優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)從探索性隨堂實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)授課，從研究性隨堂實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力上海市桐柏高級(jí)中學(xué)金麗雯實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，在物理授課中合理、合適地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，可給學(xué)生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)立一個(gè)優(yōu)異的思想、學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能主動(dòng)地獲取物理知識(shí)和發(fā)展能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)質(zhì)量和世界觀的形成。中學(xué)物理授課必定以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，這是由實(shí)驗(yàn)自己特點(diǎn)及其在物理授課中的作用所決定的。新版《上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標(biāo)準(zhǔn)》），物理實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究相同，是物理課程和物理授課中的一個(gè)重要組成部分?？茖W(xué)研究原指科學(xué)家們研究自然世界所用的各種方法。作為一種求知過(guò)程，也能夠指學(xué)生們用以獲取悉識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)思想、領(lǐng)悟科學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神而進(jìn)行的各種活動(dòng)。學(xué)生研究科學(xué)知識(shí)的過(guò)程和科學(xué)家所從事的研究活動(dòng)和思想過(guò)程在實(shí)質(zhì)上是相同的，都是經(jīng)過(guò)正視新的問(wèn)題和新的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)收集資料，提出并考據(jù)假設(shè)來(lái)成立科學(xué)的知識(shí)，獲取科學(xué)的方法和養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度。學(xué)生在研究科學(xué)知識(shí)的過(guò)程中所需要的能力（包括觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，思想能力，想象能力，運(yùn)用科學(xué)方法的能力，判斷決策的能力，表達(dá)、交流、合作的能力等），在研究過(guò)程中得以表現(xiàn)和發(fā)展?？茖W(xué)研究的一般過(guò)程為：實(shí)驗(yàn)自己就是一種基本的科學(xué)研究方法。那么，怎樣在實(shí)驗(yàn)授課中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力呢？我們應(yīng)努力創(chuàng)立實(shí)驗(yàn)條件，以新的方法去運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，用新的著力點(diǎn)去研究實(shí)驗(yàn)授課，打破以掌握知識(shí)為目的的傳統(tǒng)授課方法；側(cè)重學(xué)生的研究過(guò)程，將課堂授課與實(shí)驗(yàn)授課完滿(mǎn)結(jié)合，形成研究性隨堂實(shí)驗(yàn)授課。在教師的精心組織和指導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過(guò)親自著手操作、觀察現(xiàn)象、解析數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)、考據(jù)反思、得出結(jié)論。這樣不但能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且使學(xué)生的科學(xué)研究能力能夠在此過(guò)程中得以培養(yǎng)和發(fā)展。幾年來(lái)，我從以下幾個(gè)方面經(jīng)過(guò)研究性隨堂實(shí)驗(yàn)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的研究能力。一、將演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)檠芯啃噪S堂實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力物理授課中的演示實(shí)驗(yàn)是十分重要的，讓學(xué)生對(duì)演示實(shí)驗(yàn)加以觀察、解析、總結(jié)，這對(duì)成立清楚的看法、揭穿現(xiàn)象實(shí)質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和思想能力是必不能少的。但是，演示實(shí)驗(yàn)常常將學(xué)生至于“看”或“聽(tīng)”的地位，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，特別是著手能力得不到進(jìn)一步提高。心理學(xué)研究表示：聽(tīng)能夠記住10%的信息；看能夠記住30%的信息；動(dòng)手做能夠記住90%的信息。