科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究在物理教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃美榮

摘要：本文闡述了科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的涵義、包含的要素以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中各要素在物理教學(xué)設(shè)計(jì)中的具體實(shí)施，希望能給我們的物理教學(xué)帶來幫助。

關(guān)鍵詞：科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究；物理教學(xué)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）06-0096

我國的教育課程經(jīng)歷了一次又一次的改革，在本次基礎(chǔ)教育改革中，加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)；改變課程實(shí)施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、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、分析和解決問題的能力以及交流與合作能力等，注重從自然與生活現(xiàn)象中引入物理問題，通過探究尋找物理規(guī)律，然后將其運(yùn)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐；注重讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，養(yǎng)成科學(xué)探究的能力。那么，什么是科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究呢？

一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究是物理學(xué)的本質(zhì)特征之一，是讓學(xué)生模擬科學(xué)家的工作過程，利用一定的科學(xué)方法，按照一定的科學(xué)思維探索科學(xué)問題過程。通過科學(xué)探究學(xué)習(xí)科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)探究所需要的各種能力，增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究的理解，提高學(xué)習(xí)興趣，體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程。科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的課堂教學(xué)氣氛寬松、學(xué)生思維活躍，能夠真正體現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人。學(xué)生的主體性和師生的平等性能夠得到充分體現(xiàn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)能力得到培養(yǎng)，知識(shí)面寬，樂于、善于思考問題，學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)，因此，在物理課的教學(xué)中應(yīng)盡可能多的讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)探究主要有七個(gè)要素，即：1. 提出問題；2. 猜想與假設(shè)；3. 制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；4. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)；5. 分析與論證；6. 評(píng)估；7. 交流與合作。

二、科學(xué)探究中各要素在教學(xué)設(shè)計(jì)中的具體實(shí)施

1. 創(chuàng)設(shè)情境培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神和提出問題的能力

物理課堂教學(xué)過程中應(yīng)該是以不斷地提出問題并解決問題的方式來獲取新知識(shí)的問題性思維過程。解決問題首先是要提出問題，因此教師無論是在教學(xué)的整體過程，還是在教學(xué)過程中某些微觀的環(huán)節(jié)，都應(yīng)該十分重視問題情境的創(chuàng)設(shè)。創(chuàng)設(shè)問題情境的實(shí)質(zhì)在于揭示事物的矛盾或引起內(nèi)心的沖突，動(dòng)搖主體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，從而喚起思維，激發(fā)其內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生進(jìn)入問題探索的“角色”。

2. 通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，提高解決問題的猜想與假設(shè)能力

對(duì)某一事物結(jié)果的預(yù)測(cè)與猜想是進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新的前提。有了大膽的猜想，然后才會(huì)用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證真?zhèn)巍＝處熢诮虒W(xué)中要及時(shí)鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)，這對(duì)激發(fā)學(xué)生的興趣和強(qiáng)烈的求知欲以及科學(xué)探究能力、直覺思維能力等方面有非常好的作用。具體操作方法有：

（1）根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究科學(xué)猜想

生活經(jīng)驗(yàn)是人最直接的感覺，它是學(xué)習(xí)各種知識(shí)的基礎(chǔ)和源泉。例如：探究課題——滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)。鼓勵(lì)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)里進(jìn)行猜想，學(xué)生A：我想與接觸面的粗糙程度有關(guān)，因?yàn)樵谒嗟匕迳喜灰谆樱诒嫔献吆苋菀姿さ埂?/p>

生B：騎自行車剎車時(shí)，越用力捏剎車閘車越容易停下來，所以我認(rèn)為與壓力有關(guān)。然后，教師：還能舉出支持這兩個(gè)觀點(diǎn)的案例嗎？學(xué)生回答：滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度和壓力有關(guān)等。本例中的方法就是初中物理科學(xué)探究教學(xué)中十分常見的一種猜想方法。

（2）運(yùn)用直覺進(jìn)行猜想

直覺猜想是一種非邏輯的突然領(lǐng)悟，是以自己已擁有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從整體上跳躍地、直接地、迅速地、抽象地把握事物本質(zhì)，提出猜想的過程。它的一般操作程序是：針對(duì)問題——憑直覺去感受——提出猜想與假設(shè)。例如：在探究“凸透鏡成像規(guī)律”的課題中：教師演示凸透鏡的成像，并改變物距，讓學(xué)生觀察像的大小的變化。然后提出問題，凸透鏡所成像的大小與什么因素有關(guān)？學(xué)生就能通過觀察的直覺認(rèn)為：與物距的大小有關(guān)。這就是運(yùn)用直覺進(jìn)行猜想。

（3）運(yùn)用物理學(xué)思維過程進(jìn)行猜想

這種方法的一般程序是針對(duì)提出的問題尋找大量與問題相關(guān)的實(shí)例，然后通過觀察到的一些現(xiàn)象或利用身邊器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行分析，最后歸納出它們的共性從而形成猜想。例如：科學(xué)探究——牛頓第一定律，提出問題：運(yùn)動(dòng)的物體如果不受其他物體的作用會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去嗎？有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為：物體不受力就就不會(huì)運(yùn)動(dòng)；也有的學(xué)生認(rèn)為：物體不受力將一直運(yùn)動(dòng)下去；還有的學(xué)生認(rèn)為以上兩種觀點(diǎn)都不對(duì)，比如放在桌上的書，如果不受力它就保持靜止，而運(yùn)動(dòng)的物體如果不受力的作用，它將一直運(yùn)動(dòng)下去。通過學(xué)生的猜想并找尋事實(shí)加以說明分析，從而形成較有立足點(diǎn)的猜想。

