實驗探究對促進中學物理課堂教學的探索

魏萌

(北京市育英學校 北京 100036)

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理學中的絕大多數(shù)知識是人類在長期的實踐活動中由各種現(xiàn)象總結出來的，它們的發(fā)現(xiàn)遵循由現(xiàn)象到規(guī)律的認知發(fā)展過程.課堂上充分使用實驗探究教學模式可以回歸學習本質，有利于加深學生對知識的理解，有利于學生體會知識獲取過程中所采用的科學方法，有利于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造力，有利于提高學生探索問題和解決問題的能力.另一方面，學生在在實驗方案的討論設計過程中發(fā)展了創(chuàng)新思維；在實驗操作中練習了合理分工并養(yǎng)成團隊合作的良好習慣；在對實驗數(shù)據(jù)的處理和對實驗結果的評估中培養(yǎng)了信息處理能力和批判性思維能力.

然而在傳統(tǒng)的教學模式中，物理實驗一直處于從屬地位.由于課時和實驗條件的限制，在實際教學中物理實驗多以演示實驗的角色出現(xiàn)，有時干脆被視頻或動畫代替，學生真正動手操作的機會并不多.盡管目前中學物理課程標準已經(jīng)越來越強調實驗探究的重要性，實驗探究題在中考試卷中所占比重也在逐年增加，但是,在課堂教學中,由于教師總是擔心學生無法在有限時間內完成探究任務或不能得出需要的結論,實驗探究的結果過于發(fā)散等問題，使教材中為數(shù)不多的探究實驗在教學實施中也多被變?yōu)轵炞C性實驗，即先告知學生某一物理定律，再讓學生通過觀察實驗現(xiàn)象驗證該定律成立.同樣是學生實驗，驗證實驗與探究實驗卻有天壤之別.探究性實驗是由現(xiàn)象到規(guī)律的過程，符合中學生由感性認識到理性認識的學習規(guī)律，能夠充分激發(fā)學生的探索欲望和鉆研興趣.而驗證性實驗則是一個由規(guī)律到現(xiàn)象的過程，違反了學生的認知規(guī)律，限制了學生的思維空間，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和發(fā)散思維.

基于以上背景，筆者在改變課堂教學模式中進行了大量的嘗試和探索，力求最大限度地發(fā)揮實驗探究在中學物理教學中的作用.能交給學生進行探究的內容要盡量創(chuàng)造條件讓學生動手實驗，結合啟發(fā)式教學，引導學生通過觀察實驗現(xiàn)象自己提出問題并解決問題，既激發(fā)了學生的學習興趣，又鍛煉了學生的動手能力和觀察能力，更重要的是培養(yǎng)學生養(yǎng)成科學的思維習慣，將物理學科素養(yǎng)的提升落到實處.通過長期的教學實踐，筆者總結出實驗探究對于促進物理學習、提升學科素養(yǎng)主要有以下幾個方面的突出作用.

1 以小組探究實驗為主導

以小組探究實驗為主導的教學模式,可以充分激發(fā)并保持學生對物理學科的學習興趣.

十三四歲的學生，好奇心強且活潑好動，容易被直觀現(xiàn)象吸引，而不擅長抽象思維，對于枯燥的定理、公式的推導更是興趣索然.過多理論知識的學習會讓剛開始接觸物理的學生望而卻步，單一的講授為主的教學模式不利于保持學生的學習興趣.實驗探究可以讓學生通過自己動手動腦獲取知識，學生也就更容易體驗到學習物理的樂趣.每完成一個實驗，學生都會收獲小小的成就感，學好物理的信心也就隨之增加，從而將對物理的學習興趣維持在一個較高的水平.興趣是最好的老師，能激發(fā)并維持學生的興趣，教學已經(jīng)成功了一半.

