构建高中物理实验室开放式管理体系的思考

方平芬

摘 要：当前，高中人才培养目标之一就是培养创新型人才。而在高中阶段，实验室则为培养人才提供了重要支持。不过一般的实验室只能做基本的实验，需要进一步改善现有的实验室，完善实验室建设，转型升级为开放式实验室，让其在高中教学中发挥应有作用。建设开放式实验室，使其充分培养学生的创新能力，更好地培养创新型人才。

关键词：开放式实验室；实验改革；物理

物理学科的发展以及这方面的人才培养一直都是学术界关注的重点。物理实验室是高中物理教学的重要场所。随着我国进入新发展阶段，对物理创新型人才的需求也逐渐增加，因此，改善优化我国目前的高中实验室管理体系，确保物理实验室能够最大化地培养创新型人才，是符合时代发展的。实验教学是物理教学过程的核心，这就要求实验室必须紧跟学科的发展，与时俱进，符合高中物理教学的需求。在传统的实验教学中，因为多方面的原因，物理教师只能根据实验要求开展实验，学生也缺乏足够的自主性，只能被动学习，按照实验要求和步骤死板地完成实验。在这种学习情况下，使得学生对物理实验无法深刻理解，不能够熟练地处理实验步骤和实验数据，导致学生只知道实验，但是不知道其中的原理，对物理实验感受不深刻，不能够熟练地使用实验仪器，无法深入探讨实验中出现的问题。这种方式培养的学生往往动手能力差、全局掌控能力不足。可见，对实验室进行改革势在必行，让其更好地适应社会变化，完成高中培养创新型人才的培养目标。除此之外，为了给学生提供更多的实验机会，加强实验资源的利用率，改善实验室的传统管理模式，提升学生的创新能力和学习兴趣等也要求改进实验室，建设更有利于培养创新型人才的开放式实验室[1]。

一、高中物理实验的要求与特点

（一）高中物理实验室教学的要求

高中物理教学的主要任务就是为社会培养创新型的人才[2]。一所学校的实验室建设水平，直接体现出这所学校的物理教学水平。所以，需要建立一套完善的高中物理实验室管理体系，有效促进实验室构建的制度化和科学化，有效提升高中物理实验教师队伍的素质。在如今的高中物理实验教学中，主要实验内容是一些比较简单的验证性实验，这严重不符合创新性实验教学要求。所以，改善高中物理实验教学和管理体系十分重要，对物理实验的教学内容也需要进行进一步调整和完善。

（二）高中物理实验室管理的特点

高中物理实验室需要满足学校的使用要求，它主要具有以下几个特点：

1.综合管理的复杂性

高中物理实验室管理包括多方面的管理内容，如实验材料的准备、保障实验的安全性等。管理过程十分复杂，尤其是在采购实验器材和选择实验内容这两方面上，将会直接决定学生的整体学习内容和实验走向。

2.教学与科研相结合

高中物理实验室具有教学与科研相结合的特点，具有教学和科研的双向功能。一方面，高中物理实验需要有效满足高中这一阶段学生关于物理实验学习需求，做好实验材料和仪器的准备工作，保障高中实验教学的顺利进行。另一方面，高中物理实验室还应该满足高中所需要进行的物理研究要求。高中实验室管理人员必须有效协调好科研工作和实验教学，确保教学和科研工作都顺利进行。

3.安全性与开放式相结合

建设开放式高中物理实验室是社会发展的必然趋势，但是，在使用开放实验室的过程中，实验室管理人员需要重视学生和科研人员的安全。所以，在有效确保高中物理实验室开放式的同时，还需要加强监督和管理，确保学生实验前进行充分预习，有效保障實验操作人员的人身安全，并提高实验仪器的使用寿命。

二、高中物理实验室现代化管理现状

（一）购置实验仪器具有盲目性

目前，我国大多数高中物理实验室在购置实验仪器方面存在盲目性，主要是由实验室监督者和使用者不一样导致的。在多数高中，负责采购实验室仪器和监督等工作事项没有专业物理教师参与，由于他们对物理实验室的教学情况和研究内容不太熟悉，所采购的实验仪器和实际物理实验教学研究不一致的情况时有发生。

（二）损坏仪器管理具有滞后性

目前我国高中物理实验室的仪器大都存在一定的损坏情况，主要是因为实验管理不正确导致的。在物理实验教学和研究过程中，存在管理不当的情况，如实验仪器在使用后未能及时进行检查、未能及时发现实验仪器的损坏等问题。实验仪器损坏将会增加实验时间，影响物理实验教学。此外，高中物理实验室仪器管理存在滞后性，这会导致实验结果和实际情况出现偏差，得出错误的实验结果或者实验结果不一致，严重阻碍高中物理的教学进程，影响高中整体的物理教学和研究。

