指向探究能力培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

鈄方健

摘 要：如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，需要教師在開展各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中，滲透實(shí)驗(yàn)探究的思想和方法.通過演示實(shí)驗(yàn)提煉探究問題，提煉基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)感悟、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理的思想，設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案開展探索性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“問題—證據(jù)—解釋—交流”的探究過程，逐步提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力.

關(guān)鍵詞：探究能力;演示實(shí)驗(yàn);楞次定律;實(shí)驗(yàn)方法;教學(xué)探索

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0043-04

作者簡介：鈄方?。?968-），女，浙江人，碩士，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理學(xué)科教學(xué).

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，在高中物理課程中，應(yīng)注重科學(xué)探究，尤其應(yīng)注重物理實(shí)驗(yàn)，這在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面具有重要地位.而“科學(xué)探究”是指通過對實(shí)驗(yàn)情境的觀察引出探究問題，然后基于探究的問題提出猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲取和處理數(shù)據(jù)，基于證據(jù)得出結(jié)論，并對問題作出解釋和交流，感悟科學(xué)探究的方法，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動力.本文通過開展演示實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究，倡導(dǎo)多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生探究能力的培養(yǎng).

1 “演示實(shí)驗(yàn)”引出探究問題

演示實(shí)驗(yàn)具有操作簡單、時間短、現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)生生活緊密聯(lián)系等特點(diǎn)，可以讓學(xué)生感到親切自然，主動參與到實(shí)驗(yàn)中來.在師生的共同經(jīng)歷過程中，學(xué)生感受到物理實(shí)驗(yàn)的神奇魅力，體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)的趣味性，因而能更深入理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì).當(dāng)形象生動的物理現(xiàn)象和規(guī)律在課堂中呈現(xiàn)出來時，學(xué)生會感到驚奇、有趣，從而極大地激發(fā)探究動力，激勵自己帶著問題去探究和思考，并進(jìn)一步對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和提出的問題進(jìn)行猜想和假設(shè).總之，通過演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以學(xué)會抓住主要矛盾，忽略次要因素，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，很自然地進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)和思考，在質(zhì)疑釋疑的過程中理解物理概念和規(guī)律.這樣既豐富了學(xué)生的物理知識，又能促進(jìn)學(xué)生在有趣的演示實(shí)驗(yàn)中提煉探究問題，激發(fā)探究意識.

下面以講解“楞次定律”演示實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行討論.

楞次定律的教學(xué)目標(biāo)是如何判斷感應(yīng)電流的方向，從這個目標(biāo)出發(fā)，設(shè)計(jì)5個演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)問題鏈情境，把教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分解，層層深入，并通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析和歸納，從而促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成.

演示實(shí)驗(yàn)1：閉合DIS電磁彈射器電源開關(guān)（如圖1），乒乓球瞬間彈射出去，是什么力使乒乓球彈射出去的？乒乓球上有什么特殊的裝置嗎？這和我國“遼寧”號航空母艦上的艦載飛機(jī)的起飛原理有相似之處嗎？

演示實(shí)驗(yàn)2：LED感應(yīng)發(fā)光小車（圖2）在軌道上靠近和遠(yuǎn)離磁鐵運(yùn)動時，左右兩個二極管為什么會交替發(fā)光？

演示實(shí)驗(yàn)3：將帶有線圈的小車放在光滑的水平軌道上，當(dāng)把磁鐵向右靠近線圈時，小車就向右后退;當(dāng)把磁鐵向左遠(yuǎn)離線圈時，小車卻向左跟過來.為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象？

演示實(shí)驗(yàn)4：讓一個小磁體從玻璃管口自由下落，學(xué)生都知道磁體做自由落體運(yùn)動，然后在玻璃管中間套了一截銅管.為什么小磁體的下落速度變慢了？

演示實(shí)驗(yàn)5：把銅管換成銅線圈，線圈的兩端接上多量程電流傳感器，通過DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在屏幕上顯示，當(dāng)磁鐵進(jìn)入線圈和從線圈中穿出來時，感應(yīng)電流的方向相反，而且中間有一段沒有感應(yīng)電流.針對這一現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生討論分析.