因此，在條件贊同的情況下，盡量將一些授課演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn),變學(xué)生“看”,為學(xué)生“做”，這樣能充分激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生辦理問(wèn)題能力。比方：向心力是勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的重要看法，向心力演示實(shí)驗(yàn)是引出向心力計(jì)算公式的基礎(chǔ)。在條件贊同的情況下，我將此實(shí)驗(yàn)改成了研究性隨堂實(shí)驗(yàn)：1．課前準(zhǔn)備：在學(xué)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度和角速度，研究同軸轉(zhuǎn)動(dòng)和異軸傳動(dòng)的問(wèn)題時(shí)，將向心力演示器作為解析實(shí)例，研究在同一轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的不相同地址線(xiàn)速度之間的關(guān)系，傳達(dá)帶在變速盤(pán)不相同擋位左右盤(pán)角速度之比。2．課堂上提出兩個(gè)問(wèn)題思慮：1）猜想：向心力的大小可能會(huì)跟哪些要素相關(guān)？2）怎樣經(jīng)過(guò)此實(shí)驗(yàn)裝置研究向心力與這些要素之間的關(guān)系？由于向心力演示器是首次與學(xué)生見(jiàn)面。當(dāng)學(xué)生最后猜想得出向心力可能跟m、ω（v）、相關(guān)后，就開(kāi)始著手于研究實(shí)驗(yàn)器材，熟悉操練器材，解析各部件的功用，并同時(shí)思慮：A.“當(dāng)金屬球放在橫臂擋板邊，變速盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小球碰到的向心力由什么來(lái)供應(yīng)？”若是是演示實(shí)驗(yàn)，那么學(xué)生可能看不清楚器材構(gòu)造，對(duì)標(biāo)尺上的刻度反響了小球碰到向心力的大小這一看法的感覺(jué)就比較模糊，經(jīng)過(guò)8人一組的學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)，學(xué)生經(jīng)過(guò)親手操作，很快就能理解擋板對(duì)小球的作用力與標(biāo)尺刻度的關(guān)系。B.“依照此實(shí)驗(yàn)器材，你怎樣研究向心力和相關(guān)物理量的關(guān)系？”學(xué)生擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，運(yùn)用“控制變量法”這一科學(xué)方法，依照自己對(duì)器材的解析，有的組談?wù)摮鲇每刂谱兞糠ㄑ芯肯蛐牧蚼、ω、r的關(guān)系，有的組談?wù)摮鲇每刂谱兞糠ㄑ芯肯蛐牧蚼、v、r的關(guān)系。學(xué)生在相互討論交流和自行設(shè)計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不相同組設(shè)計(jì)并得出不相同的方案，并設(shè)計(jì)表格（以下所示）也大體得出向心力與m、ω（v）、r的關(guān)系。這樣做，不但增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的機(jī)遇，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，思想能力，表達(dá)、交流、合作能力等。同時(shí)也表現(xiàn)出科學(xué)研究過(guò)程的矯捷性，多樣性?？刂屏坎僮鹘Y(jié)果1．控制____不變2．控制____不變3．____變化1．____________________________________2.______________________________________3.結(jié)論1：二、將考據(jù)性實(shí)驗(yàn)變?yōu)檠芯啃噪S堂實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力傳統(tǒng)的學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)大體可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是考據(jù)性實(shí)驗(yàn)，如“平拋運(yùn)動(dòng)”等，另一類(lèi)是知識(shí)的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”等。這兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)都是在學(xué)生掌握相關(guān)的知識(shí)后進(jìn)行的，因此，學(xué)生失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的“奇特”和研究欲望。因此我感覺(jué)在授課過(guò)程中，某些考據(jù)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺坝谥R(shí)授課進(jìn)行，經(jīng)過(guò)教師引導(dǎo)或點(diǎn)撥，讓學(xué)生自己來(lái)操作、觀察、解析和研究，使學(xué)生成為知識(shí)的再發(fā)現(xiàn)者而不是接受者。這樣，不但能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而且能夠使學(xué)生親自體驗(yàn)與參加研究過(guò)程，有利于學(xué)生牢固掌握相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)和方法。比方：在《電磁感覺(jué)現(xiàn)象》這一節(jié)的授課中，把《電磁感覺(jué)現(xiàn)象》的學(xué)生實(shí)驗(yàn)改編成研究性隨堂實(shí)驗(yàn)的形式。