高中物理探究性實驗教學(xué)研究

【摘 要】本文論述高中物理開展探究性實驗的方法，提出以問題啟動實驗教程、以猜想激發(fā)實驗動能、以方案規(guī)劃實驗步驟、以實操凸顯實驗品質(zhì)、以論證落實實驗?zāi)繕?biāo)等做法，以期讓學(xué)生在主動操作中建立學(xué)科認知基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高中物理 探究性實驗 實驗教學(xué)

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）38-0047-02

在探究性實驗教學(xué)中，教師要做出系統(tǒng)性設(shè)計和規(guī)劃，如對實驗?zāi)繕?biāo)進行梳理、對實驗程序步驟進行分解、對實驗操作進行提示、對實驗效果進行評估、對實驗延伸進行規(guī)劃，都能夠為學(xué)生帶來一些學(xué)法支持，幫助學(xué)生順利進入實驗探索環(huán)節(jié)。提出問題、設(shè)定猜想、設(shè)計方案、實驗操作、論證分析，這些是探究性實驗的基本程序，教師要做好組織和引導(dǎo)，讓學(xué)生自然進入實驗環(huán)節(jié)，從而在實踐體驗中成長學(xué)科認知能力。

一、提出問題，啟動實驗教程

探究性實驗有比較固定的步驟和程序，教師在具體設(shè)計實驗方案時，需要進行過渡引導(dǎo)，讓學(xué)生自然進入實驗環(huán)節(jié)。教師要設(shè)計合適的問題，讓學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容和生活經(jīng)歷展開對應(yīng)思考，為探究性實驗教程的啟動做好鋪墊。探究性實驗關(guān)涉學(xué)生生活的方方面面，教師問題設(shè)計要貼近學(xué)生認知，這樣才能引起學(xué)生的高度關(guān)注，并在深入思考中形成主動性。

如教學(xué)人教版高中物理《重力》時，教師引導(dǎo)學(xué)生先梳理重力定理、重力大小、重力方向等概念，然后推出一組小實驗：“這里有一些砝碼和彈簧秤，用彈簧秤測量這些砝碼的質(zhì)量，比較其大小。你能做出準(zhǔn)確觀察并推導(dǎo)出重力G與砝碼質(zhì)量m之間的關(guān)系嗎？這里有小石頭，如果讓其從一定高度由靜止開始下落，其落下的方向會一直保持豎直下落嗎？如何解釋這個實驗？”學(xué)生根據(jù)教師的提問展開觀察和討論，很快就達成了一些共識。為驗證這些猜想和推理，教師組織學(xué)生展開相關(guān)實驗操作，學(xué)生在實驗中對相關(guān)問題進行深度研究，自然形成學(xué)習(xí)體驗和認知：重力大小與物體質(zhì)量有關(guān)系，m越大，則G越大，其關(guān)系式為G=mg（g=9.8N/kg）;從靜止釋放的小石塊總是豎直下落的，可以知道重力的方向總是豎直向下的。教師對學(xué)生的實驗問題歸結(jié)情況進行確認，鼓勵學(xué)生多利用實驗操作展開相關(guān)驗證。

教師推出兩個小實驗，給學(xué)生提供一些問題，讓學(xué)生展開思考和討論，使其逐漸形成清晰而系統(tǒng)的學(xué)習(xí)認知。由于實驗比較簡單，學(xué)生都能夠主動展開操作，實驗推演非常順利，其認知歸結(jié)也水到渠成。教師適時投放思考問題最為關(guān)鍵，能給學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)思考的機會，還能有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)思維。

二、設(shè)定猜想，激發(fā)實驗動能

探究性實驗需要制訂明確的目標(biāo)，教師在具體設(shè)計和組織時，要適時引入猜想和假設(shè)環(huán)節(jié)，先讓學(xué)生對實驗?zāi)繕?biāo)進行觀察和分析，然后做出必要的猜想和預(yù)測，這樣可以矯正學(xué)生的學(xué)習(xí)方向。讓學(xué)生參與實驗猜想活動，也能夠有效激發(fā)其參與熱情，為實驗操作注入豐富動力。實驗結(jié)果如果驗證了學(xué)生的猜想，不僅可以給學(xué)生帶來學(xué)習(xí)成就感，還能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣，對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)具有積極作用。

