優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)探究能力

楊豪

摘要：實(shí)驗(yàn)不僅是一種操作性的實(shí)踐活動(dòng)，更是一種探究性的實(shí)踐活動(dòng)。所以，教師必須優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)分組實(shí)驗(yàn)、變演示實(shí)驗(yàn)為探索性實(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)和開展課外活動(dòng)等，以激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，增強(qiáng)學(xué)生的探索能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究。真正讓學(xué)生自己動(dòng)手“學(xué)物理、做物理”。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；優(yōu)化；探究興趣；探究能力

貫徹新課理念，就是讓學(xué)生處于主體地位，教師可以是參與者、組織者、指導(dǎo)者和評(píng)價(jià)者。而物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種再發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)情境，需要學(xué)生用腦子去思考，用身體去感受，用心去體驗(yàn)，能使學(xué)生的身心與探究過程充分交融，因而有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)生成過程的再發(fā)現(xiàn)。為此，筆者以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化，盡可能將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)改為探究實(shí)驗(yàn)，力求讓學(xué)生自己動(dòng)手“學(xué)物理、做物理”。

一、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，激發(fā)學(xué)生的探究興趣

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，也就是說物理的定義、定理、定律都建立在大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上。因此，教師是更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，想方設(shè)法激發(fā)學(xué)生的探究興趣。教師可在做好課本所規(guī)定的演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，適當(dāng)布置一些課外實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)儀器不應(yīng)局限于實(shí)驗(yàn)室所配備儀器，應(yīng)經(jīng)常選用身邊的物品并可自制儀器；實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所不應(yīng)局限于物理課堂，應(yīng)在任何場(chǎng)所隨時(shí)開展。

例如：學(xué)習(xí)了“光沿直線傳播”后，筆者讓學(xué)生根據(jù)用小孔成像現(xiàn)象，自制針孔照相機(jī)；學(xué)習(xí)了測(cè)力計(jì)的原理后， 筆者讓學(xué)生在家里用橡皮筋、幾個(gè)重力已知的棋子、硬紙板、盒蓋自制測(cè)力計(jì)；在學(xué)習(xí)了“光的色散”后，筆者增設(shè)了彩虹的形成這一課外實(shí)驗(yàn)；學(xué)習(xí)了“物體的浮沉條件”后，筆讓學(xué)生在家里做雞蛋在鹽水中的懸浮實(shí)驗(yàn)，或者用大試管、注射器做潛水艇浮沉的模擬實(shí)驗(yàn)，也可以用橡皮泥探究物體的浮沉條件……

設(shè)法利用身邊的材料來做實(shí)驗(yàn)，可以拉近實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)際生活的距離。實(shí)驗(yàn)材料如果選用學(xué)生所熟悉的、簡(jiǎn)單的、常見的，就能使學(xué)生產(chǎn)生親切感、新奇感和熟知感，容易使學(xué)生明白物理和生活的聯(lián)系。

二、優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是使教學(xué)直觀、形象化的重要手段，是啟發(fā)學(xué)生思維、建立物理概念的重要措施。課本上有些演示實(shí)驗(yàn)因?yàn)樽陨碓O(shè)計(jì)或?qū)嶋H教學(xué)條件的局限，效果不夠理想。改進(jìn)和優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生獲得相關(guān)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

例如，在“大氣壓的測(cè)定”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果按教材依葫蘆畫瓢，直接運(yùn)用托里拆利實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)論，雖然能測(cè)得大氣壓值，但這種生硬的灌輸式的教學(xué)，學(xué)生只知其然，不知其所以然。于是，筆者將其改進(jìn)，這樣效果就有很大區(qū)別：

（1）在裝滿水的瓶子上安一個(gè)帶玻璃管的塞子，為什么會(huì)吸不到水？

（2）將兩端開口的玻璃管插入水槽中，為什么管內(nèi)外的水面同樣高？

（3）讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定大氣壓的值。

（4）把玻璃管中安上活塞，排出管內(nèi)空氣，向上拉動(dòng)活塞，為什么水柱能上升？

（5）若玻璃管足夠長(zhǎng)時(shí)，水柱是否會(huì)一直隨著升高？

（6）在水柱不隨活塞上升而上升時(shí)，你能從中悟出什么？

（7）設(shè)想一下，怎樣使管內(nèi)水面以上部分達(dá)到真空狀態(tài)，從而精確地測(cè)出大氣壓的值？

（8）這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駬Q用酒精或其它液體來完成？選用哪種液體最合適？

