淺談高中物理實驗探究性教學(xué)

謝敏華

摘要：針對當(dāng)前高中物理實驗探究教學(xué)存在的一些問題，本文以高一《影響加速度的因素》（粵教版）一課的教學(xué)為例闡述如何更加有效地進行教學(xué)設(shè)計和探究教學(xué)。

關(guān)鍵詞：高中物理；實驗探究；探究教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2009)5(S)-0070-3

探究性實驗是在假設(shè)的指引下獲取支持或推翻假設(shè)的科學(xué)實證過程；是以實驗為載體探究科學(xué)規(guī)律的過程；是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生運用已學(xué)知識與技能，把自己當(dāng)作新知識的探索者和發(fā)現(xiàn)者，通過實驗發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而提高探究能力和科學(xué)素養(yǎng)的過程。

高中物理新課標(biāo)指出，高中物理課程應(yīng)促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考。通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識和技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步具備一定的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

但是，目前在應(yīng)試教育的影響下，物理實驗的作用并沒有被充分發(fā)掘，存在教師示范而學(xué)生模仿、重結(jié)果而輕過程等現(xiàn)象。許多教師認(rèn)為“做實驗不如看實驗（錄像），看實驗（錄像）不如講實驗”,很少動手做實驗，有些根本不愿花時間從事實驗教學(xué)，實驗只被作為應(yīng)付考試的工具。學(xué)生實驗形成了“教師講、學(xué)生做、教師示范、學(xué)生模仿”的教學(xué)，學(xué)生成為被動的接受者，以至于學(xué)生很少提出問題。大多數(shù)學(xué)生重結(jié)果而輕過程，為了得到期望的結(jié)果，甚至修改實驗數(shù)據(jù)，這樣就很難具備實事求是的科學(xué)態(tài)度和學(xué)會解決問題的科學(xué)方法，也很難產(chǎn)生主動探究的欲望和熱情，學(xué)生的主體地位沒有受到應(yīng)有的重視，從而忽視了實驗對學(xué)生科學(xué)思維方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

本文以《影響加速度的因素》一課（粵教版）的教學(xué)為例，談?wù)勗O(shè)計探究教學(xué)、進行教學(xué)改革實驗的一點體會。

1 創(chuàng)設(shè)物理情景，對探究實驗進行猜想和假設(shè)

恰當(dāng)?shù)恼n堂引入有著承上啟下的作用，可以為新課和探究實驗做好鋪墊，使教師能更有效地開展教學(xué)。

新課引入：通過前面對伽利略的理想實驗和牛頓定律的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。

問：那么，物體的運動狀態(tài)改變是指哪個物理量改變呢？（速度發(fā)生了改變，包括大小改變和方向改變）

問：速度發(fā)生了改變又說明了什么呢？（產(chǎn)生了加速度 ）

由此我們知道，力是產(chǎn)生加速度的原因。因此，我們可以把“物體受到力的作用，運動狀態(tài)怎樣改變”這樣的抽象問題轉(zhuǎn)換成研究加速度與所受外力等物理量之間的關(guān)系。

問：那么，影響加速度的大小的因素是不是只有力的作用呢？我們探究物體受力與運動之間的規(guī)律的出發(fā)點是考慮加速度和哪些因素有關(guān)，請猜想。（學(xué)生討論交流后，得出結(jié)論：由日常生活的經(jīng)驗不難猜想，物體所獲得的加速度和物體的受力情況和物體的質(zhì)量有關(guān)）。

2 明確實驗探究目的，確立實驗設(shè)計方法

每個物理實驗都是圍繞實驗?zāi)康亩脑O(shè)計的，包含實驗方法的設(shè)計。許多實驗方法具有啟迪性和創(chuàng)造性，也有一定的規(guī)律。

問：要驗證我們的猜想，需要探究哪些物理量之間的關(guān)系？（加速度a與合外力F、物體質(zhì)量m三者關(guān)系）

問：a同時與F、m兩因素有關(guān)，可用什么方法來確定三者關(guān)系呢？（控制變量法）

3 設(shè)計實驗方案，展現(xiàn)實驗思想

實驗的實施方案是為了解決問題而設(shè)計的，我們不能采取簡單的“拿來主義”，照方抓藥、機械操作，而應(yīng)該通過創(chuàng)設(shè)問題情境，有意識地營造一種探索的氛圍，盡量展現(xiàn)實驗的設(shè)計過程，以此來滲透物理實驗思想，啟迪學(xué)生思考。

