物理探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

【摘要】文章針對中學(xué)物理新教材，結(jié)合在教育實(shí)踐中對“探究實(shí)驗(yàn)”的要求和功能的理解和認(rèn)識(shí)，對探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的分布、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的呈現(xiàn)形式、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)的評估交流等方面進(jìn)行了比較分析。然后從設(shè)計(jì)思想、風(fēng)格特點(diǎn)兩方面對中學(xué)物理探究實(shí)驗(yàn)的比較研究進(jìn)行總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】探究實(shí)驗(yàn) 中學(xué)物理

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0159-02

教學(xué)觀念的更新與學(xué)習(xí)方式的變革必然導(dǎo)致課堂教學(xué)模式隨之變革。隨著新的課程改革的不斷深入和新教材的實(shí)施，物理新教材創(chuàng)設(shè)了一個(gè)適應(yīng)學(xué)生全面發(fā)展的全新的物理探究實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式[1，2]。這種教學(xué)模式提倡學(xué)生主動(dòng)參與、樂于研究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決實(shí)際問題的能力以及交流和合作的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先將探究的問題、器材展現(xiàn)出來，讓學(xué)生自主選材，自主探究。這樣的設(shè)置，給學(xué)生無限的思維發(fā)展空間，讓學(xué)生盡情地猜想、思考、設(shè)計(jì)、操作，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程。有利用培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，實(shí)踐能力，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；有利于發(fā)展學(xué)生的思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力、分析解決問題的能力等多種能力。

從教育歷史上看，探究性學(xué)習(xí)更直接繼承了“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”和“探究學(xué)習(xí)”的思想，究其精神實(shí)質(zhì)而言，它吸收了杜威的“做中學(xué)”思想和布魯納“發(fā)現(xiàn)法”理論的精華，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在類似于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的教學(xué)過程中，讓學(xué)生親自動(dòng)手參與發(fā)現(xiàn)的過程，注重在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)，從而提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，適應(yīng)未來社會(huì)和個(gè)人發(fā)展的需要[3，4]。但對于科學(xué)探究對能力的培養(yǎng)，又不同于以往的發(fā)現(xiàn)法，探究問題的內(nèi)容和角度是多樣化的，探究的結(jié)論呈開放性，探究的方式也必然是靈活多樣的，這就與“發(fā)現(xiàn)法”片面強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程從而導(dǎo)致結(jié)論的封閉性，形成了明顯的對比。同時(shí)科學(xué)探究過程也不僅僅停留在“做中學(xué)”，還要求在“研究中學(xué)”，要以主動(dòng)探究的態(tài)度在了解（理解）別人研究成果的基礎(chǔ)上，有選擇的吸收然后再進(jìn)行自己的進(jìn)一步探究，這也與“做中學(xué)”片面強(qiáng)調(diào)個(gè)體的直接經(jīng)驗(yàn)形成了鮮明的對比。

1.探索課堂教學(xué)策略

探究式教學(xué)是以探究為基本特征的一種教學(xué)形式。學(xué)生是教學(xué)的主體，把促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的發(fā)展作為重點(diǎn)，以學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)為核心[5]。將教學(xué)與學(xué)生的實(shí)際緊密聯(lián)系起來，形成主動(dòng)的、活躍的、和諧氣氛的學(xué)習(xí)過程，通過交流與實(shí)踐，探索中發(fā)現(xiàn)新知，應(yīng)用新知。探究式教學(xué)是“以人為本”的教學(xué)?？梢娝刭|(zhì)教育的要求需要多采用探究式教學(xué)。

2.優(yōu)化教學(xué)過程

所謂優(yōu)化教學(xué)過程即把學(xué)科課堂作為一個(gè)“動(dòng)態(tài)流程”，從開端、發(fā)展、結(jié)束構(gòu)成教學(xué)的全過程。要使全過程得到優(yōu)化，就要善于在“動(dòng)態(tài)流程”的各個(gè)的環(huán)節(jié)調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，使他們的思維活力不斷涌現(xiàn)[6]。

現(xiàn)以初二物理教材蒸發(fā)為例來探討：

（1）設(shè)疑激勵(lì)。用酒精打濕的抹布擦黑板，過一會(huì)兒黑板干了并聞到一股酒精的氣味，實(shí)驗(yàn)引入課題；讓學(xué)生結(jié)合生活中曬衣服、晾床單等生活經(jīng)驗(yàn)猜測：蒸發(fā)可能和液體溫度的高低、液體表面積的大小及液體表面上空氣流動(dòng)的快慢有關(guān)。從而讓學(xué)生明白要研究的問題。

（2）帶疑探索。進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生酒精燈、滴管、滴瓶、毛玻璃片、回行針等這些器材，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。如有的學(xué)生設(shè)計(jì)出將兩塊毛玻璃片打磨的一面朝上，分別用滴管滴一滴水于毛玻璃片，其中的一塊不變，另一塊用回行針將水盡量攤平，觀察液體表面積的大小各蒸發(fā)關(guān)系，從而使學(xué)生的求知欲處于激發(fā)狀態(tài)。

（3）釋疑討論。鼓勵(lì)學(xué)生對知識(shí)進(jìn)行探索、討論及總結(jié)，并向教師和同學(xué)呈報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如上述實(shí)驗(yàn)中，一塊毛玻璃片上的水先干，則說明液體表面積越大蒸發(fā)越快。

（4）破疑歸納。教師結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行總結(jié)：蒸發(fā)的快慢和液體溫度的高低、液體表面積的大小、液體表面上空氣流動(dòng)的快慢有關(guān)；因而要加快蒸發(fā)可以提高液體的溫度；增大液體的表面積；加快液體表面上空氣的流動(dòng)。而在減慢蒸發(fā)應(yīng)采取相反的措施。

