物理實驗教學中學生探究能力的培養(yǎng)

朱宗奎

物理學是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的科學，實驗是物理教學的基礎(chǔ).探究性學習作為與接受性學習相對應(yīng)的一種學習方式，是進行創(chuàng)新教育的載體，是學習科學的核心方法.探究教學實質(zhì)是將科學領(lǐng)域的探究模式引入課堂，使學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學探究的本質(zhì)，并培養(yǎng)科學探究能力的一種特殊的教學方法.利用物理實驗開展探究教學有助于學生加深對知識的理解，有利于提高學生探索問題和解決問題的能力，發(fā)展學生的創(chuàng)造能力.

一、發(fā)掘演示實驗的有效因素，培養(yǎng)質(zhì)疑能力

質(zhì)疑是經(jīng)過較充分分析后提出的問題.質(zhì)疑是思維的開始，也是有所發(fā)現(xiàn)的前提.在具有創(chuàng)見性的質(zhì)疑的過程中，學生提出的問題有一定的深度和廣度，往往擊中關(guān)鍵，具有“揭示規(guī)律”、“獨創(chuàng)”、“發(fā)現(xiàn)”之特征.質(zhì)疑能力和其他能力一樣，可通過學習、培養(yǎng)和訓練不斷提高的.實驗是物理學的基礎(chǔ)，物理實驗探究教學是發(fā)展學生質(zhì)疑能力的有效途徑.教學“物體內(nèi)能的變化、熱和功”時有個演示實驗：壓縮厚玻璃筒中的空氣，使空氣內(nèi)能增加，溫度升高，從而使筒內(nèi)易燃物著火.實驗中明亮的火花給學生以深刻的印象，然而實驗過后，不少學生提出:實驗的研究對象是什么？如何判斷它是否變化？實驗的目的是什么？如果改變教材一舉成功的做法，而是實驗時在厚玻璃筒內(nèi)先不放易燃物，壓縮筒內(nèi)的空氣，要求學生仔細觀察筒內(nèi)空氣的內(nèi)能有無增加.學生感到困惑:空氣內(nèi)能增加與否怎能看得見？此時自然引出一個實驗設(shè)計的問題情境;如何判斷筒內(nèi)空氣內(nèi)能是否變化？順著這個思路組織實驗教學，由于實驗是學生主動參與設(shè)計的，設(shè)計目的明確，實驗后學生無論對實驗所揭示的結(jié)論還是實驗的設(shè)計思想均留下深刻認識和理解，甚至終身難忘.可見，沒有質(zhì)疑，就沒有新問題的提出，探究也就沒有開始的根據(jù).

二、運用物理實驗圖景，培養(yǎng)猜想能力

原子物理部分知識，涉及到較多“科學猜想”，我們要充分發(fā)掘科學猜想這一因素進行教學.如“原子核的人工轉(zhuǎn)變” 粒子轟擊氮核的教學中， 粒子轟擊氮核產(chǎn)生的新粒子是質(zhì)子.教學中不是馬上給出結(jié)論，而是根據(jù)實驗圖景，首先提出兩種設(shè)想方案:一是質(zhì)子是 粒子直接從氮核中打出的；二是 粒子被氮核俘獲后形成一個新核，又分裂出質(zhì)子來.介紹這兩種方案，然后要求每位學生作出自己的猜想，判斷哪一種設(shè)想正確.由于現(xiàn)教材沒有介紹這個問題，大部分同學都按習慣的思路猜想，質(zhì)子是從氮核中打出來的，對此，再介紹布拉凱特從云室拍攝的照片，強調(diào)照片中看到的是 粒子撞擊氮核的過程中得到三條徑跡的事實，然后進一步鼓勵學生論證自己的猜想的正確性.