在提供實驗器材后，可以先提出以下幾個問題，引導(dǎo)學(xué)生自由選出所需器材，并設(shè)計實驗。包括實驗?zāi)康?、實驗器材、實驗步驟的設(shè)計。

討論與交流：

①如何測量加速度？有什么方法？

②如何確定物體所受的合外力？

③怎樣改變物體質(zhì)量而保持合外力不變？

④怎樣改變物體的合外力而保持物體的質(zhì)量不變？

⑤加速度與合外力都是矢量，在記錄時還應(yīng)該記錄其方向。如何記錄？

⑥實驗都有誤差存在，如何減小誤差？

4 拓展實驗內(nèi)容

物理規(guī)律的表現(xiàn)形式是多層次、多側(cè)面的，各種物理現(xiàn)象也是豐富的、立體的，但教材提供

的實驗方案卻往往著眼于單層次、單側(cè)面的實驗內(nèi)容，因而有著一定的局限性或單調(diào)性。為此，有必要對原有的實驗內(nèi)容和方案進行適當(dāng)?shù)耐卣购脱a充，積極創(chuàng)設(shè)問題情境，盡量讓學(xué)生能多層次、全方位地認(rèn)識物理規(guī)律。

我們給學(xué)生如下的實驗器材：附有刻度尺的帶滑輪的長木板、木塊、小車、細(xì)繩、秒表、打點計時器、電源、天平、鉤碼、彈簧秤、牛頓第二定律演示儀、刻度尺等。不限制學(xué)生的思維活動，讓他們自由選出所需的器材，自己考慮如何使用所給器材進行實驗，并設(shè)計實驗方案等。

在學(xué)生討論、提出方案的過程中，老師根據(jù)上述提出的問題進一步啟發(fā)與點撥。

方案一：

實驗器材：帶刻度尺的長木板、小車、秒表。

討論與交流：

①利用a=2s/t²間接測量加速度。問：操作時需要注意滿足什么條件？（從斜面上由靜止開始釋放）

②分析小車所受合外力：F=mgsinθ-f。（f可以忽略）

③通過增減砝碼改變小車的質(zhì)量，F(xiàn)也將發(fā)生改變，要調(diào)整斜面θ讓F保持不變。問：怎樣簡單而準(zhǔn)確地進行調(diào)整呢？（利用彈簧秤直接讀出）

④保持小車的質(zhì)量不變，改變斜面θ而改變物體的合外力。

⑤加速度與合外力都是矢量，在記錄時還應(yīng)該記錄其方向。（小車在斜面上做勻加速直線運動）

⑥實驗誤差主要存在于摩擦力f上，用小車（滾動摩擦）而不用木塊（滑動摩擦），還要注意時間測量的精確度。

本方案也可用打點計時器測時間和位移。

方案二：

實驗器材：帶刻度尺和滑輪的長木板、小車、打點計時器、紙帶、細(xì)繩、鉤碼。

實驗裝置如圖1所示。

討論與交流：

①利用打點計時器測量時間和位移，計算加速度。

②小車所受合外力近似為：F=mg（m是細(xì)繩所吊鉤碼的質(zhì)量）。

③保持細(xì)繩所吊鉤碼的質(zhì)量m不變，通過增減砝碼改變小車的質(zhì)量M。

④保持小車的質(zhì)量M不變，改變細(xì)繩所吊鉤碼的質(zhì)量m。

⑤同方案一中⑤。

⑥減小誤差的方法：

a)為了克服小車所受摩擦力的影響，臺面可稍微傾斜，使小車的重力沿斜面的分力與摩擦力平衡。

b)繩子的拉力更接近于所吊鉤碼的重力，應(yīng)使鉤碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M，且加速度不能太大。