（5）新疑設(shè)置。在基本知識(shí)掌握后尚待進(jìn)一步重復(fù)、遷移、提高，可恰如其分的發(fā)出高級知識(shí)的刺激信息，聯(lián)系實(shí)際引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)方法解決實(shí)際問題。如讓學(xué)生解釋移栽樹木時(shí)，為了提高樹木的成活率一般選擇陰天早晨或傍晚，而不選擇太陽當(dāng)空的正午，且移栽樹木時(shí)盡是削掉一些枝葉。

（6）析疑思考。在掌握課題知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對課題向高能知識(shí)探索，進(jìn)行有意識(shí)的德育滲透[4]。如可讓學(xué)生看教材54面第二段，指出我國人均占水量不足全世界人均占水量不足全世界人均占水量的25%，要樹立節(jié)約用水的意識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心自然關(guān)心社會(huì)的情感。總之，教師追求的應(yīng)該是教育教學(xué)中的對學(xué)生“人格”發(fā)展的長期“隱性”效應(yīng)。

3.改進(jìn)教學(xué)手段

教育學(xué)要面向現(xiàn)代化，教學(xué)手段本身就應(yīng)該現(xiàn)代化。物理教學(xué)離不開現(xiàn)實(shí)的物理情境，但學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)、學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件都有限，也不可能讓學(xué)生做太多的現(xiàn)場參觀，這樣傳統(tǒng)的教學(xué)手段全憑一張嘴一支粉筆的教學(xué)模式嚴(yán)重阻礙了教學(xué)的提高，因此可將光電傳感器、錄像機(jī)、幻燈、投影及計(jì)算機(jī)等眾多媒體引入教學(xué)之中，成為教師自由使用的工具。以單擺周期的測量實(shí)驗(yàn)為例來探討：

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y量單擺的周期，驗(yàn)證單擺振動(dòng)的等時(shí)性。

（2）實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)單擺的擺角很小時(shí)，擺球受到的擺繩的拉力和重力的合力可看作指向平衡位置且大小隨擺球位置變化而做周期性變化的回復(fù)力，此時(shí)擺球的運(yùn)動(dòng)可看作簡諧運(yùn)動(dòng)。根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得到單擺的周期公式：T=2π■，其中l(wèi)為單擺的擺長，而g為重力加速度。從此公式可知單擺的周期只與其擺長和重力加速度大小有關(guān)，而與擺幅和質(zhì)量無關(guān)。這種特性稱為單擺的等時(shí)性。

（3）實(shí)驗(yàn)器材：思邁Prodigy-Lab數(shù)據(jù)采集器，光電門傳感器，計(jì)算機(jī)，單擺實(shí)驗(yàn)裝置。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟：1）如實(shí)驗(yàn)裝置所示架設(shè)好單擺實(shí)驗(yàn)裝置和光電門傳感器，調(diào)整擺球懸掛的高度，使擺球能自由擺動(dòng)并順利擋光；2）打開思邁數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)專業(yè)軟件，選擇進(jìn)入“單擺周期的測量”實(shí)驗(yàn)；3）將擺球拉離平衡位置（擺角不能大于5度），然后放開使其擺動(dòng)。4）改變單擺的擺幅和擺球的質(zhì)量，分別重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。最后比較各次的周期是否相同。圖1為實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖2為數(shù)據(jù)采集顯示圖。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

5）組織討論：①將兩次實(shí)驗(yàn)的擺長和重力加速度大小代入單擺周期公式計(jì)算出對應(yīng)的單擺周期的理論值，然后統(tǒng)計(jì)兩次實(shí)驗(yàn)中測得的單擺周期的平均值，將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與理論值比較，計(jì)算實(shí)驗(yàn)的相對誤差；

②分析單擺運(yùn)動(dòng)中擺球的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況，說明擺球的運(yùn)動(dòng)為什么具有等時(shí)性的特征。

6）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：單擺的振動(dòng)周期不隨振幅改變而改變，即具有等時(shí)性。

4.結(jié)束語

指導(dǎo)學(xué)生開展探究實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)注意對于學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)要及時(shí)給予指導(dǎo)，要注意因勢利導(dǎo)，適當(dāng)點(diǎn)撥不能越俎代庖，使他們感到充分的自由，要幫助學(xué)生解決靠他們自身難以解決的問題，如調(diào)查試卷的評價(jià)，打印、復(fù)印等問題。對學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中遇到的理論問題應(yīng)給予指導(dǎo)，對于某些現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生解釋，例如眼睛的科學(xué)道理等。最后對于學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中取得的成績給予充分肯定，及組織學(xué)生進(jìn)行交流，指導(dǎo)學(xué)生寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

參考文獻(xiàn)：

[1]現(xiàn)行普通高中教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整意見[M] 國家教委 1995（5）

[2]劉炳升.新課程建設(shè)的理論與實(shí)踐〔M]南京師范大學(xué)出版社，2006年7月

[3]宋仁橋.如何在物理教學(xué)中提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[J] 現(xiàn)代教育科學(xué)：教學(xué)研究，2010（9）

[4]郭克坤.新課程下的高中物理課堂教學(xué)模式探討[D]2006（10）

[5] 李炳亭.高效課堂22條[M] 山東文藝出版社，2009（5）

[6] 王義秀，臧傳軍.新課程標(biāo)準(zhǔn)與課堂教學(xué)實(shí)踐 [M]北京師范大學(xué)出版社，2009（7）

作者簡介：

何素芬（1975.12-），女，湖南省保靖縣民族中學(xué)，研究方向：物理教育。