學(xué)生對實驗存在好奇心，這是非常自然的事情。如果教師能夠適時推出猜想環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供更多前期思考的機會，其激發(fā)效果會更為顯著。學(xué)生有了更多探索期待，實驗操作會充滿懸念。如教學(xué)《靜摩擦力》時，教師先拿出一些簡單的實驗材料：一個盛滿米的紙杯子、一根筷子、一個玻璃杯、一個氣球。學(xué)生對這些材料進行觀察后，教師設(shè)計實驗方案：“往這個盛滿米的紙杯子里插入一根筷子，用力向上提起筷子，會發(fā)生什么情況？在這個空玻璃杯子里放入氣球，向氣球內(nèi)充氣，然后提起氣球，會發(fā)生什么情況？”學(xué)生開始猜想，課堂學(xué)習(xí)氣氛逐漸熱烈起來。有學(xué)生預(yù)測，一根筷子是不能提起盛滿米的紙杯子的，而充氣的氣球則可以帶起玻璃杯。也有學(xué)生給出不同的判斷。教師要求學(xué)生來操作這個實驗，對相關(guān)猜想進行驗證。學(xué)生積極報名，驗證實驗順利展開。經(jīng)過多輪實驗，結(jié)論出爐：一根筷子能夠提起盛滿米的紙杯子，充氣的氣球也能夠帶起玻璃杯。教師組織學(xué)生進行深入分析，使學(xué)生對靜摩擦力概念有了全新認知。

教師準(zhǔn)備一些簡單的材料進行演示實驗，先讓學(xué)生展開猜想，然后將演示實驗改為驗證實驗，并且讓學(xué)生親自操作，給學(xué)生提供了實踐的機會。學(xué)生有了猜想設(shè)定，自然對實驗結(jié)果充滿期待，從而能夠積極參與實驗操作和集體分析，順利掌握相關(guān)認知，對靜摩擦力相關(guān)概念形成深度理解。學(xué)生對實驗有操作熱情，其學(xué)習(xí)會產(chǎn)生事半功倍的效果。

三、設(shè)計方案，規(guī)劃實驗步驟

實驗需要方案支持，教師要綜合考慮多種因素，對實驗操作程序、實驗材料搜集、實驗操作環(huán)境、實驗效果分析等環(huán)節(jié)和內(nèi)容進行規(guī)劃，確保實驗順利展開?；瘜W(xué)實驗大多對實驗環(huán)境有較高要求，如果實驗方案不完善，勢必會影響實驗的效果。因此，教師不妨廣泛吸收學(xué)生的意見，對探究性實驗進行科學(xué)分析和設(shè)計，厘清實驗操作步驟，讓學(xué)生循序漸進地展開實驗操作。

教學(xué)實驗方案大多由教師來設(shè)計，如果教師能夠給學(xué)生更多參與的機會，讓學(xué)生進入設(shè)計環(huán)節(jié)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠順利啟動學(xué)生的學(xué)科思維，其助學(xué)效果會更為豐富。如教學(xué)《力的合成》時，教師先利用多媒體展示一些圖例，讓學(xué)生觀察實驗過程，估測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果。為激發(fā)學(xué)生實驗思維，教師推出了探究性實驗設(shè)計任務(wù)：“這里準(zhǔn)備了木板、白紙、彈簧秤、橡皮條、細繩子、圖釘、三角板、刻度尺等實驗材料。大家能夠經(jīng)過小組集體討論，利用這些材料，設(shè)計一個實驗，對合力和分力的關(guān)系進行研究嗎？”學(xué)生接受學(xué)習(xí)任務(wù)后，都能夠快速組成學(xué)習(xí)小組，展開問題思考和交流，對實驗步驟、實驗操作、實驗分工、實驗記錄等多個環(huán)節(jié)進行設(shè)計。教師深入學(xué)生群體之中，對學(xué)生的設(shè)計情況進行監(jiān)控，及時做出必要的指導(dǎo)，確保實驗順利推進。

在這個實驗設(shè)計任務(wù)推出后，學(xué)生都能夠主動參與其中，說明教師的設(shè)計是比較合適的，成功激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)心理。學(xué)生對實驗設(shè)計任務(wù)有新鮮感，即便沒有進行實驗操作，其在實驗設(shè)計過程中獲得的學(xué)習(xí)認知也是極為豐富的。實驗方案設(shè)計需要搜集更多信息和方法，教師以此作為教學(xué)引導(dǎo)，讓學(xué)生進入深度思考和互動之中，其訓(xùn)練效果自然會更顯著。

四、實驗操作，凸顯實驗品質(zhì)

學(xué)生進入實驗操作環(huán)節(jié)后，要對實驗器具、材料、設(shè)備等進行檢查，還要對操作步驟進行確認。探究性實驗大多以團隊形式來開展，教師要組織學(xué)生開展互動交流，進行科學(xué)的分工，設(shè)定具體的操作規(guī)則，明確自身的責(zé)任，這樣才能確保實驗按部就班地展開。探究性實驗有更高的目標(biāo)要求，學(xué)生進入操作環(huán)節(jié)后，要關(guān)注每一個細節(jié)的設(shè)定，對探究性實驗操作做出科學(xué)規(guī)劃，以提升實驗操作的品質(zhì)。

