天龙八部鬼谷和峨眉:如何在物理课堂中开展探究性实验教学

要：本文根据自身体会探讨在新课改进程中探究性实验在教学中的开展，主要围绕如何引导学生自主深入探究实验原理和方法并联系实际进行拓展三方面来展开讨论。

关键词：实验探究    教学   设计   效果

新教改在广东已经进行了三年，广州市的高中物理统一采用粤教版的物理教材，在粤教版教材中，“探究”两字出现频率很高，而探究性实验大致上可以分为三类，第一类是整节内容主要是属于探究之后再得出结论的，比如在选修1中自由落体运动的探究，对牛顿第二定律的探究，选修3—2中电磁感应中《探究感应电流的方向》，选修3—1《磁场中探究安培力》等；第二类是在一节知识内容中探究某个问题的，比如选修3—1中《认识静电》中对起电方法的研究，第三类主要是从课后实践与拓展或者习题讨论中引发实验探究，这类实验可根据学校实际和学生个人能力来决定是否进行和个人或者全面进行。

由于现行教材中将很多旧的验证性实验改为探究性实验，并且根据形势的发展增加了很多与实际紧密结合的新内容，因此在探究性实验中要如何引导学生把握原理、方法并具体实施就成为我们迫切需要解决的问题。其中会碰到很多困难，甚至会走一些弯路.但是不可否认的是，新教材较好地体现了两大特征:一是将科学探究贯穿始终；二是提倡从生活走向物理，从物理走向社会。因而在激发学生学习兴趣，促使学生动手动脑去解决问题方面起到很大作用，尤其在两大特征方面为学生的发展提供了广大的空间，以下是我在组织探究性实验教学中的一些体会。

一、创设问题情景，让学生深入探究实验原理

    我们知道学生探究学习的积极性、主动性，往往来自于一个对于学习者来讲充满疑问和问题的情境。创设问题情境，就是在教材内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”，把学生引入一种与问题有关的情境的过程。通过问题情境的创设，使学生明确探究目标，给思维以方向；同时产生强烈的探究欲望，给思维以动力。选修3—1中§2—1《探究决定导线电阻的因素》是属于整节探究性质的。如果我们按照旧教材中引导学生将知识点说出来（学生预习即可知），然后做实验，实际上就只是验证一些结论，学生根本不需要主动去猜想、探究和获取知识，只是被动记忆，毫无能力培养可言。而这正是我们需要改变的现状，教材中已经很明显体现了这一点改变，但是实际操作中我们要怎么才能引导学生积极去探索实验原理和方法呢？创设问题情景，引导学生思考是个可行的方法。例如我在进行“导体电阻与哪些因素有关”的教学过程中，是这样设计的：

问题情景1：先在课桌上放置两种不同规格的灯泡“220 V 100 W”和“220 V 15 W”，比较它们在正常工作时的亮暗情况，初步思考造成这一结果的原因？

问题情景2 ：让学生去观察、比较两个灯丝的外部特点，猜想一下导体电阻的大小与哪些因素有关？

问题情景3 :如何设计一个实验证明你的猜想的正确性？ 实验中需要哪些材？

问题情景4 :想象一下导体的电阻还可能与哪些因素有关？然后在教师引导下进一步研究电阻与温度的关系。

在这样一些问题的启发引导下，学生一步步讨论与分析，最终能够形成自己的思维并解决问题，而不是等着你来告诉他怎样去做。我们在设计问题情境时最好能体现“五性”：“挑战性”、“趣味性”、“开放性”、“差异性”、“实践性”。而且对于对于问题情境中所隐含的“问题”，不要简单地直接给出，应该让学生在学习实践活动中自己去发现、去提出。学生自己发现问题更贴近其思维实际，更能引发其探究。

其实这种方法不仅限于探究性的课本内容中，我们在做一些实验前，同样可以设计一些问答题，让学生通过查阅课本或相关资料去寻找答案，有些问题还可以让学生通过讨论、实验探究得到答案。比如在做“测定电池的电动势和内阻”的实验前，我提出了以下问题让学生研讨：

