楊振寧是一位理論物理學家，但他對物理實驗和實驗教學非常重視，曾給《物理通報》寫了一則題詞：“物理學是以實驗爲本的科學”，這一精闢論述表達了物理學界的共同見解。近年來，楊振寧在對國內物理教育做了大量考察後指出，中國的物理教學有一個傾向，即使人覺得物理就是邏輯。他認爲物理學不單是國內大學中“四大力學”這樣的骨幹，還應是有血有肉的，還應和實驗、現象、實際聯繫在一起。在物理學的發展過程中，實驗起過重要作用，現在正在起着、將來必定也起着重要的作用，這一點對於物理學家大概是沒有爭論的。但是在目前高中物理教學中，我們感到，物理實驗仍未得到充分的重視，物理實驗教學還有待進一步加強，當然其中有多方面的原因。本文針對近幾年大學聯考物理實驗試題和高中物理實驗教學現狀的進行分析，提出自己的加強高中物理實驗教學的對策和建議，與同行教師一起研究探討。
一、對近幾年全國大學聯考物理實驗試題（廣東卷）的分析
大學聯考物理在考查知識的同時，注重考查能力，通過考查知識及其運用來鑑別考生能力的高低，並把對能力的考察放在首要位置。目前，大學聯考物理科要考查的能力主要包括以下五種能力：理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力、實驗能力。考試大綱對實驗能力做了明確的要求：“能獨立地完成知識內容表中所列的實驗，能明確實驗目的，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現象，會記錄、處理實驗數據，並得出結論，對結論進行分析和評價;能發現問題、提出問題，並制定解決方案;能運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設計性實驗。”這個要求近幾年沒有怎麼改變。
從我們廣東省的大學聯考情況來看，每年基本都有兩道實驗題。2005至2007年，全國大學聯考物理試題(廣東卷)中實驗題20分，佔試卷總分(150分)的13.3%;2008、2009年實驗題24分，佔試卷總分(150分)的16%;2010年廣東理綜試卷中物理實驗題18分，佔物理部分總分(100分)的18%，這個分值和所佔比例跟其他省市的相當接近。可見連續多年大學聯考物理實驗的題型基本穩定，所佔比重逐漸上升。綜觀這幾份試題，我認爲還具有以下3個基本特點：
1．實驗基本技能幾乎每年必考。例如“讀數”的考查機率相當高，2007年、2009年考了螺旋測微器的讀數。
2．不排除考查教材中基本的學生實驗。一般來說，電學實驗就是考儀器選擇、連線、誤差分析;力學實驗考打點計時器就一定考速度、加速度的測量。例如2007年、2010年考了“研究勻變速直線運動”，用打點計時器來研究物體的運動，通過分析紙帶求速度、加速度等物理量。
3．通過學生實驗的延伸與拓展，突出了對學生的設計和完成實驗能力的考查。例如2008年考了“利用直流恆流電源和電壓表探究一種熱敏電阻的溫度特性”，2009年考了“利用電流表和電阻箱探究一種金屬絲的電阻率”，2010年考了“利用電壓表和電阻箱測定乾電池的電動勢和內阻”。這類題目具有很好的區分度，能把不同層次的考生區分開來。
可以說物理實驗的重要性通過大學聯考試題得到較好的體現，學生的創新思維與實驗能力通過大學聯考實驗設計也能得到很好的考查。再對照其他省市的大學聯考試題，也能夠看到這些特點，這也是我們的進行實驗教學的一個方向。
二、目前高中物理實驗教學的一些情況
這兩年我在高三級擔任物理科教學工作，每次測試結果出來後，學生在實驗題的完成情況都是我分析的重點。下面列舉了學生經常出錯的4種情況，從中就能夠看出一些問題：
(1)對“有效數字”相關的運算或估算,答對率很低。有的同學是把“保留兩位有效數字”理解爲“小數後兩位”，而運算部分則往往出現單位的換算、數量級的運算錯誤等。
(2)沒能掌握好螺旋測微器、遊標卡尺、毫米刻度尺等測量工具的使用方法。有的學生對測量工具的結構原理不瞭解,給出莫名其妙的讀數。大部分學生的主要問題是分不清楚測量數據估讀到哪一位。像螺旋測微器的讀數，經常出現了“0.21mm”、“1.10mm”等讀數。
(3)未能很好掌握電流表、電壓表、滑動變阻器等實驗儀器的使用方法,表現出來就是實驗的連線和讀數出錯率很高。例如考查連接實物圖的時候，經常就有學生把線連接到滑動變阻器的滑片上。
(4)與紙帶有關的測量問題,這類題目從高一開始就做實驗，並經常講和練，但學生仍然經常出錯。例如在“利用紙帶求加速度”的實驗題中，學生答題時用“計算各段加速度求平均值”代替“逐差法”，或只計算一段，反映出學生不理解“逐差法”的作用。
