我们认为一堂成功的实验课，必须要加强两个方面的指导：一是实验原理指导；二是实验操作指导。只有这样，学生才能明确为什么要用这种方法实验，为什么选这样的仪器，为什么要这样操作等。
苏霍姆林斯基对学生的心理发展规律作过这样论述，“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者，而在儿童的精神世界里，这种需要则特别强烈，如果不给它提供食物(与事实和现象进行生动的接触，体验到认识的欢乐)，这种需要就会萎谢，而对知识的兴趣也就会随之熄灭。有一项十分重要的教育任务，这就是不断地扶植和巩固学生想成为发现者的愿望”。基于对青少年思维特点这种认识，苏霍姆林斯基提出了“独立发现的道路让学生去走”的着名观点。因此，我们在实验原理教学中，也必须充分体现这一点，让学生独立去设计原理，培养探索精神和创造性能力。我们构建的实验原理教学模式借图达到“扶植和巩固学生要想成为发现人才的愿望。”其具体做法是，根据实验目的，引导学生设计实验原理，根据学生设计的多种实验原理，选出最佳者，然后据原理设计实验方案，构思实验过程，再组织实验教学。在指导过程中，要以目的为出发点，以原理为中心展开指导性教学，其教学模式可用如下方框图表示：
实验原理教学模式的分析
从认识论的角度看，实验活动应首先把某种理性活动的成果物化为一定的物质形态，再从物质的客观运动中摄取具体的感性表象，进而上升为能够正确反映客观对表象本质的认识。设计实验原理、构思实验过程，就是为恰当而必要的物化准备理性前提，并努力实现理性前提的这种物化。因此，指导学生弄清实验原理，明确实验设计思想，从总体上把握实验的构思，即是为这物化准备理性前提的必要一步，下面结合教学实例对这一问题作简要论述。
(1)根据目的设计原理
实验原理设计的基本思路是根据实验的目的，设计实验原理。因此，在设计实验原理时，首先要使学生明确实验的目的，该实验是测定什么物理量，探索什么规律，然后，引导学生进行思维发散，将有关知识与实验目的相联系，其思考程度可归纳为：①明确实验目的；②联系所学知识；③设计实验原理。现以“测定电源的电动势和内阻”实验为例，具体论述如下：
科学的构想从问题开始，我们在实验原理教学时，先向学生提出这样的问题，如何测定电源的电动势和内阻，学生的思维迅速被激发，他们根据所学知识，可能会有如上一些设计：
以上各种原理的产生，都是学生创造性思维的结晶，这为我们进行实验思想教育创造了良好的基础。
(2)根据要求选择原理
学生根据不同的知识，设计了多种测电源的电动势和内阻的实验原理，客观地说，每个实验原理各有其特点，我们要在多种方案中选择一种实验效果最好的实验方案进行实验，该如何选择呢？引导学生按以下几个原则进行选择。
①科学性原则科学性指实验原理正确无误，符合科学规律。根据该原理设计的实验方案具有代表性、典型性、效果好，能够通过实验现象揭露本质达到测量、研究和探索的目的，从科学性的角度看，以上5种方案均符合要求。
②简单性原则简单性指实验装置简单明了，操作方便，各量易测，计算简单。从简单性看，各方案均符合要求，但相对来说方案(一)更为简单。
③可行性原则可行性指实验方案的实施安全可靠，包括人身安全和仪器安全等，所需装置和仪器配置简单。根据我们现有条件实验完全可以实施，从可行性角度来说，5种方案均符合要求。
④精确性原则这是实验设计中最主要的原则，是选择方案的主要标准。主要考虑三点：一是在实验设计方案中，所用仪器的精度要恰当，以便测量结果能符合误差要求。根据我们实验室配置电流表和电压表的精度，均能符合要求；二是实验系统是否具有为处理数据过程减少误差设置理性条件，如根据方案设计，能否做到测出多组数据，以便用求平均值或图像方法处理数据，可使结果更接近真实性。这在方案四、五中已考虑到这一点，因为这两种方案中均设有滑动变阻器，可使实验多次重复操作，但方案一、二、三中均没有考虑这一点；三是实验的原理本身是否考虑了减少系统误差的要求，我们实验用的电源是干电池，它的内阻较小，从减少系统误差角度看，电流表应采用内接法较好，从这一点看方案五更为合理。
根据以上4个原则并结合电学实验具体要求，其选择过程可用如下框图表示(实验电路如附图)：
(3)根据原理构思实验
在选定实验原理方案后，还需要根据原理构思整个实验的操作过程，以使学生实验过程从无序向有序转化。这里，我们要从实验原理和实验装置为出发点，引导学生对该实验的各个环节进行精心设计和构思。测电源的电动势和内阻实验，从实验原理图出发，对整个实验操作构思可用如下框图表示：
