理选修3-2(第3版)[M].北京：人民教育出版社，2010：10.
[2]束炳如，何润伟．高中物理选修3--2教师用书（第1版）[M]，上海：上海科技教育出版社，2005:45—46．
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