探索性實(shí)驗(yàn)與固體物理的關(guān)聯(lián)性研究

劉暢

摘 ? 要：物理實(shí)驗(yàn)是物理教育的一個(gè)重要組成部分，對(duì)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)具有重要作用。將探索性實(shí)驗(yàn)融入固體物理教學(xué)中，更有助于學(xué)生對(duì)抽象的物理概念和規(guī)律的理解，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的科學(xué)探索精神。論文在對(duì)探索性實(shí)驗(yàn)以及固體物理的相關(guān)概念進(jìn)行解釋后，對(duì)將探索性實(shí)驗(yàn)融入固體物理教學(xué)的具體應(yīng)用與現(xiàn)實(shí)意義進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出探索性實(shí)驗(yàn)在固體物理教學(xué)及研究發(fā)展方面所具有的重要作用。

關(guān)鍵詞：探索性實(shí)驗(yàn) ?固體物理 ?物理教育 ?關(guān)聯(lián)性

中圖分類號(hào)：P631.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（a）-0195-02

1 ?探索性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)概念

探究一般分為廣義的探究和狹義的探究。廣義的探究通常指人們對(duì)于任何感興趣的事物產(chǎn)生的探求其答案的欲望及伴隨而來(lái)的思維和行為方式，而狹義的探究則專指科學(xué)領(lǐng)域的探究即科學(xué)探究。探索性實(shí)驗(yàn)通常指人們?cè)趶氖麻_(kāi)創(chuàng)性的研究工作時(shí)，為了探究未知事物或現(xiàn)象的性質(zhì)和規(guī)律而進(jìn)行的實(shí)踐活動(dòng)。它是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，不僅對(duì)建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識(shí)至關(guān)重要，同時(shí)，它還有助于培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、探索事物的能力，促進(jìn)其養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

中學(xué)物理課堂教學(xué)中所稱的“探索性物理實(shí)驗(yàn)”實(shí)際上都是學(xué)生在老師的指導(dǎo)下對(duì)已知物理規(guī)律進(jìn)行模擬，對(duì)其結(jié)論進(jìn)行探索和驗(yàn)證的過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的結(jié)果，從而找出規(guī)律，獲得知識(shí)，提高能力。學(xué)生在這種探索過(guò)程中加深了對(duì)已知科學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解，有助于其更深入的再學(xué)習(xí)，同時(shí)其對(duì)科學(xué)的向往和探索科學(xué)的興趣被激發(fā)起來(lái)，有助于挖掘其再探索和創(chuàng)新的潛能。

2 ?固體物理的相關(guān)解釋

作為以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科——物理學(xué)，它所涵蓋的知識(shí)和理論都是在不斷的科學(xué)探索和反復(fù)驗(yàn)證過(guò)程中形成的。因此，實(shí)驗(yàn)就成為學(xué)生學(xué)習(xí)物理獲取信息的主要渠道。物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)表現(xiàn)在：第一，物理學(xué)本身是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的。第二，有些物理概念是從自然現(xiàn)象抽象而來(lái)的，需要通過(guò)典型的實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生體會(huì)、認(rèn)識(shí)，加深理解。第三，物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性和直觀性都有助于學(xué)生思維能力、動(dòng)手能力和合作精神的顯著提高。

固體物理學(xué)是物理學(xué)中非常重要的一部分，也是與我們生活聯(lián)系較緊密的一部分。它主要研究固體的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)組成以及固體中各種粒子運(yùn)動(dòng)形態(tài)和規(guī)律，涉及力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等各方面的內(nèi)容。固體被應(yīng)用的范圍極廣，不同時(shí)代都有自己獨(dú)特的固體材料、器件和有關(guān)制品。20世紀(jì)40年代以前出現(xiàn)了現(xiàn)代固體物理學(xué)，它是先進(jìn)的微電子、光電子、光子等各項(xiàng)技術(shù)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)發(fā)展具有重要作用。在當(dāng)前科技發(fā)展，信息時(shí)代到來(lái)，各種新材料不斷出現(xiàn)，對(duì)新物質(zhì)性質(zhì)規(guī)律的探索研究是十分必要的。

3 ?探索性實(shí)驗(yàn)在固體物理教學(xué)中的具體運(yùn)用

將探索性實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于固體物理教學(xué)中更有助于學(xué)生在理解前人科學(xué)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入思考和再研究，探究理論形成的背景及由此帶來(lái)的其他影響，透徹理解固體物理的一些特性，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，思維能力和實(shí)踐能力都具有很大的幫助。

教師在教學(xué)中應(yīng)巧妙地設(shè)計(jì)課堂教學(xué)思路，把實(shí)驗(yàn)探究作為突破口，貫穿于物理的整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，在進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，針對(duì)課本已有的物理定律及結(jié)論，設(shè)計(jì)一些綜合性、啟發(fā)性的問(wèn)題，讓學(xué)生在問(wèn)題的牽引下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和找出問(wèn)題答案，可以組織學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生合作交流，共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析論證并得結(jié)論，之后進(jìn)行小組討論，對(duì)得到的結(jié)論進(jìn)行組內(nèi)評(píng)析，總結(jié)反思。一方面完成了對(duì)物理規(guī)律的驗(yàn)證，同時(shí)也使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能得到鍛練，另一方面讓學(xué)生感受了科學(xué)探究的過(guò)程，體會(huì)到在探究過(guò)程中獲得成功的喜悅。通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握了科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和研究方法，使學(xué)生收集數(shù)據(jù)和處理問(wèn)題的能力得以提高，也培養(yǎng)了學(xué)生們的合作意識(shí)。