如果物理課能經(jīng)常圍繞一個既需要動腦動手但又不是太難完成的物理實驗展開，知識點貫穿在實驗當中，教師主要采用啟發(fā)式教學引導學生自己完成探究獲得知識，學生就更容易接受物理了.例如,筆者在講授“不同物質的導電性能”一節(jié)時，不是簡單地讓學生記憶哪些常見的材料是導體，哪些是絕緣體.而是用兩節(jié)干電池、一個小燈泡、一個開關、幾根導線組裝成一個簡單電路，讓學生把常用的一些物品，如鉛筆、橡皮、鋼板尺、塑料尺、圓珠筆、硬幣、學生卡、鑰匙鏈等依次連入電路，通過閉合開關后小燈泡是否發(fā)光來判斷哪些材料是導體，哪些材料是絕緣體.為了讓學生更好地理解液體的導電性能，筆者將水和硫酸銅溶液也連入電路，小燈泡亮起的那一刻，學生們感覺非常震撼.一節(jié)課學生們上得興致盎然，下課后還都不肯離開教室，紛紛嘗試將更多物品連入電路.學生們表示做完實驗再去記憶常見物質的導電性能，變得容易多了.

再例如，筆者在講授“凸透鏡”一節(jié)課中關于凸透鏡焦點測量的方法時，不是直接告知他們測量的方法，而是讓學生拿一個凸透鏡和一根火柴到操場上比賽，比一比誰能利用太陽光先把火柴點燃.學生們利用所學的凸透鏡知識對著太陽自己比劃著，很快就找到了凸透鏡的焦點位置.看著火柴一根根被陽光點燃，學生們歡呼雀躍，興奮之情溢于言表.小小的成功讓他們切身感受到學習物理的作用，同時讓他們體驗到用物理知識解決實際問題的巨大成就感.筆者相信學生們對這節(jié)課學到的測量凸透鏡焦距的方法一定記憶深刻，或許將來某天在野外他們中的某個人就會用到這個方法來取火.學以致用，這不就是教育的最終目標嗎.

2 由現(xiàn)象到規(guī)律的認識過程

由現(xiàn)象到規(guī)律的認識過程符合學生的認知發(fā)展規(guī)律,可以變學生的被動學習為主動學習.

傳統(tǒng)的中學物理教學中教師多采用講授為主的教學方式，學生處于被動接受的地位，由于沒有經(jīng)過自己的咀嚼和消化，知其然不知其所以然，經(jīng)常有學生把定理公式背得滾瓜爛熟，卻不會用它們解決實際問題.如果讓學生通過實驗自己尋找物理規(guī)律，將學生被動地接受知識變?yōu)橹鲃拥孬@取知識，就能充分發(fā)揮學生的主觀能動性.自己總結出來的知識對于學生來說才是易于理解并且方便應用的，學生在實驗的同時也實踐了規(guī)律的運用.

“歐姆定律”是中學電學內容的核心，是學習電功率的基礎，可以說每個中學電學計算都離不開歐姆定律的應用.因此,學生對歐姆定律的掌握程度直接決定了電學的學習水平.但是,歐姆定律歷來也是學生學習的難點和痛點，很多學生從歐姆定律開始就聽不懂了，因此整個電學學得一塌糊涂.于是在學生中間一直流傳著電學非常難學的說法.針對這個問題，筆者在講授“歐姆定律”一節(jié)時，將第一課時的內容設計成兩個學生探究實驗，一個是電壓一定時電流與電阻的關系，一個是電流一定時電壓與電阻的關系，并給予學生充分的時間進行實驗探究.實驗前讓學生根據(jù)實驗目的自己設計電路圖，當然一些學生的電路圖是有問題的，筆者先不指出，只是讓他們自己按照電路圖連接電路進行實驗，并記錄實驗數(shù)據(jù).連接電路時，學生自己就發(fā)現(xiàn)了電路圖中的各種小問題，并自己進行了改進.很多學生最初設計的電路里沒有出現(xiàn)滑動變阻器，在實驗中學生發(fā)現(xiàn)按照自己組裝的電路只能測出一組數(shù)據(jù)，無法改變實驗中的自變量進行多次測量，也就不能得出規(guī)律.這時筆者讓學生討論如何改進實驗才能測出多組數(shù)據(jù)，有學生說換電阻，有學生說改變電源電壓，有學生說利用滑動變阻器.然后，再讓學生們從操作方便與可行性的角度對幾種方案進行對比，大家一致認為用滑動變阻器更好，于是在原有電路的基礎上自己又加上了滑動變阻器，最終連出了兩個探究實驗的正確電路.接下來學生們利用自己設計和改進的電路進行實驗，通過測出的數(shù)據(jù)自己總結出電壓一定時電流與電阻成反比、電流一定時電壓與電阻成正比的實驗結論.這時筆者再提問，如果將這兩個實驗結論用同一個表達式表示出來，這個表達式該如何寫？學生們嘗試自己寫出了歐姆定律的公式.

