物理教學(xué)中深度培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力

摘 要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出，在義務(wù)教育階段，物理教學(xué)不僅要注意學(xué)科知識(shí)的傳授，更應(yīng)該注重科學(xué)探究能力、科學(xué)精神的培養(yǎng).因此，教師在物理教學(xué)過(guò)程中，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)，要深度挖掘教材內(nèi)容，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行深度的探究，使知識(shí)內(nèi)化，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：深度；能力；科學(xué)探究

作者簡(jiǎn)介：修金文（1983-），男，福建長(zhǎng)汀人，大學(xué)本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：物理課堂教學(xué).

在物理教學(xué)過(guò)程中，教師除了講解教材涉及的理論知識(shí)，更重要的是營(yíng)造寬松的教學(xué)環(huán)境，深度的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力.要達(dá)到這個(gè)目的，對(duì)教師提出了更高的要求：必須要精心設(shè)計(jì)科學(xué)問(wèn)題、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)正確的進(jìn)行猜想、簡(jiǎn)單的故障排除、收集處理數(shù)據(jù)、對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，以及實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和課外拓展.

1 案例一：電阻的教學(xué)

教材中引入電阻的概念是用水在水管中的流動(dòng)會(huì)受到阻礙，類比得到，導(dǎo)體存在電阻.筆者認(rèn)為，這樣引入新課過(guò)于抽象，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.筆者是這樣處理的：讓同學(xué)們利用電子百拼，按照使用說(shuō)明，先連接一個(gè)報(bào)警電路（如圖1）.當(dāng)學(xué)生連接成功后，閉合開(kāi)并，電路發(fā)出報(bào)警聲，小燈泡同時(shí)發(fā)光，這時(shí)學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)受到強(qiáng)大的沖擊，好奇心一下子被吸引，接著讓學(xué)生把其中一根導(dǎo)線換成鐵線，重新閉合開(kāi)關(guān)，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)警聲減弱、燈泡也隨之變暗.這樣讓學(xué)生很自然的知道是該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是導(dǎo)體存在電阻.

在猜想與假設(shè)階段，可以讓學(xué)生先通過(guò)教師展示的三幅圖片（1）汽車在高速公路和泥濘小路上的行使情況.（2）汽車在單行道和多行道上的行駛情況.（3）選擇不同路徑從教室步行到學(xué)校圖書(shū)館的時(shí)間.再讓學(xué)生思考電阻大小的影響因素.這樣學(xué)生的猜想不會(huì)盲目，變得很有方向性.最后，拓展階段，讓學(xué)生探究溫度對(duì)導(dǎo)體電阻的影響，可以利用熱敏電阻連接電路（如圖2所示）.把熱敏電阻放入熱水中，這時(shí)電流表的示數(shù)變化非常明顯，學(xué)生對(duì)溫度會(huì)對(duì)電阻產(chǎn)生影響有一個(gè)非常深刻的認(rèn)識(shí).

2 案例二：伏安法測(cè)電阻的教學(xué)

學(xué)生通過(guò)自己課前預(yù)習(xí)了解了測(cè)量電阻大小的實(shí)驗(yàn)原理，并且制定了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃.在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，各實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電路連接故障.這是非常好的教學(xué)素材，因?yàn)檫@些故障源于學(xué)生自己的親身體驗(yàn)，印象會(huì)非常深刻.師生可以一起利用所學(xué)知識(shí)分析故障產(chǎn)生的原因，并排除故障.排除故障的過(guò)程可以讓學(xué)生體驗(yàn)獲得成功的喜悅，增加學(xué)生的探索欲望.

在排除故障后學(xué)生測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2：

數(shù)據(jù)處理：

方法一：多次測(cè)量取平均值

（1）用歐姆定律變形公式R=UI，分別計(jì)算出R1、R2、R3、R4

（2）取平均值R=R1+R2+R3+R44=3.85+3.82+3.83+3.864≈3.84Ω

方法二：利用excel來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（以office2007為例）

（1）將所測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入excel表.

（2）選中數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊插入——折線圖——XY（散點(diǎn)圖）——帶直線和數(shù)據(jù)標(biāo)點(diǎn)的散點(diǎn)圖，這樣就會(huì)生成如圖3所示的圖形.

（3）求出圖像的斜率，斜率的大小等于待測(cè)電阻的阻值.

誤差分析：

如圖4所示，Rx=UI2=UI-I1，由于電壓表的分流作用，所以測(cè)得的阻值偏大.