①我们常用的电学仪表和仪器，能否直接测量电池电动势？若不能直接测量可以依据什么定律，可通过测量什么物理量间接测量？

②能否用图1甲所示的电路测量电池的电动势，用图1乙所示的电路测量电池内阻。

③能否用图2所示的各电路测量电池的电动势和内阻？若能，请写出测量的依据。等问题 

通过抛出一系列能力可及的问题（问题要以能够引起学生的兴趣,能够引起学生的求知欲望为佳）让学生去讨论和分析，从而逐步弄清为达到实验目的，需要证明什么问题，测量什么物理量；又依据哪些已知的知识来进行证明或测量。这样学习就不单纯是套公式，记步骤，还包括了技术上、实用上的考虑，包括实验的可行性、可靠性、结果的准确性等。慢慢地学生就能形成好习惯。不少同学都说，过去实验前没有理解好的原理，实验只是知其然不知其所以然，现在弄清了原理，提高了做实验的积极性。

[1] [2] [3] 下一页

二、自主意义建构，让学生自主探究实验方法

所谓自主意义建构就是学生是以原有的知识经验为基础，对新的知识信息进行加工、理解，由此建构起新知识的意义，而不是被动接受新的知识。自主探究，就是让每个学生根据自己的体验，用自己的思维方式自由开放地去探究，去发现物理知识的形成过程。在新知识学习过程中，教师无法代替学生自己的思考，更代替不了几十个有差异的学生的思维。通过学生动手“学物理”、动脑去“想物理”，使他们自主探究的体验获得知识形成过程的积极的情感体验。自主探究的目的，不仅在于获得物理知识本身，更在于让学生在自主探究的学习过程中获得科学探究的方法，从而增强学生的自主学习意识,培养学生的主动探索精神和创造能力。

例如学生在学习完《电磁感应现象》之后，对于由磁生电的现象已经有很深刻的印象，知道电磁感应现象中产生了电流，叫做感应电流；并于接下来又通过各种探究实验发现了怎样才能产生感应电流，但是他们根据已有经验都明白电流是有方向的，那么这个感应电流的方向又如何确定呢？这个内容就是我们老师以前都很怕教，学生也很难懂的“楞次定律”。传统的教学设计和课堂教学是：教师演示实验→学生观察实验→教师引导学生分析实验现象得出楞次定律→讲解例题→课堂训练→课后巩固练习，从效果上看,学生也能应用楞次定律来判断感应电流的方向，但从发展的角度看学生还是处在被动接受知识和被动发展的位置上,充其量只能算学会,不能算会学。现行教材内容改用探究性学习的方法，课堂教学设计是这样的：创设问题情景→学生讨论、猜想→设计实验→探索实验(将演示实验改变为学生自己做探索性实验) →分析实验现象→得出楞次定律→课堂讲练→课堂练习。教学中主要让学生动脑、动手、动口，引导他们自己得出楞次定律。这样处理不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极。学生活动约占课时的一半以上，课堂气氛比较活跃，真正体现了“教为引导,学为主体”的思想，发展了学生的思维能力、创造能力。

在学过楞次定律后，研究“铝管中磁性小球的下落规律”。 把两只外形完全相同的小球分别从竖直放置的铝管上端放下，一只小球很快地从下端掉出，而另一只要等数秒后才从下端管口落出。根据这一实验背景，对学生提出以下问题供学生探究：

(1) 若就此课题进行研究，你将提出和论述哪些问题？需要进一步做哪些验？ (2) 你猜一猜出现这种奇怪现象的原因是什么？

(3) 请分析小球进入铝管后运动状态的变化过程。 能否建立一种物理模型?

(4) 能否用实验来验证假设？ 你提出的实验方案是什么？ 需要测量哪些物理量? 如何测量?

这样的设计比单纯的从理论分析的角度更能让学生接受，关键是让学生亲身参与探索实践活动，并获得对新知识的积极的情感体验，以及自主探究、合作交流的能力。学生的动手能力，分析、判断等能力得到进一步的培养。

其实新教材中将科学探究贯穿始终的特点很好地体现出来，而它另一特点就是提倡从生活走向物理，从物理走向社会。比如新教材内容中增设了门电路的设计，《电磁感应》中的涡流现象及其应用，电感电容在交变电流中的作用及其设计等，而课后的实践与拓展更是给学生开拓了无限的发展空间，真正的学以致用。而科学探究的思想是与之紧密结合，不会脱节的。

上一页  [1] [2] [3] 下一页

三、联系生活应用，让学生做释疑或创新设计

学生课外观察是相对独立进行的活动，也是自主设计实验的基础，每个物理知识都来源于实际，又抽象于实际，这就需要人们把要学习的这些知识自觉的联系于实际，提高感性认识，促进自主设计实验能力的提高，因此教师要引导学生善于到周围的物理世界去观察，去思考，去实验。课外自主设计实验目前似乎还没引起人们的普遍重视，实际上，它是对课内实验的延伸和补充,从身边所见所闻的物理“有趣现象”入手，进行适当琢磨，有利于发挥学生学习物理的积极性和主动性,并能激发学生探索物理奥妙的兴趣，培养学生思维能力和创造精神,对养成爱观察，爱实验的习惯有很大作用。