方案三：

實驗器材：牛頓第二定律演示儀。

實驗裝置如圖2所示。

討論與交流：

①利用演示儀的同時性，只需比較兩小車的位移即可比較加速度的大小。

②③④⑤同方案二。

⑥減小誤差的方法：調(diào)整軌道，平衡摩擦力，使小車近似做勻速運動。

這樣，在追求既定目標(biāo)的過程中，允許學(xué)生設(shè)計不同的實驗方案，使學(xué)生有全局的觀點，加深理解實驗原理和相關(guān)知識，能掌握多種實驗方法，同時學(xué)會處理一些實驗問題，懂得取舍，在不同情況下善于分析，使學(xué)生 “方法和知識”的遷移能力得到提高，使學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng)。

5 優(yōu)選實驗方案，分析實驗現(xiàn)象

讓學(xué)生在不同的實驗方案中優(yōu)選并進行優(yōu)化實驗過程，大致意見采用方案三，然后進行演示實驗。演示實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力的最重要途徑之一。教師做演示實驗時，除交代實驗器材、實驗?zāi)康耐?，更重要的是提出觀察的重點，使簡單的實驗“觀看”過程變?yōu)閷嶒灐坝^察”過程，以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。為使學(xué)生養(yǎng)成細(xì)致觀察的習(xí)慣，培養(yǎng)他們的觀察能力，教師應(yīng)該在沒有提出思考問題時讓學(xué)生自由觀察，待觀察一段時間后，教師再讓學(xué)生回答以上問題。當(dāng)然，有部分觀察細(xì)致的學(xué)生可能馬上能回答，但肯定有部分學(xué)生由于觀察方法不當(dāng)，或觀察缺乏針對性，無法當(dāng)即得出結(jié)論。這時，教師可指導(dǎo)學(xué)生重新觀察，這樣做可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，使其掌握正確的觀察方法。

演示實驗完畢后，要以實驗現(xiàn)象為依據(jù)，創(chuàng)設(shè)問題情境，啟發(fā)學(xué)生運用邏輯推理及歸納法對現(xiàn)象進行分析、綜合、抽象和概括，透過物理現(xiàn)象尋找物理本質(zhì)，幫助學(xué)生形成正確的物理概念或發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。

方案三：

①兩小車質(zhì)量相同，合外力相同，同時釋放，同時制動。

實驗現(xiàn)象：_______________。

實驗結(jié)論：_______________。

②保持質(zhì)量不變，改變物體所受的合外力，研究a與合外力的關(guān)系，同時釋放，同時制動。

實驗現(xiàn)象：_______________。

實驗結(jié)論：_______________。

③保持合外力不變，改變物體的質(zhì)量，研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系，同時釋放，同時制動。

實驗現(xiàn)象：_______________。

實驗結(jié)論：_______________。

學(xué)生得到結(jié)論：

物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時，物體的質(zhì)量越大，加速度越小。

6 擴展實驗成果

實驗完成之后，不但要引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行分析、總結(jié)，并且要對實驗進行恰當(dāng)?shù)耐卣梗M可能擴展實驗的成果，通過創(chuàng)設(shè)問題情境來借題發(fā)揮，從不同角度，用不同方法進行變式，克服思維定勢，促進知識的遷移和運用。

討論和拓展：

a)實驗結(jié)果中是否一定要強調(diào)合外力？請說明理由。

b)實驗中哪些物理量對探究結(jié)果有影響？

c)所有物體的重力加速度都是g，是否說明加速度與質(zhì)量無關(guān)，是否矛盾？

d)戰(zhàn)斗機追趕敵人的時候必須丟掉副油箱，為什么？

e)F與a是否正比，M與a是否反比？

這些新的問題再次激發(fā)了學(xué)生的熱情，深化了學(xué)生對物理知識的理解，優(yōu)化了學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也有一定作用。

由此可見，本節(jié)課不重在結(jié)果，而在于科學(xué)探究的思想和過程。學(xué)生們的積極討論、奇思妙想，無不閃爍著創(chuàng)新的火花，這樣的學(xué)習(xí)過程是人類了解自然規(guī)律的一般思維過程，對學(xué)生來說，是一次探究性實驗的成功體驗。

(欄目編輯張正嚴(yán))