从上述实验构思可看出，实验原理是实验总体设计的理论基础，实验前对实验原理的深刻理解，是进行实验思想教育做好物理实验的重要环节。
实验原理教学模式的意义
这种教学模式的最大特点是通过实验原理教学培养学生的发散思维能力，综合运用所学知识解决问题的能力，同时也有助于培养学生的探索创新精神。
教学实践证明，突出实验原则指导，能有效提高学生的应变能力。我们在实验教学中一直坚持这种教学模式，学生在解答高考实验题时，明显显示出他们的优势。
这里，还需要指出的是评价一种教学模式或方法的价值，主要是两个方面：一是实效性；二是普遍性。从普遍性角度看，这种教学模式应用具有广泛性，只要我们去深入研究，认真挖掘，可供我们应用的内容极为广泛。如重力加速度的测定。引导学生可设计出如下几种方案：①用落体，按g=2ht2，测出h和t。②用打点计时器，按g=ΔsT2测出Δs、T。③用圆锥摆，按g=ω2Lcosθ，测出ω、L、θ。④物体沿斜面下滑法：(让物体从斜面静止开始下滑)，按g=2s(sinθ-μcosθ)t2，测出s、θ、μ、t。⑤平衡法(将物体悬挂静止)：按g=Tm，测出T、m。⑥单摆简谐运动法：按g=4π2LT2，测出L、T。
因此，我们在教学中，要充分挖掘教学内容，进行实验原理指导，培养学生的发散性思维和探索精神，使实验课成为培养创造型人才的主阵地。
两种分组实验教学模式
为使实验教学在中学物理教学过程中得以有效实施，除了增强实验意识、改进实验教法、自制教具以外，还要建立适合物理实验的教学模式。浙江省常山县第一中学葛德成老师对多年的实验教学进行总结，提出“程序操作”和“自由操作”两种分组实验教学模式，并就这两种教学模式进行了讨论：
程序操作模式
所谓程序操作模式是将某个学生实验分成若干个具体的操作程序，在学生分组实验时由教师统一指令，全班学生同步整齐地完成各个程序。
现以高中物理“力的合成”实验教学为例，将该实验分为如下几个程序进行：
程序1：用图钉把白纸钉在方木板上，把方木板平放在桌面上；用图钉把橡皮条的一端固定的A点，橡皮条的另一端挂上两个线绳套。
教师在巡视的基础上，对实验操作提出3点要求：①白纸边与木板上下边要平行；②图钉不要钉得太实；③固定点A的位置要恰当，使橡皮条结点在白纸上方14～15位置为宜，各组按以上要求作适当调整。
程序2：用两只弹簧秤(测力计)分别钩挂细绳套，用力互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图1所示；用铅笔在白纸上描下O点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。
各组完成该程序后，再将橡皮条互成角度地缩回到实验开始状态，做完请举手，待教师检查。教师逐一检查后，指出两点：①拉动橡皮条时要使两只弹簧秤与木板平面平行；②实验时橡皮条要与白纸侧边平行，并且橡皮条的伸长量要适中。
程序3：用铅笔和刻度尺在白纸上从力的作用点(位置O)沿着两条绳套的方向画直线；按适当的标度图示这两只弹簧秤的拉力F1和F2，以F1和F2为邻边，用刻度尺和三角板作平行四边形的对角线，使用图解法画出合力F。
教师有重点地检查几个实验组后指出，标度选取的原则，以图示适当分布于白纸为标准。
程序4：用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，以同一标度用刻度尺从O点沿记录的方向画出这只弹簧秤的拉力F′；比较一下力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同。
教师在巡视的基础上指出：①两次图示的标度要一致；②重复实验时，特别注意以上提出改进的有关操作要领。
程序5：改变两个共点力F1和F2的大小和方向，再按以上4个程序重复实验。
教师巡视，并逐一再次强调学生易错的有关操作要领。
程序6：再改变两个共点力F1和F2的大小和方向，进行第三次实验，然后师生共同归纳和总结实验结论。
运用“程序操作模式”进行实验教学，其优点有三：一是实验过程按程序统一进行，能培养学生严谨、认真、规范的学习态度。这种教学模式有利于学生掌握操作要领，能较好地训练学生实验的技能和基本功。我国传统的教育习惯于这种模式；二是有利于组织课堂教学。由于操作的整齐统一，信息反馈快，教师易发现问题，纠正与解决问题及时；三是这种教学方法重视演绎推理，强调理论对实践的指导作用，强调规范。