方法一：替代測(cè)量法

（1）如圖5所示，根據(jù)電路圖連接電路，關(guān)閉開(kāi)關(guān)前滑變阻器滑動(dòng)到最大電阻值.其中S為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，Rx為待測(cè)電阻，R1為電阻箱，R2為滑動(dòng)變阻.

（2）開(kāi)關(guān)切換到a，調(diào)整滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表的指針指向刻度盤中心，并記錄電流表的數(shù)值.

（3）開(kāi)關(guān)切換到b，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使電流表的示數(shù)等于剛才記錄的數(shù)值.

（4）記錄此時(shí)電阻箱R1的阻值，則待測(cè)電阻的阻值Rx=R1

方法二：比較法

（1）如圖6所示，按電路圖連接電路，其中R1、R2、R3是電阻箱，Rx是待測(cè)電阻，是靈敏電流計(jì).

（2）閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使靈敏電流計(jì)的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即Ig=0.

（3）記錄R1、R2、R3的阻值大小.此時(shí)，UAB=UAC，UBD=UCD，I1=Ix，I2=I3

由歐姆定律得：I1R1=I2R2，IxRx=I3R3

兩式相除得R1Rx=R2R3

整理后得Rx=R1R3R2

方法三：多用表測(cè)電阻

當(dāng)然，還有其它方法可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，如補(bǔ)償法、雙臂電橋法等，可讓同學(xué)們?cè)谡n后查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)和操作方法，使自己的實(shí)驗(yàn)探究能力得到進(jìn)一步的升華.

知識(shí)拓展：將本次實(shí)驗(yàn)中阻值約為4Ω的電阻改為“2.5V 0.2A”的小燈泡.逐漸移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，增大滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值，進(jìn)而改變小燈泡兩端的電壓和流經(jīng)小燈泡的電流.請(qǐng)同學(xué)們?cè)贉y(cè)幾組數(shù)據(jù)，利用公式R=UI計(jì)算出相應(yīng)的電阻.然后同學(xué)們思考：（1）為什么小燈泡的電阻會(huì)隨小燈泡電兩端電壓的減小，亮度的減弱而減小.（2）當(dāng)小燈泡兩端的電壓為0時(shí)，小燈泡是否還存在電阻.

3 案例三：家庭用電

課題的引入部分筆者采用的是學(xué)生自己拍攝的安全用電的視頻——人觸電后該怎么辦？主要內(nèi)容講的是同學(xué)們下課期間在班級(jí)玩耍，發(fā)面墻角插座接線裸露，由于好奇心驅(qū)使，該同學(xué)直接用手去碰觸電線，導(dǎo)致觸電倒地.同學(xué)發(fā)現(xiàn)有人觸電后，由于沒(méi)有安全意識(shí)，徒手去施救，導(dǎo)致二次觸電的故事.因?yàn)檫@是本班同學(xué)自己拍攝的視頻，所以一下就引起同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，很接地氣的引入的家庭用電的知識(shí).學(xué)生也有了探究欲望，急切的想了解家庭用電中如何做到安全用電，教師在教學(xué)中真正做到從生活走向物理.在學(xué)習(xí)家庭電路的組成時(shí)，保險(xiǎn)絲的作用要讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，因?yàn)?，在日常生活，電路跳閘是經(jīng)常發(fā)生的事情.在探究過(guò)程中學(xué)生發(fā)現(xiàn)，當(dāng)逐漸加大電流強(qiáng)度，保險(xiǎn)絲作用演示儀上的導(dǎo)線絕緣層冒出黑煙，并發(fā)出刺鼻的氣味，保險(xiǎn)絲隨之熔斷，保護(hù)了電路.這個(gè)實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，對(duì)于保險(xiǎn)絲熔斷的原因，學(xué)生的印象也非常深刻.教師再進(jìn)一步拓展得到現(xiàn)在家庭電路中，空氣開(kāi)關(guān)的作用.

總之，教師在教學(xué)活動(dòng)中，要營(yíng)造寬松的教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生在科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)深入體驗(yàn)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).只有這樣，學(xué)生才能全面、系統(tǒng)地理解和應(yīng)用自己所學(xué)的知識(shí).在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，遇到問(wèn)題不會(huì)束手無(wú)措，能獨(dú)立自主的找到解決問(wèn)題辦法，這才是教育的最終目的所在.

參考文獻(xiàn)：

[1]吳桂璽.物理實(shí)驗(yàn)[M].電子科技大學(xué)出版社，2006.

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