教師應(yīng)巧妙地運(yùn)用探索性實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行拓展，引導(dǎo)學(xué)生將課內(nèi)知識(shí)延伸到生活中。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課外實(shí)踐活動(dòng)，例如，探究物理在生活、生產(chǎn)技術(shù)上的應(yīng)用，研究物理學(xué)與生活聯(lián)系密切的問(wèn)題，這些都是學(xué)生比較感興趣的問(wèn)題。比如，在研究導(dǎo)體電阻，額定電流等的相關(guān)問(wèn)題時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生參考一下自己家里的電器，觀察不同電器所能承載電流的變化情況。也可以以家庭照明為例，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一些更節(jié)能的照明方案等等，一系列與生活緊密聯(lián)系的案例會(huì)極大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在研究設(shè)計(jì)的過(guò)程中能力自然就不知不覺(jué)地提高了。

4 ?探索性實(shí)驗(yàn)對(duì)固體物理教學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義

在固體物理教學(xué)中，進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有助于學(xué)生對(duì)已有規(guī)律結(jié)論的理解更有助于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)能力的提高。教師可以靈活地將實(shí)驗(yàn)探究運(yùn)用于教學(xué)的各環(huán)節(jié)，利用巧妙的實(shí)驗(yàn)和引人深思的發(fā)問(wèn)引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入探索的科學(xué)殿堂。從而使學(xué)生獲得豐富的物理思想和科學(xué)的物理方法以及創(chuàng)新的思維理念。實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟粏螁问菍?duì)規(guī)律的驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，而是要在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中使學(xué)生體驗(yàn)到創(chuàng)新活動(dòng)的樂(lè)趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，創(chuàng)新技能。讓學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，做到手腦并用，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)以及良好的科學(xué)態(tài)度和學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成具有重要意義。

4.1 更有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的養(yǎng)成

探索性實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于固體物理的教學(xué)中，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不再拘泥于書(shū)本知識(shí)，不會(huì)只相信權(quán)威，更大程度上是質(zhì)疑權(quán)威。這樣在老師盡量少的限制與適度的幫助下，更有助于學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和主觀能動(dòng)性，深入思考，大膽探索，積極提出自己的新觀點(diǎn)、新想法，激大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和創(chuàng)新潛能，從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于挑戰(zhàn)的探索精神。

4.2 更有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的提升

探索性實(shí)驗(yàn)一般是圍繞一個(gè)問(wèn)題開(kāi)展的，在教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，收集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在得出結(jié)論后進(jìn)行成果交流，引導(dǎo)學(xué)生在利用已知知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握一些更科學(xué)的研究方法，一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的習(xí)慣及發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力。

4.3 有助于學(xué)生收集、分析數(shù)據(jù)、甄別信息能力的培養(yǎng)

探索性實(shí)驗(yàn)是一個(gè)相對(duì)開(kāi)放的學(xué)習(xí)過(guò)程，在教學(xué)過(guò)程中，會(huì)引導(dǎo)學(xué)生利用多種有效有段，通過(guò)各種途徑獲得信息，并對(duì)這信息進(jìn)行整理與歸納，選擇于主題有用的信息，從而提高了學(xué)生收集、分析數(shù)據(jù)、甄別信息的能力。

4.4 使學(xué)生學(xué)會(huì)分享和合作，有助于學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)

具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)，能與隊(duì)員良好溝通與合作是現(xiàn)代人立足社會(huì)的所應(yīng)具備的基本素質(zhì)。探索性實(shí)驗(yàn)一般要求學(xué)生分組進(jìn)行，每組有若干成員，大家在一起互想分工又互相合作，共同研究方案，分享數(shù)據(jù)信息和創(chuàng)意、研究成果，對(duì)發(fā)展學(xué)生的人際溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神具有積極意義。

5 ?結(jié)語(yǔ)

探索性實(shí)驗(yàn)重在學(xué)生能自主實(shí)驗(yàn)，自主創(chuàng)設(shè)條件，自主地選擇科學(xué)方法，自主地進(jìn)行探究，通過(guò)自身體驗(yàn)，獲得科學(xué)的概念和規(guī)律。作為以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的物理學(xué)，探索性實(shí)驗(yàn)在其教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的促進(jìn)作用。它使抽象晦澀難懂的物理概念變得簡(jiǎn)單易學(xué)，學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，更加深入地理解和掌握了物理概念和規(guī)律。同時(shí)，在探索實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也會(huì)領(lǐng)略到物理學(xué)的科學(xué)思想，從而培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和探究能力，提高了學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)。

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