如何做好物理探究性實(shí)驗(yàn)

丁燦明

摘要：本文從實(shí)驗(yàn)的類型、師生角色、實(shí)驗(yàn)具體操作及實(shí)驗(yàn)的研究方法等方面，闡述如何通過物理探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，來激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、科學(xué)探究能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，真正發(fā)揮探究性實(shí)驗(yàn)的作用。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；科學(xué)探究能力；自主探究能力；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2016）05-0228-02

探究性實(shí)驗(yàn)，是指實(shí)驗(yàn)者在不知曉實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，通過自己的實(shí)驗(yàn)、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種研究方法和認(rèn)知活動(dòng)。[1]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確要求學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，[2]因此，物理教師在教學(xué)過程中應(yīng)非常重視物理探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

1.巧用資源，實(shí)地探究，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

物理學(xué)作為一門自然科學(xué)，與我們的生活密切相關(guān)，往往身邊的東西就可以作為我們實(shí)驗(yàn)探究的器材。物理教師要善于利用身邊的器材資源，變演示實(shí)驗(yàn)為探究實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供更多的發(fā)展空間，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本流程是教師演示實(shí)驗(yàn)過程，展示物理現(xiàn)象，呈現(xiàn)物理規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行思考、分析，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。演示實(shí)驗(yàn)一般不需要每個(gè)學(xué)生都動(dòng)手實(shí)踐，如果能將演示實(shí)驗(yàn)變成探究性實(shí)驗(yàn)，就可以給每個(gè)學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更能培養(yǎng)他們的動(dòng)手實(shí)踐能力。比如，在演示液體的表面張力的實(shí)驗(yàn)前，我讓學(xué)生在課前分組自己動(dòng)手去做實(shí)驗(yàn)，任務(wù)有兩個(gè)：第一個(gè)，收集生活中有哪些現(xiàn)象體現(xiàn)或利用了液體的表面張力并盡可能動(dòng)手實(shí)踐；第二個(gè)，簡單探究液體的表面張力大小與哪些因素有關(guān)。對于第一個(gè)任務(wù)學(xué)生可以很輕松地完成，但對于第二個(gè)任務(wù)就沒那么容易完成了。因?yàn)榻滩睦锝榻B了漂浮在水面上的硬幣、肥皂膜收縮使棉線圈張緊為圓形等，因此，我提示學(xué)生可以從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)入手，先猜想液體的表面張力可能與哪些因素有關(guān)，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后動(dòng)手，得出結(jié)論，最后查資料，找出自己的不足之處。結(jié)果，大多數(shù)學(xué)生很容易就發(fā)現(xiàn)液體的表面張力大小與液體的濃度及液體的種類有關(guān)，但有的學(xué)生認(rèn)為液體濃度越高，表面張力越大，有的學(xué)生認(rèn)為并非如此。最后查資料發(fā)現(xiàn)，液體表面張力只在濃度約為1.5%時(shí)最大，并非越濃表面張力越大；另外，液體表面張力也會(huì)隨溫度的升高而減小。這雖然只是一個(gè)很小、很簡單的實(shí)驗(yàn)，但對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣卻起到了不可估量的作用。

2.改變角色，自主探究，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

著名教育家蘇霍姆林斯基指出："在人的心靈深處都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。"我們的學(xué)生當(dāng)然也毫不另外地想要成為課堂的主人。

實(shí)驗(yàn)探究過程中更要改變教師的角色，不再以教師為主體，而是以學(xué)生為主體，把物理實(shí)驗(yàn)探究、學(xué)習(xí)的自主權(quán)利和方法交給學(xué)生，讓學(xué)生變"客人"為"主人"，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中再也不能只是吩咐、指揮、命令。動(dòng)輒就講"必須什么什么"、"應(yīng)該什么什么"、"第一步怎樣、第二步怎樣……等等"。教師應(yīng)該成為學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)探究的引路人和協(xié)助者，可以將整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的過程完全交給學(xué)生。

例如：在"測定金屬絲的電阻率"實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，本人是這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的：