按此“質(zhì)疑、實(shí)驗(yàn)、探索、解疑”的探索方式進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生像科學(xué)家一樣親自參與科學(xué)探究與發(fā)現(xiàn)，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

三、改進(jìn)分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是初中學(xué)生最感興趣的課，但絕大多數(shù)學(xué)生是按教材的安排程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照教師布置的步驟進(jìn)行操作，興趣只停留在表面上，湊“熱鬧”成分較多。有鑒于此，筆者把部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn)，并增加了一些探索實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以拓展學(xué)生的思路。在全班討論或小組討論中，由于學(xué)生思考問題的方式和角度不同，討論中可能出現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)方案，這些方案只要合理有效，教師就要及時(shí)肯定，并讓學(xué)生去做，不規(guī)定設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)和課本上的實(shí)驗(yàn)相同。

例如，探究斜面的機(jī)械效率時(shí)，筆者先讓學(xué)生自己探究得結(jié)論。而課本中已給出了探究的問題：“光滑程度一樣的斜面，當(dāng)它的傾斜程度不同時(shí)，斜面的機(jī)械效率是否相同？”所以，教師先讓每個(gè)同學(xué)把自己的猜想或假設(shè)寫在課本上，接著設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)考慮：需要測(cè)量哪些物理量，怎樣計(jì)算總功和有用功？然后讓學(xué)生設(shè)計(jì)相關(guān)表格。再把準(zhǔn)備好的器材拿到教室，四個(gè)同學(xué)為一組，分發(fā)給他們。開始實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生做得積極而認(rèn)真，做好后根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)計(jì)算。教師巡視并隨時(shí)指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)各組得出的結(jié)論不一樣，甚至有兩個(gè)截然不同的結(jié)論，有的得出了與斜面的傾斜程度有關(guān)，有的得出了與斜面的傾斜程度無關(guān)，他們也不知哪一個(gè)結(jié)論是正確的。最后大家討論交流，氣氛熱烈，這時(shí)筆者從中引導(dǎo)他們進(jìn)行評(píng)估，讓他們尋找可能出錯(cuò)的地方，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有沒有不合理的地方，數(shù)據(jù)有沒有讀錯(cuò)等等。通過討論，澄清不清晰的思維，明確具體操作中容易出錯(cuò)的地方以及如何避免等。

四、變演示實(shí)驗(yàn)為探索性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的探索能力

探索性實(shí)驗(yàn)作為物理實(shí)驗(yàn)的一種形式，它有別于測(cè)定性實(shí)驗(yàn)，又有別于一般的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。探索性實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生獲得物理實(shí)驗(yàn)研究方法的訓(xùn)練，讓學(xué)生接觸探索、發(fā)明、發(fā)現(xiàn)的過程和方法，在探索發(fā)現(xiàn)的過程中激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)造欲望，發(fā)展學(xué)生理性的、批判的思想方法。

例如，在九年級(jí)某復(fù)習(xí)課中，筆者先給出器材：課桌上放四根同一型號(hào)的試管、二根同一型號(hào)的條形磁鐵、兩支同一型號(hào)的彈簧秤。不給學(xué)生講解儀器的使用、實(shí)驗(yàn)步驟以及如何觀察實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。而是僅告訴學(xué)生利用桌面上的器材（可選用）用你所做的實(shí)驗(yàn)回答：（1）力的作用是否是相互的？（2）相互作用力存在什么樣的關(guān)系？讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，多角度多途徑地再現(xiàn)定律的形成過程。結(jié)果：有的學(xué)生將兩根磁棒握在手中，同名極相對(duì)或異名極相對(duì)；或?qū)筛虐舳挤旁谠嚬苌匣蛘咭桓旁谧烂嫔狭硪粯O放在兩試管上；……。最后，學(xué)生總結(jié)：彈簧秤對(duì)拉或手拉彈簧秤等多種實(shí)驗(yàn)得出了“力的作用是相互的”是一個(gè)普遍的規(guī)律。

可見，學(xué)生在自己“探索”物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過程中，既動(dòng)手又動(dòng)腦，加深了對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，增強(qiáng)了探索能力。