（三）对参与实验学生缺乏监督

在进行高中物理实验课之前，教师都会要求学生熟悉实验仪器的使用规范。但是，很多学生在进行实验之前，没有充分了解实验仪器的使用方法，甚至在教师讲解实验仪器的使用操作之后，还会频频出现仪器使用错误的情况。如仪器操作顺序不正确、使用手法错误等，这都会损害实验仪器。同时，在实际的实验过程中，教师对学生也缺乏一定的监督，未能及时纠正学生的错误。除此之外，学生自身对物理实验仪器也没有足够重视，错误使用实验仪器不仅会导致实验仪器损坏，还会导致实验失败，影响学生的学习和操作能力的提高，还会影响教学

进程。

（四）高中物理实验室缺乏开放式

实际上，开放式物理实验室这个理念早在很多年前就已经提出，各学校也一直提倡要建设开放式物理实验室。但实际上一直没有达到预期效果，主要是因为在实验室开发过程中，学生对实验仪器的使用规范不够了解，没有充分重视实验仪器，实验操作也不熟练，没有带来预期的效果，导致实验室的开放结果不好。与此同时，扩大实验室的开放式也进一步给实验室带来了很多安全隐患，提高了实验室的危险系数，这也是实验室监管者担心出现的局面。在进行短暂的实验室开放之后，大部分高中最终选择了封闭物理实验室[3]。

三、构建开放式实验室管理对高中实验教学改革的作用

（一）实验室开放管理为学生自主实验提供教学资源

高中物理实验室采取开放式管理体系，旨在通过对物理实验室内部分设备仪器等教学资源进行开放式管理，以便高中生利用实验室中的科研器材以及生活中的物品进行书本物理知识相关的小实验验证和探究。为高中生提供开放式的物理实验室，能在极大程度上缩短学生与书本知识的距离，将物理与学生的实际生活更加紧密地联系在一起。除此之外，让高中生使用开放式物理实验室资源也是对现有教学资源的充分利用，避免了物理实验室“使用次数少、占用教学资源而无所谓”的问题。物理教学本就离不开实践环节，在学生进入实验室进行物理实验的过程中，可以培养学生的动手能力和科学探索精神，为其日后的深入学习奠定坚实的基础。下面以人教版高中物理教材中较为抽象的力学章节为例，分析高中物理实验室开放管理为学生提供的教学资源方面的帮助。力学章节的难度主要体现在无法通过肉眼直接从物体上将力的作用直接观测出来，而是需要通过其他方式进行测定，这也是高中生在刚接触到牛顿力学时无法理解其中公式概念的主要原因。开放式物理实验室管理给予了高中学生充分的实践学习机会，有专门的物理实验教师负责实验的具体指导，以便帮助学生开展课本中的物理实验并观察其中的现象。

例如，在力学章节的最开始是牛顿第二定律的验证实验，也称为加速度实验。这一实验观测的难点在于加速度这一变化极快的物理量，它是很难通过肉眼观测记录的，物理实验室管理教师会特意为每一张实验桌配备一个打点计时器装置和足够长的纸带，以便学生利用物体固定在纸带上拖动纸带运动，借助打点计时器将肉眼不可见的物体加速运动直观地反映到纸带上的黑点上。在物理教师进行相关实验器材的使用教程后，学生便可以开始自主实验。除了教师着重介绍的打点计时器装置，实验桌上还会配备有许多辅助性实验仪器，如测量点间距离的刻度尺、记录物体移动时间的秒表、测量物体重量的弹簧秤等。实验开始时，首先，学生需要将附有滑轮的长木板平置于长实验台上，将滑轮伸出桌面，将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一侧，连接好打点计时器电源；其次，将纸带穿过打点计时器连接于小车后部；最后，接通电源，放开小车，让小车带动纸带运动，此时打点计时器便会在纸带上留下一系列的小点。为保证实验结果可靠性，重复上述操作三次得到三条不同的纸带。在学生按照教师指导的实验步骤完成纸带的打点工作后，教师会帮助学生分析实验结果：在三条纸带中选取一条打点最为清晰的纸带作为研究对象，舍去纸带开头部分过于密集的点从后续点中选择合适的点作为测量的起点。为了减少测量的误差，通常不是选取每一次打点的时间作为单位时间，而是将五次打点的时间作为时间单位，也就是0.1秒。在选择好的起点下面标注A，在依次往后的第六个点下标注B，类推直到标注出足够数量的点。随后将不同点之间的距离测算出来依次记为S1、S2、S3……最后将实验数据代入书本公式进行验证，便可以得到加速度与位移关系的求解公式。为了进一步激发学生的创新思维，教师还可以引导学生深入思考加速度与时间、总路程、重力等其他物理变量之间的关系。