比如家庭照明用电,为什么同一盏灯在晚上有时较暗? 有的同学观察到这一现象并提出疑问，想到实验室找答案，他设计了这样一个小实验:让一个小型变压器副线圈干路上接一个小电阻(干路电阻) ，再并联几个相同小灯泡，然后依次开启灯泡，分别让一个灯亮，二个灯亮，三个灯亮，四个灯亮时，. . . . . . 观察灯泡亮度情况，并联的灯越多，灯越暗，通过对这一现象的定性分析,学生把家庭用电的“电灯较暗的时间———各家各户的用电高峰期———电路中总电阻的变化———总电流的变化———各部分电压的重新分配———每一盏灯的电压变化”等联系起来了，从而对这一现象有了本质的印象和深刻认识。

又比如在学习完《电功率》之后，学生碰到课后一道习题，从而引发了思考。

课后习题3是这样的：一台“220V 66W”的电风扇，线圈的电阻为20Ω，

（1）加上220V电压，求电风扇消耗的功率、转化为机械能的功率和发热功率。（2）如果接上220V电压后，扇叶给卡住，不能转动，求电风扇消耗的功率和发热功率。

这道题第一个问题易解决，因为风扇里面工作的电动机是非纯电阻电路，总的电功率是转化为热功率和机械功率两部分。当它正常工作时，电风扇消耗的功率为66W，I=P/U=66W/220V =3A/11 所以风扇的发热功率P₁=I²/R=1.49W，所以转化为机械能的功率为P₂=P-P₁=54.51W。

但在第二问中，由于扇叶给卡住了，电能没有转化为机械能，而是全部转化为内能，此时的电机相当于纯电阻电路，这样通过风扇的I’=U/R=220V/20Ω=11A,电风扇消耗的功率P₂’等于发热功率P₁’，所以P₁’= UI=11A×220V=2420W，这时电路功率大大超过了风扇的额定功率，风扇的电机自然会给烧坏。由此学生就受到启发，迅速联想到生活中出现的事情。比如家用电器如电风扇、抽油烟机、洗衣机等电机一旦不转，就易烧坏的现象，原因一下子就明白了。于是有些同学带着这样的问题进实验室玩了一回电动机，设计做了以下实验：用电流表测量电动机工作时的电流，在电动机正常转动时，突然握住转轴让它停止转动。这时电流表的指针偏转幅度突然增大，立即断电触摸线圈倍感发热很烫，弄明白了电机运转受阻塞时有很大的电流通过线圈容易烧毁电机的道理。从此，学生便有信心和知识去防止和减少家人朋友烧毁电器的麻烦。所以说如果把物理学习与实际联系起来，通过动手动脑解决身边一些应用问题，切身体会物理在优化生活，造福人类方面的鲜活事例，从中感受物理的必要和乐趣,就会受到启发。那么,实验和创新的冲动就激励他们把更多的精力投入到自己感兴趣的事情上，为以后应用物理当作有效手段探索过去和未来的领域，开拓创新，打下坚实基础。

虽然说实验探究的新理念在教学中发挥了很大的作用，但作为一线的老师还是碰到很多的困难：很多实验仪器、资料等内容建设远滞后于课程改革，只能靠教师去适当改进或用电脑课件来模拟，这样的效果可想而知。比如选修3—1内容中门电路的实验探究，门电路实验演示仪价格过高，而且当学生操作失误烧坏后，很难更换。如果自己去买仪器来组装，耗时过多不实际。有些探究实验课本上提得很好，但实际操作起来却很复杂。比如选修3—2中对电容器、电感器对交变电流的作用的探究，电容器、电感器、灯泡规格怎样，电源用多少伏等都没有说明，必须靠教师不断去尝试，才能达到最佳效果。

但不管怎么说更新教学理念，改革实验教学，提高学生的实验探究能力和培养学生创新精神，是时代赋予我们的一项艰巨任务。我们的探索刚开始，今后仍要继续试验，以期获得更好的效果。 

            参考文选

            1．赵凯华：《从物理学的地位和作用看对中学物理教学的要求》

            2．张大昌：《中学生的素质教育与高中物理教学内容的更新》

            3．《物理教师》期刊04—06年

            4．陈友道：《中学物理设计性实验案例》