但是，这种教学模式存在着明显的不足之处：学生操作比较被动，教师指令，学生动手，不利于学生思维能力的培养。有的学生为了抢时间完成这个程序而“草草收兵”，也有的学生动作缓慢未完成一个程序而被迫中止实验，造成实际上的“不统一”。
自由操作模式
所谓自由操作模式是实验前教师先引导学生做好实验准备工作，如讨论实验的有关问题、预习实验内容、构思实验过程、提出注意事项等；然后，各实验小组各自按实验要求进行实验；最后师生共同总结实验。这一模式可用如下框图表示：
现以高中物理“测量凸透镜的焦距”实验为例(应用公式1u+1v=1f，测出物距u，像距v，求焦距)，该实验的主要教学模式为：
(1)实验准备阶段
实验准备阶段是教学成败的关键，为此，我们引导学生做了以下5方面的工作。
①准备性练习。
针对实验内容设计了下面两个问题：
A关于凸透镜成像时，物距u、像距v、焦距f三者大小关系正确的是：
当u＞2f时，u+v＞4f当f＜u＜2f时，u+v＜4f当u=2f时，u+v=4f当u＜f时，u+|v|＜2fB如图2所示，当物体AB从u＞2f处向右移动的过程中，像的移动方向是向，成放大像与缩小像的分界点是u=，像的虚实分界点是u=。
②设计记录表格。
实验次数物距u(cm)像距v(cm)焦距f(cm)f(cm)123③讨论实验步骤。
A把带底座的小电灯放在桌子的一头，白纸屏放在桌子的另一头，透镜放在灯和屏之间同一直线上。移动透镜(使u＜2f)，直到在屏上获得灯丝清晰的像为止。测出灯到透镜和透镜到屏的距离u和v，填入表中。
B移动小灯(在u=2f附近)和白纸屏，得到灯丝清晰的像，将u、v记入表中。
C再次移动小灯(在f＜u＜2f范围内)和白纸屏，再次得到清晰的像，将像u、v记入表中。
D对上述3次实验所得的u和v，应用公式f=uvu+v分别求出3次实验所测的透镜焦距f1、f2、f3；再求其平均值f，就是此凸透镜的焦距f。
④讨论实验注意事项。
师生共同讨论后，归纳出如下3点注意事项。
A装：在实验仪器装配时要使小灯的灯丝、凸透镜的中心和白纸屏的中心等高。
B调：实验时移动小灯和白纸屏时要分3个过程进行。先根据设定的物距，估计像距大约是多少，进行粗调；在接近像区时，将屏缓慢移动，边调边看像的变化，即进行细调；在基本确定像的位置后，再将屏在该位置附近左右移动，不断调整对比，找到成像最清晰的位置，即进行精调。
C读：用刻度尺测距离时，要读出估计值。
(2)实验操作阶段实验操作阶段是实验的核心，这一阶段主要是学生按照实验步骤和注意事项自由操作。这里需要说明3点：一是教师要巡视各组实验情况，并及时提出指导意见；二是要引导实验组之间相互讨论、相互检查，及时提出改进方法；三是要指导学生在实验过程中做到一步一对照(对照实验步骤和操作要求)，及时反馈和纠正操作错误。
这种自由操作模式，学生通过自由操作，可以独立思考、独立解决问题，学习的主动性强，有利于培养学生的创造力。从教学角度看，这种教法便于教师个别指导，允许学生在速度和能力上存在差异，是一种高效率的教学方法。但是，与“程序操作法”相比，在学生实验的基本功训练方面存在着一些弊端，课堂纪律容易混乱，不易组织教学，容易损坏仪器。
从以上讨论可知，两种教学模式各有其优点，因此，寻求这两种模式的有机结合，综合运用，是提高实验教学质量的有效途径。为培养学生的规范操作，在学生初次做实验时，可以从程序操作模式开始；随着实验技能和技巧的逐步提高，可以有计划、有步骤地从程序模式向自由模式过渡。其过渡的方式可先采用合并减少程序，使较多的子程序合并为几个大程序，逐渐过渡到自由操作模式。在实验教学中，学生可以独立进行的实验，我们尽可能要用自由操作模式。但是，值得我们注意的是，学生实验难易不同，因此，在学生初步掌握自由操作模式的情况下，我们仍然要提倡两种模式有机结合，交叉进行。当遇到较难的、初次操作的或易出事故的实验时，仍应采用程序操作模式。
两种模式本身也不是完全对立的，程序操作过程中也有“自由操作”的表现，自由操作过程中也可以有“程序操作”的成分，这种形式和内容的相互渗透和结合是需要的，也是必需的。
初中物理启发式实验教学模式
为加强和改进初中物理实验教学，重庆八中和市教科所物理组联合成立教改实验组，探索两方面的问题：一是初中物理实验的优化结构体系；二是改进实验的教法，更有效地发挥实验在教育、教学各方面的作用，培养学生的以思维为核心的各种能力。重庆市教科所凌光后、重庆市八中陈庆等老师经过几年时间实验，取得初步成果，总结了“初中物理启发式实验教学”模式。
初中物理实验的结构体系