三、分析學生實驗中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，培養(yǎng)分析和解決問題的能力

對學生實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象的捕捉和分析的處理是培養(yǎng)學生的獨立性和創(chuàng)造性的有效途徑.例如“用單擺測定重力加速度”的實驗中，學生自以為測量L和T都較準確，但實驗測出的g偏大.針對這一實驗問題，教師檢查學生測L和T的方法及數(shù)據(jù)確定正確無誤，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在沒有保證單擺在一豎直平面內(nèi)振動，而是形成了一個圓錐擺.教師可指導學生推出圓錐擺的周期公式為T=2πl(wèi)cosθg(l為擺長， θ為偏角)，它小于同樣擺長的單擺周期，用它代入單擺周期公式求g=4π2lT2，g值偏大，這樣即解釋了實驗誤差來源，又得出了圓錐擺的周期公式.又如用斜面法驗證“機械能守恒定律”的實驗中，學生設(shè)計用小車拖動紙帶在斜面上由靜止滑下的實驗，發(fā)現(xiàn)在各個對應(yīng)的位置時12v2與glsinθ(l為斜面長，θ為傾角)相差較大.接著指導學生根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)，用a=v22l與glsinθ進行比較，測出摩擦阻力，繼而計算出阻力的功fL，發(fā)現(xiàn)在誤差允許的范圍內(nèi)，阻力的功fL正是mgsinθ與12mv2的差值.這樣不但加深了對定律的理解，而且從猜想、分析到利用實驗驗證，已經(jīng)很接近科學家研究物理問題時“提出假設(shè)并驗證假設(shè)”的科學方法，培養(yǎng)了學生分析和解決問題的能力.

四、利用設(shè)計性實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力

所謂設(shè)計性實驗，要求學生自己設(shè)計實驗方案的實驗.這涉及到實驗方案的確定、步驟的安排、表格的設(shè)計和誤差的分析等，具體地:(1)教師指明實驗?zāi)康?從弄清實驗原理、方案設(shè)計到器材選擇、裝備操作、收集及處理信息和數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等都是由學生自主完成，教師適當指導.(2)組織學生討論各人(組)的設(shè)計方案，選出數(shù)組認為可行的方案分別實驗，并從中找出最佳方案.(3)實驗后再組織學生討論各方案的成功或失敗原因、誤差來源及如何減少誤差等.如要求學生設(shè)計測重力加速度g的實驗，顯然這是一個靈活性較強的開放性問題，它可以引起學生從不同的角度思考，得出不同的實驗方案.(1)利用重力和質(zhì)量的關(guān)系G=mg測g；(2)用落球法測g：讓小球自由下落，測出球下落的高度h和時間t，由g=2ht2得g；(3)用紙帶法測g：利用“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置及重物自由下落中打出的紙帶測g;(4)利用單擺測g；(5)用物體在光滑的斜面上從靜止開始下滑的運動,由s=12gt2sinθ得g（s、t、θ分別是物體運動的位移、時間和斜面的傾角)；(6)利用跨過定滑輪懸掛的兩物體的運動,由h=12M-mM+mgt2得g.在實驗前，學生還要把實驗方案具體化，學生還要面臨很多問題要解決.實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組測出的g值相差較大，這時引導學生對每個方案以及實驗過程進行分析，找出原因，通過比較得出較理想的方案.通過這些自由度大、自主能力強的實驗，學生能學到許多知識，又能培養(yǎng)學生的觀察力、動手能力和思維能力，更以其趣味性和探索性在培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神方面發(fā)揮其獨特的功能和作用.學生在實驗過程中有時不可能一步到位，需要反復(fù)修正，這些過程本身能從多方面鍛煉學生的實驗?zāi)芰?，使他們的發(fā)散思維得到充分發(fā)展.

總之，為適應(yīng)時代和學生發(fā)展的需要，每位物理教師應(yīng)當努力提高自身素質(zhì)，轉(zhuǎn)變教育教學觀念，改進教學方法，營造良好的育人環(huán)境，培養(yǎng)出富有科學精神和實踐能力的開拓型人才