高中物理探究式實驗設計的嘗試.doc

高中物理探究式實驗設計的嘗試 山東省青州第三中學（262500）霍岷培 探究式實驗教學的主要目的在于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。但目前的很多探究式物理實驗，學生只是按照教師設計的實驗步驟一步一步地去操作，學生幾乎不用思考，也不明白為什么這樣做，缺少了關鍵的實驗設計過程，不是真正的實驗探究。這樣不僅不能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，反而讓學生逐漸失去學習的興趣和探索的欲望。為了培養(yǎng)學生各方面的物理素養(yǎng)，必須引導學生自主設計實驗方案。筆者結合自己的教學實踐，在探究式實驗設計中進行了以下5點嘗試。 1創(chuàng)設實驗教學場景激發(fā)學生探究欲望 如果沒有實驗設計的場景，大部分學生會感覺到無從下手。所以要讓學生主動探究，必須給學生創(chuàng)設一個形象生動的場景，既能激發(fā)學生的探究欲望，又能激活學生的預備知識，讓學生的思考有明確的方向，進入實驗方案自主設計的理想思維狀態(tài)。 在“氣體的等溫變化”教學中，筆者用一個小實驗設置實驗情境：取一個剝去外殼的熟鵪鶉蛋，放在一個口徑略小于它的燒瓶瓶口處，把燒瓶浸入熱水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向上彈出；把燒瓶浸入冷水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向下進入燒瓶。讓學生在鵪鶉蛋可以完好無損地向上彈出和向下進入燒瓶的驚奇中，設置引導問題，鵪鶉蛋在某一瞬間為什么會向上彈出（或向下進入燒瓶），激發(fā)學生對將要學習的氣體問題產生濃厚的興趣，提出要探究的問題：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積變化時的關系。這樣的設計符合學生的認知規(guī)律。 2教師引導對問題進行科學猜想 如果學生沒有經過科學猜想就進行實驗設計，學生不知道實驗的目的，實驗設計就難以進行下去，不能培養(yǎng)學生的猜想能力，經歷的探究過程也不能鍛煉創(chuàng)新思維。所以教師必須引導學生根據已掌握的物理知識、隨堂實驗和生活經驗，把學生引入科學猜想的情景，有理有據地對問題進行猜想，明確探究的方向。 在探究“影響導體電阻的因素”的教學中，筆者通過下面3個現象引導學生猜想：滑動變阻器的滑片移動，電阻變化；使用的是220V的燈泡，燈絲越粗越亮；電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設計給學生的探究指明了方向，學生一步一步地得出自己的科學猜想。 3教師引導選用實驗器材 如果教師直接給學生提供實驗器材，并介紹各種實驗器材的功能，代替了學生的探究和猜想，學生沒有學會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學生預備多種器材，包括一部分無用器材，讓學生在問題的引導下思考實驗的原理，選用器材，思考有沒有更好的替代器材，有沒有創(chuàng)新，體現探究的開放性。 在“測定電池的電動勢和內阻”的實驗中，筆者陳列一些實驗器材：干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等，讓學生選擇器材，自行設計電路圖來完成實驗。筆者用下面的問題來引導學生選擇實驗器材：需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么；選擇什么規(guī)格的器材，被測干電池選內阻較大的還是較小的，伏特表選什么量程，安培表選什么量程，滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設計引導學生重視分析實驗器材與實驗目的和原理的聯系，分析為什么要選用這些器材，這些器材有什么用途，把本實驗的知識融合在一起，在分析問題的過程中培養(yǎng)學生獨立思考的能力。 4問題引導自主設計初始實驗方案 學生根據自己的預備物理知識，在教師的問題引導下自主設計檢驗猜想的實驗方案，包括根據實驗要求理解實驗原理、先后測量哪些物理量、具體如何操作、編寫實驗步驟、設計實驗表格等。 在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，筆者用下面的問題來引導學生進行初始方案的設計。物體的加速度與它受的力、質量這兩個因素均有關，應采用什么實驗方法得出加速度與力、質量三者間的定量關系？這個實驗需要測量的物理量有哪些？怎樣測量小車的加速度？需要什么器材？請同學們設計一個可行的實驗方案。我們要讓細線對小車的拉力等于小車受到的合力，怎樣平衡掉阻力？阻力哪些方面？怎樣才算平衡掉了阻力？通過以上問題的引導，學生知道了實驗的方法，解決了實驗設計中的困難，最后大多數同學都能設計出自己的實驗方案。 5小組合作交流進一步優(yōu)化實驗方案 由于每個學生的實驗方案設計水平不一樣，思考問題的角度也不一樣，得出的實驗方案就有若干種，所以有必要對初始實驗方案通過小組合作的方式進行交流，交流初始實驗方案中未解決的問題。著重交流實驗器材的選用、實驗如何改進、實驗各部分的前后順序如何安排、實驗數據的表格如何設計、組內成員如何分工、實驗過程中應注意的問題等，從而進一步改進實驗方案，最終得出較合理的實驗方案。 在“探究功與物體速度變化的關系”的教學中，學生在教師適當的點撥指導下，自主設計出可行的實驗方案，并在各小組內交流后展示，有的小組受“探究加速度與力、質量的關系”實驗的啟發(fā)，實驗設計如圖1所示，由鉤碼提供牽引力拖著小車做實驗，可以通過改變鉤碼個數的方法來改變功的大小，探究拉力做功與小車速度變化的關系。還有的小組受拉力器的啟發(fā)，實驗設計如圖2所示，由橡皮筋提供牽引力，探究橡皮筋對小車的彈力做的功和小車速度變化的關系。師生經過交流，認為既可以考慮用恒力做功，如圖1的方案；也可以用變力做功，如圖2的方案。如何探究功與小