3. 通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力

制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就是從操作的角度把探究的猜想與假設(shè)具體化、程序化。在制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生明確要探究的問題，以及分析影響問題因素有哪些，哪些是主要因素，哪些是次要因素，不能眉毛胡子一把抓；其次，要讓學(xué)生知道，在制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要確定研究方法和選用的器材，而選用器材要從實(shí)驗(yàn)原理、減小誤差等方面考慮；最后是設(shè)計(jì)操作步驟，必須要求他們?cè)诓襟E中要說清簡要的操作方法和程序，并畫出圖和記錄數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的表格。在學(xué)生的計(jì)劃制定好后，要鼓勵(lì)學(xué)生互相交流、互相學(xué)習(xí)、共同探討、取長補(bǔ)短。

4. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)的教學(xué)設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)探究計(jì)劃制定好后，接下來就是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作，這是學(xué)生最感興趣的一個(gè)環(huán)節(jié)。但在教學(xué)中一定要引導(dǎo)得好，否則他們會(huì)東摸摸西瞧瞧，不僅起不到探究的作用，還會(huì)養(yǎng)成散漫的不良習(xí)慣，造成許多負(fù)面影響，所以在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以及要根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，并實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

5. 實(shí)驗(yàn)探究的第五個(gè)環(huán)節(jié)就是分析與論證

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)和概括結(jié)論的能力，以上的各個(gè)環(huán)節(jié)就是為了能得出一個(gè)正確的結(jié)論。分析與論證的操作方法有以下幾種：

（1）運(yùn)用推理的方法進(jìn)行操作得出結(jié)論。例如：在得出牛頓第一定律的過程中，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——小車在三種表面上運(yùn)動(dòng)情況不同，在毛巾表面運(yùn)動(dòng)的距離最短，在玻璃表面上運(yùn)動(dòng)的距離最長。然后，引導(dǎo)學(xué)生找出它們發(fā)展的趨勢(shì)：表面越光滑，小車前進(jìn)的距離越遠(yuǎn)。最后進(jìn)一步推廣到理想化的情況：如果表面絕對(duì)光滑，小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

（2）運(yùn)用歸納法得出結(jié)論。例如：通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下一些證據(jù)：人發(fā)聲時(shí)，手觸摸喉嚨有振動(dòng)的感覺；在揚(yáng)聲器上撒一些泡沫小顆粒，當(dāng)它發(fā)聲時(shí)泡沫小顆粒會(huì)不停地跳動(dòng)；在桌上放一盆水，當(dāng)敲響桌面時(shí)，水會(huì)抖動(dòng)。綜上現(xiàn)象得出結(jié)論：發(fā)聲的物體都在振動(dòng)。

6. 在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中“評(píng)估”也是重要的環(huán)節(jié)

評(píng)估的主要內(nèi)容有：實(shí)驗(yàn)過程是否合理、結(jié)論的可信度及改進(jìn)探究的方案。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，從而找出設(shè)計(jì)中的不足之處，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出可靠的結(jié)論。例如：在“測(cè)石塊的密度”的實(shí)驗(yàn)中，有的學(xué)生是先測(cè)質(zhì)量，在用量筒和水測(cè)體積；也有的學(xué)生是先測(cè)體積，然后用天平測(cè)質(zhì)量。針對(duì)這兩種方法讓學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，從而明確結(jié)論的可靠性。

7. 在實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)中更要重視學(xué)生的交流與合作

科學(xué)家善于合作與交流，敢于提出與眾不同的見解，也敢于修正或放棄自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。例如：愛因斯坦和波爾進(jìn)行了長達(dá)20于年的量子力學(xué)到大論戰(zhàn)，而這種學(xué)術(shù)之爭(zhēng)并未影響兩位科學(xué)泰斗的友誼，反而在解答愛因斯坦提出的一個(gè)個(gè)難題的過程中，波爾等人逐漸完成了量子力學(xué)體系。通過這件事來強(qiáng)化學(xué)生的合作意識(shí)，并且還要讓學(xué)生知道交流與合作應(yīng)該滲透到實(shí)驗(yàn)探究的整個(gè)過程中。通過這個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)，可以培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、善于與他人相處、尊重他人，信賴他人，建立和諧的人際關(guān)系。

總之，我們教師要重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)，充分利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究來培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、科學(xué)探索精神；促進(jìn)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力和實(shí)際運(yùn)用能力的提高。教育的根本目的不單純是給予學(xué)生大量的知識(shí)，而是要教會(huì)學(xué)生如何學(xué)習(xí)，以指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法和培養(yǎng)能力為根本任務(wù)。我們要把科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究滲透到教學(xué)的整個(gè)過程中，只有這樣才能全面提高學(xué)生的素質(zhì)。endprint