課前，先讓學(xué)生每四人一組自由組合，自主預(yù)習(xí)；預(yù)習(xí)過程中要求明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)原理（包括電路圖的設(shè)計(jì)，安培表該用內(nèi)接法還是外接法，滑動(dòng)變阻器該用限流式還是分壓式），用到哪些器材及器材的正確使用（特別是螺旋測微計(jì)的使用及如何正確讀數(shù)），明確實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟及注意事項(xiàng)，并且設(shè)計(jì)并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課堂上，學(xué)生按事先的分工進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主探究，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并對每組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評價(jià)，評選出優(yōu)秀者若干。課后，每組經(jīng)過討論寫一篇實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)，并在全班交流。在整個(gè)探究過程中，學(xué)生都非常積極，特別是平時(shí)物理成績很不好的同學(xué)，都爭相要表現(xiàn)自己，對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、合作精神及動(dòng)手能力都非常有好處。那么，教師在整個(gè)教學(xué)過程中需要起到哪些作用呢？首先，在課前的學(xué)生預(yù)習(xí)階段，對于學(xué)生的疑問（如電路圖的設(shè)計(jì)，安培表該用內(nèi)接法還是外接法，滑動(dòng)變阻器該用限流式還是分壓式，螺旋測微計(jì)的使用及如何正確讀數(shù)等）可以做出適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，以免學(xué)生按照錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)去操作實(shí)驗(yàn)。其次，在課堂上的學(xué)生實(shí)驗(yàn)階段，教師應(yīng)仔細(xì)觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的一舉一動(dòng)，對于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生的錯(cuò)誤及時(shí)予以正確引導(dǎo)與糾正；在實(shí)驗(yàn)分析階段，對于學(xué)生填寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要予以檢查，看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄及得出的結(jié)論是否合理。最后，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要及時(shí)做出評價(jià)。對于表現(xiàn)優(yōu)秀的同學(xué)要及時(shí)予以表揚(yáng)，特別是對于那些平時(shí)成績及表現(xiàn)不好的同學(xué)，如果實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)好，要重點(diǎn)予以表揚(yáng)，激發(fā)他學(xué)習(xí)物理的興趣，在今后的學(xué)習(xí)中，他很有可能會(huì)給你意外的驚喜。在這個(gè)探究的過程中，教師充當(dāng)?shù)闹饕且龑?dǎo)者的作用，把物理實(shí)驗(yàn)探究、學(xué)習(xí)的自主權(quán)利和方法交給學(xué)生，讓學(xué)生能夠充分地展示自己，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及實(shí)驗(yàn)探究能力。

3.放飛思想，多樣探究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力

每個(gè)學(xué)生的成長環(huán)境、思維方式都是不完全相同的，多樣化的開放式教學(xué)法不拘泥于單一的思維模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力，本人認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面入手：

首先，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材選擇的多樣化。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，為學(xué)生準(zhǔn)備可供選擇的器材應(yīng)注意多樣化，引導(dǎo)學(xué)生采用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。比如，在?探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系"實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以采用如下圖所示四種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

在這些不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，采用的實(shí)驗(yàn)器材也有所不同，但殊途同歸，都能達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。而真正受益的是學(xué)生，他們在經(jīng)歷了不同的實(shí)驗(yàn)探究之后，不但掌握了知識(shí)，開闊了思維，更重要的是探究能力、創(chuàng)新能力更強(qiáng)了。

其次，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的多樣化。

在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，有時(shí)同樣的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，卻可以得到多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比如，在"測定金屬的電阻率"的實(shí)驗(yàn)中，除了可以測定某電壓下（即某溫度下）某金屬的電阻率，還可以研究金屬的電阻率與溫度的變化的關(guān)系。只要引導(dǎo)學(xué)生在不改變金屬絲的情況下，記下幾組不同的電壓與對應(yīng)的電流值，列表畫出U-I圖線，就可以看出金屬的電阻率會(huì)隨溫度（電壓）的升高而增大。如果課堂時(shí)間有限，也可以引導(dǎo)不同組的學(xué)生采用完全相同的電阻絲，但測定不同溫度（電壓）下的電阻率，讓學(xué)生對比分析，同樣可以探究金屬的電阻率會(huì)隨溫度（電壓）的升高而增大的關(guān)系。這樣，既節(jié)省了課堂時(shí)間、拓展了實(shí)驗(yàn)，又提高了課堂效率，達(dá)到了事半功倍的效果。

再次，實(shí)現(xiàn)研究方法的多樣化。

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力及科學(xué)素養(yǎng)，為社會(huì)的發(fā)展培養(yǎng)高科技后備人才。在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中采用多種研究方法是必不可少的。只有通過不同科學(xué)研究方法的應(yīng)用，才能讓學(xué)生在實(shí)踐中體會(huì)科學(xué)研究的快樂，掌握科學(xué)研究的一般方法及流程，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)研究方法的意識(shí)和能力。在平時(shí)的教學(xué)中，作為一名物理教師要充分利用實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，讓學(xué)生通過科學(xué)探究的過程，潛移默化地形成科學(xué)的思維模式，這對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)具有重要意義。中學(xué)物理研究的方法有很多，運(yùn)用最多的是以下幾種：控制變量法、理想化法、類比法、 轉(zhuǎn)換法、歸納法、圖像法、等效替代法。在一次探究實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，通常要同時(shí)采用多種研究方法。例如，在"驗(yàn)證牛頓第二定律"的實(shí)驗(yàn)中，就要用到控制變量法、圖像法、理想化法和轉(zhuǎn)換法；對于以上這些研究方法，應(yīng)該在教學(xué)過程中對學(xué)生有意識(shí)地進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練，讓他們將科學(xué)探究形成一種習(xí)慣，受益終生。

總之，作為一名物理教師，應(yīng)當(dāng)高度重視物理探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，充分利用每一次實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)，通過探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、自主探究能力和創(chuàng)新能力；傳授給學(xué)生科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；以物理探究性實(shí)驗(yàn)為基石，鋪就學(xué)生能力成長的大道，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大均.教育心理學(xué)，北京：人民教育出版社，2003，123

[2]張大昌.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)， 人民教育出版社，2003， 1-12