很多次測試的結果都表明，高三學生的實驗能力是個弱項，實驗的基本技能依然掌握不到位，設計和完成實驗的能力更亟待提高，對普通學生來說設計型的實驗題“滿臉殺氣”、“望而生畏”。
出現這種情況，我認爲主要原因是：
目前實驗教學中還普遍存在着教學方法簡單化、實驗過程形式化、實驗結果唯一化的現象，學生的物理思維、實驗方法、探究能力得不到預期的培養，從而導致學生實驗設計能力普遍較弱。
另外，大部分省市採用“小綜合”或“大綜合”模式之後，導致物理教學課時變少，實驗課時被壓縮。由於物理教學課時的限制，有些教師放棄了某些課堂演示實驗，甚至一些必須由探究實驗得出結論的新課，也被簡單的“說過去”;有些教師認爲“做好一個實驗不如講好一個實驗”，變物理實驗課爲師生“紙上談兵”課。
教師在教學中對實驗這樣的處理，會在學生中造成相同的認知，直接導致學生重理論、輕實驗、輕探究，學生以“背實驗”代替“做實驗”，其實驗技能必然得不到提高。
君不見，由於實驗題在大學聯考中的重要地位，很多學生把物理考綱列出來的11個實驗的實驗目的、原理、步驟、注意事項、數據分析處理等等內容一遍遍複習、死記硬背，花在上面的精力不少，但效果卻不明顯。
三、物理實驗教學的備考建議
針對目前學生實驗能力的掌握情況和大學聯考的改革趨勢，我提出以下的建議：
1．重視實驗基本功的訓練，培養學生實驗基本操作能力
物理實驗基本功是指實驗的基本理論、基本方法和基本技能。實驗基本功的訓練主要是在高一階段，教師要充分重視課本的每一個演示實驗和分組實驗，中學物理教學大綱要求的分組實驗一定要做。
一方面，教師要注重演示實驗的規範性。物理演示實驗本身就是技能的展示，具有很強的示範性，教師演示時的一舉一動會成爲學生獨立操作時的依據。教師做課堂演示實驗前應先多次演練，力求操作演示規範、熟練、完整，確保課堂上效果明顯，一次成功，使學生信服。對較複雜的實驗，還可利用多媒體的仿真實驗作爲輔助，逐步展示真實實驗的動態過程。
另一方面，在做分組實驗之前，教師要求學生必須對本次實驗原理、所用實驗器材、實驗步驟能清楚瞭解(當然學生能夠自己設計出來的更好)，要求每個學生都動手參與到實驗操作中，並如實記錄實驗的原始數據，等等。這些分組實驗對於訓練學生的實驗基本功、規範學生的基本實驗操作具有重要作用
例如通過“研究勻變速直線運動”這個分組實驗，訓練了打點計時器的使用方法，知道了兩種打點計時器的工作原理和主要結構，學會了通過打出的紙帶判斷物體的運動狀態，以及如何求解速度、加速度，會用有效數字表達直接測量的結果。學生拿自己辛苦勞動之後得到幾條紙帶來分析小車的運動，能更形象具體的理解物理規律，極大的提高了學生學習物理的信心和興趣。
條件允許的學校可以在課外開放實驗室，給學生更多的時間和空間來動手做實驗。比如，學生想做實驗了，就向老師提交實驗申請書──包括實驗的名稱、目的、原理、器材和預約的實驗時間，然後教師從實驗的可行性、實驗室儀器的準備情況等方面考慮學生的申請，給學生安排具體的實驗時間和地點。而學生則可通過查閱參考書、約請同學或約請教師來指導等途徑認真做好每一個實驗，切實提高實驗能力。
2．設置實驗新情景，提高學生的設計和完成實驗的能力
縱觀近幾年的大學聯考物理實驗，力學和電學既是考查的重點也是難點。主要特徵是：電學爲主，力學爲輔，兼顧其他;既重基礎，尤重遷移。比如測電阻的實驗幾乎年年考，題目年年翻新，角度常常變化。雖然實驗的情景很新穎，但實驗試題中涉及的基本知識和實驗技能的要求仍然立足於課本實驗。
比如2010年廣東理綜試卷中，第34題第(2)小題，圍繞“利用電壓表和電阻箱測定乾電池的電動勢和內阻”展開，這是大學聯考考綱中明確要求的實驗，不過提供的實驗儀器與教材上有所不同。題目中巧妙地引入了“電阻箱的讀數”、“電壓表和電阻箱測電阻”、“閉合電路歐姆定律”、“補充實驗步驟”、“連接實物電路圖”、“分析實驗誤差”等實驗技能和相關知識的考查，在一定程度上體現了三維課程培養目標中“知識與技能”、“過程與方法”的要求，對理綜模式下的物理實驗的教學和備考很有啓發作用。
因此在複習時要注重教材上的實驗。教師可以從教材中選取一些典型的實驗，在同一個實驗中設置新情景，引導學生將已經學過的物理知識和實驗方法遷移到新情景中，根據實驗目的和提供的儀器設備，開動腦筋設計方案進行實驗。既通過多種方案的設計、論證等思維活動，提高學生的實驗設計能力，又通過實驗操作驗證設計得合理性，提高實驗操作能力。