教師推出一些帶有趣味性的小實驗，并對實驗原理進行具體分析，能夠吸引學(xué)生積極參與實驗，增強學(xué)生在實驗操作中的感受和體驗。如教學(xué)《力的分解》時，教師在導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)推出了一個趣味小實驗：“這里有一根繩子，大家推薦兩名力氣最大的男生，讓兩個人進行拔河比賽，看誰能夠獲得最后的勝利。”學(xué)生都以為老師要組織游戲，自然會積極響應(yīng)。當(dāng)兩名學(xué)生進入拔河狀態(tài)后，其他學(xué)生都在一旁加油助威。這時教師來到繩子中間，輕輕一拉繩子，就將這兩名大力士拉了過來。學(xué)生都感覺很神奇，紛紛稱贊老師才是真正的大力士。教師要求學(xué)生分析其中的原理：“老師不是大力士，卻能夠?qū)⑺麄兌祭^來，這里應(yīng)用了力的分解原理。仔細觀察這個操作過程，老師是如何成功分解一個力的？”學(xué)生開始深入思考，教師繼續(xù)投放圖片：“生活中，當(dāng)汽車陷入泥潭后，我們用繩子直接拉是拉不動的，但借助大樹進行輔助，就可以順利拉出汽車，這就是應(yīng)用了力的分解原理?！睂W(xué)生再度進入分析討論之中。

學(xué)生進入實驗操作環(huán)節(jié)，親身體驗實驗操作，并對實驗原理進行分析討論，能自然形成實驗認知。教師借助趣味小實驗，給學(xué)生帶來深度思考的機會。從學(xué)生的表現(xiàn)可以看出，教師的實驗設(shè)計成功地將學(xué)生帶入了深度思考環(huán)節(jié)，并在觀察、分析、歸結(jié)中建立了學(xué)科認知。

五、論證分析，落實實驗?zāi)繕?biāo)

實驗結(jié)論出爐后，教師要組織學(xué)生對實驗進行論證分析。教師與學(xué)生一起研究實驗數(shù)據(jù)，對實驗效果進行確認和評估，這樣可以為學(xué)生帶來認知內(nèi)化的機會。學(xué)生大多缺少實驗總結(jié)的經(jīng)驗，教師要在學(xué)法運用上給出更多指導(dǎo)，幫助學(xué)生提供準(zhǔn)確判斷，以有效提高其歸納總結(jié)能力。

教師組織學(xué)生討論實驗時，要給出具體的分析要求，讓學(xué)生有準(zhǔn)確的思考方向，這樣才能提高討論的效率。如教學(xué)《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》時，教師利用小車、砝碼、刻度尺、小桶、細繩、打點計時器等材料，設(shè)計實驗方案。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下展開實驗操作，很快對加速度、力、質(zhì)量三者的關(guān)系有了更直觀的認識。教師繼續(xù)設(shè)計實驗分析任務(wù)：“實驗操作中要研究一個量和兩個量之間的關(guān)系時，需要用什么方法？”學(xué)生有實驗操作的經(jīng)歷，自然都能夠展開深入思考。教師深入學(xué)生之中，與學(xué)生直接對話交流，對實驗進行指導(dǎo)：“研究三個物理量之間的關(guān)系，先要保持其中一個量不變，研究另外兩個量之間的關(guān)系，然后換一個不變的量，繼續(xù)研究其他兩個量?！?/p>

教師組織學(xué)生開展實驗討論，對幾個物理量的關(guān)系進行梳理，給學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)啟示。分析實驗結(jié)論需要更多關(guān)聯(lián)性思維，對物理原理進行理性推演，這樣才能建立更為完善的學(xué)習(xí)認知基礎(chǔ)。從學(xué)生的分析可以看出，教師設(shè)計的實驗結(jié)論分析任務(wù)是比較準(zhǔn)確的，能夠成功促進學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)化。

探究性實驗有一定的難度，教師在具體組織時，要給予學(xué)生更多方法上的指導(dǎo)，讓學(xué)生在探索中形成學(xué)科基礎(chǔ)能力。教師利用問題設(shè)計激發(fā)學(xué)生參與熱情，推出周全的實驗方案，讓學(xué)生展開猜想和假設(shè)、主動展開實驗操作、對實驗結(jié)論進行驗證分析，都能夠帶來豐富的學(xué)習(xí)體驗和認知。學(xué)生是學(xué)習(xí)主體，在探究性實驗過程中，教師要凸顯學(xué)生的主體地位，幫助學(xué)生順利進入探究性實驗環(huán)節(jié)，并給予他們更多技術(shù)與方法的支持。

【參考文獻】

[1]鐘時貴.探究高中物理探究性實驗的設(shè)計與實踐[J].中學(xué)生數(shù)理化（教與學(xué)），2019（7）.

[2]童巧玉.新課改背景下高中物理“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式研究[J].數(shù)理化解題研究，2019（6）.

[3]何國泉.淺談高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實驗的設(shè)計與實踐[J].教師，2018（31）.

【作者簡介】孟令寬（1988— ），男，山東棗莊人，大學(xué)本科學(xué)歷，二級教師，現(xiàn)就職于山東省棗莊市第三中學(xué)，主要研究方向為高中物理教學(xué)與研究。

（責(zé)編 唐玉萍）