五、加強(qiáng)設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在一些特定的要求和條件下，自行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，靈活地運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能進(jìn)行創(chuàng)新思維和實(shí)踐活動(dòng)。在物理教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要學(xué)生靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能，并從不同角度、不同層次采用不同方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。為此，教師可以有意識(shí)地創(chuàng)造一種探索氛圍，比如提出“應(yīng)該進(jìn)行怎樣的設(shè)計(jì)”、“為什么要這么做”、“換一種方法能不能做”等問題并運(yùn)用多角度思考法、缺點(diǎn)列舉法、逆向思維法等方法，引導(dǎo)學(xué)生探索，對(duì)其不足加以改進(jìn)。

例如，在探究“通電螺線管磁場(chǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于有無鐵芯的影響，教師先將螺線管接入電路——接通電路時(shí)螺線管旁邊與軟鐵棒相連的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明通電螺線管周圍有磁場(chǎng)。此時(shí)教師設(shè)問：若將一鐵芯插入螺線管內(nèi)，指針偏轉(zhuǎn)角度會(huì)發(fā)生變化嗎？學(xué)生通過教師啟發(fā)大膽猜想，預(yù)示現(xiàn)象的發(fā)生，激起了學(xué)生的探究欲望，從而把學(xué)生的思維帶入到主動(dòng)探究之中。之后學(xué)生相互討論思考，然后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同學(xué)們?cè)谡J(rèn)真觀察現(xiàn)象，探究問題的結(jié)果：發(fā)現(xiàn)偏角變大，螺線管磁性增強(qiáng)。于是，在師生問題對(duì)話、實(shí)驗(yàn)中，引出“帶有鐵芯的螺線管”的課題。為什么插入鐵芯后螺線管磁性會(huì)增強(qiáng)？學(xué)生們又帶著探究欲望，向老師提出了反思的問題，教師因勢(shì)利導(dǎo)，組織學(xué)生相互討論，共同解答，充分體現(xiàn)了學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體。接著，在研究電磁鐵的磁性跟哪些因素有關(guān)時(shí)，教師又再次設(shè)問：如何用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想？怎樣具體設(shè)計(jì)方案？實(shí)驗(yàn)需要哪些器材？需要觀察哪些現(xiàn)象？教師以此來引導(dǎo)學(xué)生思考討論，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想，讓學(xué)生主動(dòng)參與研究實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

六、開展課外活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究

課外活動(dòng)是物理課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充，是學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的重要途徑。當(dāng)學(xué)生完成規(guī)定的學(xué)習(xí)任務(wù)后，教師更應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生自己選擇課題進(jìn)行探究，以滿足學(xué)生的個(gè)性發(fā)展需要。

例如，在課外活動(dòng)中，我校開放了實(shí)驗(yàn)室、圖書館、校園網(wǎng)等探究性場(chǎng)所，使學(xué)生能根據(jù)探究需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、資料收集和信息處理。初中物理課本中有的小實(shí)驗(yàn)，在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室利用自制儀器，自制潛水艇、針孔照相機(jī)、潛望鏡、完成了紙鍋燒水等小實(shí)驗(yàn)。

又如，在設(shè)計(jì)課外活動(dòng)時(shí)，筆者結(jié)合學(xué)生生活和本地實(shí)際，選取學(xué)生常見的事例，適當(dāng)布置課題讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究：“調(diào)查學(xué)校電能消耗的情況，并對(duì)節(jié)約用電提出合理化的建議”；“研究電冰箱內(nèi)外溫度差和所耗電能的關(guān)系”；“調(diào)查居住地的燃料使用情況，并對(duì)如何提高燃料的利用率提出合理化的建議”等等。學(xué)生根據(jù)課題進(jìn)行課外閱讀，網(wǎng)上查詢，收集資料，觀察記錄，利用身邊隨手可得的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過分析論證、評(píng)估、交流進(jìn)行較全面、系統(tǒng)的探究，提高學(xué)生探究能力，豐富學(xué)生課外生活。因此，在課外活動(dòng)中開展科學(xué)探究，是一種培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑。

總之，優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，不僅有利于新課程理念的貫徹落實(shí)，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、概括能力和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)探究精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使學(xué)生真正體驗(yàn)科學(xué)的奇妙和偉大，并不斷在探究中提高、發(fā)展和創(chuàng)新，成為適應(yīng)今后社會(huì)高速發(fā)展的開拓型人才。

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（作者單位：廣東省珠海市斗門區(qū)城東中學(xué)519100）