高中物理实验室开放管理给予了高中学生验证课本公式、实践并感受科学奇妙之处的机会。在完成对课本实验的复现并得出正确的实验结论时，学生的学习成就感会得到满足，深入学习的积极性也可以进一步被激发。与此同时，开放式物理实验室管理也是对高中教学资源的高效利用，能在很大程度上杜绝学生只会做题而不会思考和动手操作的问题。

（二）实验室开放管理为学生提供轻松的学习环境

传统的物理实验教学多采用单一的“教师演示，学生模仿”实验流程。这样的实验方式虽然可以确保学生进入实验室有所收获，对于书本上的实验要求也能做到尽可能满足，但是按部就班的实验方式却在无形中压抑了高中生的天性和热情，这不利于其自主实践能力的提高以及良好学习心态的养成。高中物理实验室开放管理则为这一问题的解决提供了帮助。随着素质教育改革的不断深入，高中实验课程的学生参与积极性也成了教学质量的重要考查指标。教师应当相信学生拥有足够的学习积极性并给予他们充足的自由实验时间。在实验过程中教师可以针对一些普遍性问题进行集体讲解，以保证整体实验进度的顺利推进，但是实验的主体仍旧是学生。一个自由且活跃的实验环境能有效提高学生的思维活跃性和实验热情。例如，在人教版高中物理课程大纲中有一个和化学较为类似的实验——用油膜法估测分子直径。该实验的实验原理不难理解，只需将油酸滴在水面上近似将其视作单分子膜，再将分子视为球状估测出其厚度即为分子直径。实验器材的搭配也十分简单：盛水器皿、注射器、试剂瓶、带有格子的玻璃板、痱子粉、量筒、酒精油酸溶液。正是由于该实验的实验原理和所用到的实验器材都是浅显易懂和便于操作的，学生自主实验的效果才更加明显。教师只需简单进行实验细节的讲解便可将操作时间留给学生，如提醒学生在实验开始前要确保方盘已经洗净以便油膜的顺利形成、在向水面滴酒精溶液时应该靠近水面、在计算分子直径时要注意到浓度换算的问题等。实验正式开始后，教师便不再进行实验步骤教学和实验进度控制，而是将实验的主导权完全交给学生。学生可以根据自己的需要选择合理的实验顺序，也可以通过小组组队的形式进行合作实验。在这一实验的过程中学生积极参与进来，不仅主动思考实验的细节，而且更直观感受了分子世界的奥妙，这对于其理解课本知识以及发散性学习思维的养成是大有帮助的。

（三）实验室开放优化管理提倡学生分组实验

由于传统高中物理实验课标要求不完善，学生一般只有在規定的几个分组实验中才会走进实验室进行实际操作，这样低频率的实验不仅无法帮助学生形成良好的实践操作习惯，也不利于培养学生的思维能力。素质教育改革要求在保证高中学生文化知识学习能力的同时也要确保其综合实践能力的稳步提高。开放式实验室就成了学生感受课本知识与生活的紧密联系开拓学习思维的契机。为了能够达到更好在实验室学习的效果，教师需要引导学生在实验正式开始前做好相应的实验准备工作，做好小组分工。在实验过程中，学生各抒己见，共同进行实验和结论探究。以新课标中高中物理伏安特性曲线绘制实验为例，该实验不管是实验原理的理解还是具体的操作过程都具有一定的难度，非常适合以分组实验的方式进行。首先，教师向学生简单介绍该实验的基本原理：在小灯泡亮度由暗变亮的过程中，灯泡的电阻丝温度会随之发生很大的变化，而作为一般导体的电阻丝电阻值会随着温度的升高而不断增大。所以当小灯泡正负两极所加电压由小变大时，所描绘出的伏安特性曲线就不再具有线性关系，而是一条斜率不断增大的抛物线。当介绍完实验原理后，学生按照小组分工进行实验。部分同学负责实验电路的搭建，在电源开关断开的状态下连好电路，再把滑动变阻器的滑片调到负载所加电压最小的位置以确保实验安全性；部分同学负责实验数据的获取，调节滑动变阻器，记录约12组不同的阻值后断开电源将实验器材拆除归位；剩下的同学则负责实验数据的整合分析，建立电阻与电压的坐标系，选择合适的标度，描点连线。在实验过程中，不仅有小组内部的任务分工，也有小组之间的实验交流和讨论。学生通过这样的实验方式不仅提高实验的效率，也能在讨论的过程中开拓自己的学习思路。开放式物理实验室摆脱了教师监管对学生创造能力的约束和实验积极性的磨灭，只有让高中学生自愿走进实验室才能起到实验教育应有的