下課后筆者向學生們了解這節(jié)課的感受，大家普遍反映特別喜歡這種自己動手進行實驗探究、自己發(fā)現(xiàn)和總結規(guī)律的過程，說通過這節(jié)課的學習對歐姆定律的認識特別深刻.有些之前在輔導班已經(jīng)學過電學知識的學生說輔導班只是讓他們記憶歐姆定律公式，然后就做大量習題進行訓練，他們根本就沒弄明白歐姆定律到底是怎么來的、干什么用的，只會硬往公式里代數(shù)計算，以至于經(jīng)常張冠李戴，或者題目稍微靈活一點自己就不會做了.直到這節(jié)課做完實驗后才徹底理解了歐姆定律的意義，理解了每個物理量的真正含義，再也不會胡亂代數(shù)了.在后續(xù)教學中，筆者也確實發(fā)現(xiàn)學生對歐姆定律的掌握特別牢固，無論是概念辨析題、實驗探究題、還是計算題，他們都能應對自如.這就為后面學習更難的部分——特殊方法測電阻和電功率，打下了非常牢固的基礎.

在電學的教學中筆者充分利用實驗的優(yōu)勢，化抽象為直觀，深化學生對知識的理解，幫助學生順利闖過一個又一個電學難關.后來學生們紛紛感慨，原來電學遠沒有傳說中的那么難學.

3 實驗環(huán)節(jié)是物理學習過程性評價的重要方面

實驗環(huán)節(jié)是物理學習過程性評價的一個重要方面,這個環(huán)節(jié)的加入使中學物理的過程性評價更加全面、更加科學，且更加具有可操作性.

現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的學校開始采用過程性評價.在傳統(tǒng)的中學物理教學模式中，由于實驗課的數(shù)量很少，過程性評價的關注點基本上集中在課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況兩個方面，忽視了對實驗操作的評價.而實驗的設計和操作恰恰能最真實地反映出學生的學科素養(yǎng)，以及發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力.因此,傳統(tǒng)的中學物理學習過程性評價是片面的，只有把對物理實驗的評價引入評價體系當中才能更全面更真實地反映學生的學習情況.

我們年級物理組已經(jīng)把實驗室行為規(guī)范、實驗設計、實驗操作和小組合作情況、實驗報告撰寫等環(huán)節(jié)都納入過程性評價體系，從而更真實有效地反映學生的學習情況和學科素養(yǎng).同時我們將這些評價反饋給學生，促使學生針對問題進行改進.因此，物理實驗教學使過程性評價更加具體，更加容易操作.

4 讓學生在實驗失敗過程中得到磨練

讓學生在設計實驗方案和實驗操作失敗的過程中體會物理學家探求真理的曲折過程，培養(yǎng)學生百折不撓的求知精神.

任何真理的發(fā)現(xiàn)都不是一蹴而就的，其過程可能是非常艱辛曲折的.學生在設計實驗方案與實驗操作的過程中會遇到很多問題，有時候還會出現(xiàn)實驗失敗的情況.這些情況是在傳統(tǒng)的教學模式中極力避免的，但是對學生來說未必是壞事.在失敗的過程中，學生們會發(fā)現(xiàn)原來教材中看似簡單的一個公式、一個定理是經(jīng)過了一代代科學家的不懈努力才最終確立的，科學研究沒有捷徑，同樣學習也沒有捷徑.這個過程可以潛移默化地培養(yǎng)學生迎難而上的毅力和面對挫折百折不撓的探索精神.

通過一段時間的實驗探究教學實踐，筆者欣喜的發(fā)現(xiàn)，學生們從最初感覺學習物理是一種負擔慢慢變得樂意學習物理了，越來越愛尋根究底了，并且越來越喜歡自己動腦動手尋找答案而不是直接翻課本了.筆者將繼續(xù)沿著這條道路摸索前行，讓實驗探究教學落地生根，讓學生在動手實驗與主動探究的樂趣中建立起科學的思維方式和嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，這將成為他們接受物理教育的最大收獲，也是教師的最大喜悅.