例如“電阻的測量”的複習可按以下方式進行，設置新情景，培養學生的實驗設計能力。
(1)複習伏安法測電阻的實驗
①實驗器材：待測電阻Rx(用電阻箱，阻值爲5Ω)，學生電源、電壓表(量程3V，內阻約3kΩ)、安培表(量程0.6A，內阻約1.5Ω)、滑動變阻器(最大阻值10Ω)、開關各一個，導線若干
由於電阻箱是精密的'儀器，不能長時間通電。要求學生先設計出測量電路圖，然後連接電路測量，最後通過測量結果分析安培表外接法和安培表內接法適用的對象。
大部分學生習慣的採用滑動變阻器的限流接法，從測量數據看，相比安培表內接法，安培表外接法測量出來的結果誤差更校
接下來把實驗器材做了調整：
②實驗器材：待測電阻Rx(用電阻箱，阻值爲150Ω)，學生電源、電壓表(量程15V，內阻約15kΩ)、安培表(量程100mA，內阻約10Ω)、滑動變阻器(最大阻值10Ω)、開關各一個，導線若干
學生經過簡單分析，還是採用滑動變阻器的限流接法、安培表外接法來測量，但是在調節電壓時感覺調不動了，有不少學生有了疑問。教師可以適時指出，待測電阻的阻值是滑動變阻器的最大阻值的15倍，滑動變阻器的限流作用不明顯了，提出用滑動變阻器的分壓接法來調節待測電阻兩端的電壓。
教師在這裏可以進行小結：對電阻測量的實驗電路中，一般先設計“測量電阻部分”的電路(包括待測電阻、電壓表、電流表，體現測量的思路)，再設計“提供電源部分”的電路(包括電源、滑動變阻器、開關，提供電壓和電流);從“測量電阻部分”來總結安培表的內接法、外接法的理論依據以及使用條件;從“提供電源部分”來總結滑動變阻器的分壓、限流接法的理論依據以及使用條件。
(2)重點訓練“測量電阻部分”電路的設計
①如果知道電錶的內阻，怎樣計算電阻的真實值?如何使用伏安法測量電錶的內阻?
②如果沒有電流表(或電流表不合適)，而有兩塊電壓表(已知內阻)應如何設計電路測量電阻?反之呢?
③如果只有電壓表和一個電阻箱，應如何測量電阻?反之呢?
……
大家知道，物理是難學的，學習物理是辛苦的。而眼前這些學生在討論、設計、完成實驗的過程中，既有思維的碰撞又有實驗的及時驗證，他們的學習是主動的、快樂的。同時學生對伏安法、替代法、半偏法這些測量方法有了一個切身體會，也明確瞭如何設計一個測量電阻的電路。
教師在這裏可以進一步總結：電學實驗無非就是在電壓U、電流I、電阻R、電動勢E這幾個物理量的測量上做文章而已，這是電學實驗區別於力學實驗之處。今後我們可以用類似的方法處理類似的探究性實驗。
3．注重物理思想的總結，提高學生思維的開放性
每一個實驗都有各自的設計思想，一個成功的實驗，其設計思想總包含着對已有知識的靈活運用和創造性構思。引導學生領會前人的實驗設計思想，是一條培養學生具有設計實驗能力的有效途徑。
比如，在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，爲什麼要兩次把橡皮條的結點拉到同一位置?在做“驗證牛頓第二定律”實驗時，爲什麼要使長木板傾斜以平衡摩擦力?在做“驗證機械能守恆定律”實驗時，要驗證 mv2=mgh,，爲什麼要選第一、二點距離爲2mm的紙帶?在做“驗證動量守恆定律”實驗時，被碰小球的質量爲什麼要小於入射小球的質量?還記得“控制變量法”嗎……實際上所有的實驗都要在控制上下功夫，實驗的精髓就是“控制”。
再看另外一些例子，在做“研究勻變速直線運動”實驗時，用打出的紙帶上面的點數來計算時間，用點與點之間的距離來計算速度和加速度，在電學實驗中，電流表用指針偏轉程度的大小來表示電流的相對大小，歷史上卡文迪許使用扭秤研究萬有引力常量的時候，由於引力非常之小，他先通過測定力矩來測力，又通過石英絲的扭轉角度來測力矩，再通過光點的移動來測定石英絲的扭轉角度，這些就是“測量變換”。
再比如人們熟知的守恆定律，像能量守恆定律、動量守恆定律、電荷守恆定律，它們的出現不是偶然的，而是物理規律具有多種“對稱性”的必然結果。
……
諸如此類，不多列舉了。
物理學不僅是自然科學的基礎，也是人類文化的重要組成部分。在物理學發展史上，人們看到，實驗發現和研究與理論探索是互補的，它們共同或交替的促成了物理學的進步。和楊振寧一起因發現弱作用中宇稱不守恆而獲得諾貝爾物理學獎的李政道教授，在1987年提出物理學家的兩個定律：沒有實驗家，理論家趨於浮泛;沒有理論家，實驗家趨於搖擺。我們相信，只要廣大物理教師能取得這樣的共識，物理實驗教學弱化的趨勢必能得以扭轉，物理實驗必能發揮應有的作用。