作用。

（四）实验室开放管理在课余时间仍为学生提供服务

课堂实验演示虽然锻炼学生基本的实验技能，但是由于每个学生的学习能力和兴趣侧重点不同，有限的课堂时间不能保证每个学生都获得足够的技能知识。开放式实验室管理可以让学生在课余时间进行书本理论验证和实验操作练习。通过上文利用打点计时器计算加速度的实验案例可以知道，该实验存在不小难度。不管是实际的操作过程还是实验结束后的结果分析都需要一定的经验积累，否则很难在有限的时间内完成整套实验流程。学生可以利用课余时间继续对实验进行加工和完善，不断熟悉实验操作的流程，提高实验操作的效率。

四、现代化实验室管理体系构建

（一）实验仪器的合理配备与购置

为了改善高中物理实验室的管理，必须进行以下调整：第一，实验室管理人员应该与本校的物理教师进行沟通，对实验室仪器的购买要有清晰的认识，特别是在仪器的型号、仪器的数量、仪器的作用等方面。第二，实验室的管理人员应该与本校的学生进行相关探讨，学生应该清楚地提出自己的需求以及仪器的损坏状况。第三，管理人员在购买实验室仪器时，应该对仪器的质量进行检查，以确保后期实验的有序开展。

（二）加强仪器设备的备案

实验室的仪器是开展高中物理实验课的关键所在。实验室的管理人员要及时地对显示的仪器进行档案记录，如实验仪器的购买时间、型号、使用年限、保修卡的报告进行档案备份，以便后期的经费管理和仪器维修等。

（三）学生、教师与实验室管理人员的相互协调

与物理实验室相关的人员主要就是管理人员、教师和学生，为了更好地推动高中物理实验室的管理，三者需要及时进行沟通，只有这样才可以使得仪器的购买具有正确性，还可以使得物理实验更好地进行，否则可能会导致实验室仪器的短缺、损坏等，也会影响学生的学习氛围。为此学校要安排管理人员与师生及时地进行沟通和完善，以便后期相关实验的准备和操作。

五、高中物理实验室现代化管理优化对策

（一）专员购买实验仪器

物理学科的实验需要借助实验室的精密仪器来进行学习。这就需要实验室要有专门的人员来进行精密仪器的采购，首先实验室的采购人员要与物理教师进行定期的沟通，以便对采购仪器的型号、内容、数量等有一定的了解，确保采购的准确性和完善性。同时，实验室的监管人员也要与采购者有一定的沟通，及时做好实验室仪器的更新换代和维修等。

（二）做好现有仪器档案管理

在开展高中物理教学实验的过程中，教师要先对实验的内容进行简单讲解，然后再带领学生进行具体操作。其中实验的动手操作就需要运用到实验室的各种仪器，由于物理实验所涉及的仪器较为复杂，仪器的价格也相对高一些，一旦仪器损坏严重，造成的后果就相对麻烦。实验室需要专业的人员对不同的仪器进行不定期的维护和记录。监管人员要在每次物理实验后及时进行检查和相关档案记录，如发现有问题的仪器要查找根源，及时解决。除了实验过后的例行检查以外，还需要进行不定期抽查，确保每一个仪器都可以长久使用。遇到过期的仪器也需要及时更新换代，以确保实验高效进行。此外，学生和教师在进行物理实验时，需要在实验前后进行相关检查，如有问题要及时上报给实验室的监管人员，進行适当的沟通和记录。

结束语

总而言之，高中物理实验室教育改革能够采用的形式虽然有很多，但是开放式实验室管理方案凭借其教学优势成为众多教改路径中最具竞争力的一项。开放式物理实验室管理不仅可以提高学生的学习兴趣，也能进一步将培养学生的实操能力落到实处。但是，就如何进行高中物理实验室开放管理，还需要进行细节上的讨论，充分结合不同高中学校的实际情况制订出适合各自的开放管理方案，只有这样才能提高高中物理实验教学的育人效果。

参考文献

[1]李善强.高中物理实验室的开放性管理[J].中国现代教育装备，2017（16）：23-24.

[2]何永健.建设高中特色物理实验室培养学科核心素养[J].中国现代教育装备，2020（14）：38-40，43.

[3]覃以威，李丹，潘福东，等.开放式创新型物理实验室建设的探索与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：227-229，243.