通過演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境，可以激發(fā)學(xué)生探究問題和解決問題的欲望，從而促進(jìn)學(xué)生去思考、去探究.通過實(shí)驗(yàn)的探究過程，對頭腦中原有的知識進(jìn)行重構(gòu)，經(jīng)歷同化與順應(yīng)，理解物理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，重新提煉了物理概念和規(guī)律，從而使學(xué)生在探究能力、實(shí)踐意識和動手能力等方面得到有效提升.

2 感悟基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 探究實(shí)驗(yàn)方法

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生注重定理的發(fā)現(xiàn)和推導(dǎo)過程，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，感悟物理實(shí)驗(yàn)的探索過程和研究方法.下面以“用DIS探究向心力”為例，談?wù)効刂谱兞糠ㄔ诨A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用（見表1）.

結(jié)論1.根據(jù)以上用控制變量法完成的3次實(shí)驗(yàn)，結(jié)合擬合圖像得出向心力F與物體的角速度ω2、運(yùn)動半徑r和質(zhì)量m，均成正比關(guān)系

2.總結(jié)歸納出的表達(dá)式為F=mω2r

交流應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)探究的基本思路是控制變量法，數(shù)據(jù)處理用到“化曲為直”的方法.其實(shí)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測出的是擋光桿的速度ΔsΔt，而擋光桿的角速度和砝碼的角速度相等均為ΔsΔtR，因此砝碼的線速度為ΔsrΔtR.這里涉及建立物理模型、轉(zhuǎn)換測量物理量的思想

3 設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)方案

引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)課本學(xué)習(xí)包內(nèi)容，聯(lián)系生活實(shí)際設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)，通過提出探索問題，進(jìn)行猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)多種探索方案、交流展示等環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索性學(xué)習(xí)方式，開發(fā)學(xué)生的多元智能.下面以“學(xué)習(xí)包——自由落體運(yùn)動實(shí)驗(yàn)”為例設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)（見表2）.

分析與結(jié)論分析數(shù)據(jù)：相同的頻閃時間內(nèi)，物體從靜止開始下落的高度之比為1∶3∶5∶……∶2n-1

得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)表明，自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動分析數(shù)據(jù)：通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)小鐵球經(jīng)過4個光電門傳感器時的Ht2比值在誤差范圍內(nèi)是一個常數(shù)

得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)表明，自由落體運(yùn)動滿足勻加速直線運(yùn)動的規(guī)律H=12at2，由此可以推斷自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動

分析數(shù)據(jù)：由v-t圖像的斜率直接得到加速度

得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)表明，自由落體運(yùn)動滿足勻加速直線運(yùn)動的規(guī)律vt=at，由此可以推斷自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動

評價與交流通過頻閃照相機(jī)將小球自由下落的過程用相同的間隔時間拍攝下來的實(shí)驗(yàn)方法，比較傳統(tǒng)，由于是在照片上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，比較容易產(chǎn)生誤差，而且后期的數(shù)據(jù)處理也是靠同學(xué)們手工進(jìn)行，數(shù)據(jù)結(jié)果不直觀由于采用了光電門傳感器和數(shù)字計(jì)時儀等信息化電子設(shè)備用于測量和記錄數(shù)據(jù)，測量結(jié)果比較精確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差很小，每組數(shù)據(jù)的比值非常接近，比較容易從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律

采用DIS系統(tǒng)和位移傳感器測量數(shù)據(jù)，通過專用軟件直接繪出v-t圖像，由圖像不僅可以判斷自由落體運(yùn)動是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，而且直接讀出重力加速度的值，方便快捷

4 結(jié)束語

總之，學(xué)生通過對演示實(shí)驗(yàn)的觀察和參與，形成和頭腦中原有認(rèn)知的思維碰撞，從而提煉探究的問題，并對問題形成猜想和假設(shè);通過對基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的探究，感悟探究的思路和數(shù)據(jù)處理的思想方法;結(jié)合課本和學(xué)習(xí)包內(nèi)容進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對結(jié)果進(jìn)行交流、評估和反思.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“問題—證據(jù)—解釋—交流”的探究過程，從而逐步提升學(xué)生的科學(xué)探究能力.

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（收稿日期：2021-04-12）