把“磁怎樣生電”這一較難理解的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)教師由淺入深，層層遞進(jìn)的引導(dǎo)，漸漸加大研究力度，使學(xué)生得出正確的結(jié)論。圖1圖3圖2圖4開(kāi)始，絕大部分學(xué)生面對(duì)桌上的一堆實(shí)驗(yàn)器材毫無(wú)眉目，表達(dá)法拉第的實(shí)驗(yàn)(圖1)啟示學(xué)生，讓學(xué)生理解電磁感覺(jué)現(xiàn)象是怎么回事。爾后，從實(shí)驗(yàn)漸漸惹起學(xué)生對(duì)于“產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”的思慮。學(xué)生剛開(kāi)始發(fā)現(xiàn)條形磁鐵只有相對(duì)副線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn)生感覺(jué)電流（圖2）。當(dāng)我問(wèn)道：“若是沒(méi)有條形磁鐵，依照桌上給出的實(shí)驗(yàn)器材，能夠用什么來(lái)取代條形磁鐵？”學(xué)生開(kāi)始試一試用通電原線(xiàn)圈取代條形磁鐵(圖3)，漸漸發(fā)現(xiàn)當(dāng)原線(xiàn)圈不動(dòng)，經(jīng)過(guò)打開(kāi)（或閉合）電鍵；改變滑動(dòng)變阻器滑片的地址；抽出（或插入）軟鐵棒等方法改變?cè)€(xiàn)圈的電流，也能使副線(xiàn)圈中產(chǎn)生感覺(jué)電流。于是，他們自己修正了產(chǎn)生感覺(jué)電流的條件，認(rèn)為是磁場(chǎng)發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生感覺(jué)電流。我又問(wèn)“若是磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不能夠變化，能不能夠使線(xiàn)圈中產(chǎn)生感覺(jué)電流？”學(xué)生又開(kāi)始進(jìn)行談?wù)摵脱芯繉?shí)踐。最后，當(dāng)學(xué)生用線(xiàn)框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線(xiàn)(圖4)，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)不變，閉合回路在磁場(chǎng)中的有效面積發(fā)生變化，也能產(chǎn)生感覺(jué)電流時(shí)，才對(duì)產(chǎn)生感覺(jué)電流的條件閉合回路的磁通量發(fā)生變化有了最后的深刻認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)矯捷電流計(jì)的指針會(huì)向不相同方向偏轉(zhuǎn)，而且有時(shí)隨著操作圖通，指針偏轉(zhuǎn)角度也會(huì)不相同，這一問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，為本章的后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下了伏筆。學(xué)生的研究欲望也并沒(méi)有由于這節(jié)課的結(jié)束而冷卻下來(lái)。在教師的啟示，點(diǎn)撥下，學(xué)生思想上經(jīng)歷了“提出問(wèn)題猜想假設(shè)實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)象觀察歸納解析得出結(jié)論”的研究過(guò)程，在享受實(shí)驗(yàn)成功的歡樂(lè)同時(shí)，科學(xué)研究能力獲取進(jìn)一步的培養(yǎng)和發(fā)展。實(shí)質(zhì)操作中經(jīng)歷了“實(shí)踐理論再實(shí)踐”的過(guò)程，能夠培養(yǎng)學(xué)生腳扎實(shí)地的科學(xué)態(tài)度和優(yōu)異作風(fēng)。三、引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)研究能力的靈便性和獨(dú)創(chuàng)性學(xué)生的科學(xué)研究能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的。在高中物理授課過(guò)程中，創(chuàng)立機(jī)遇讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過(guò)程。經(jīng)過(guò)引導(dǎo)，使學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮碜孕性O(shè)計(jì)、進(jìn)行、獨(dú)立完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，不僅好有效地培養(yǎng)、鍛煉他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，而且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，能夠培養(yǎng)他們科學(xué)研究的獨(dú)創(chuàng)性。授課過(guò)程中，能夠配合章節(jié)的授課目的、主題，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中，“科學(xué)研究”有提出問(wèn)題、作出假設(shè)、使用工具和收集憑據(jù)、辦理數(shù)據(jù)和講解問(wèn)題、表達(dá)與交流這六個(gè)基本要素。由于條件的限制性，其實(shí)不是說(shuō)每個(gè)內(nèi)容都要由這六個(gè)要素組成。在詳盡授課中，依照不相同的內(nèi)容、章節(jié)、目標(biāo)、要求，能夠有所重視，也許只浸透其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)要素。比方：在《氣體》這一章的授課中，三個(gè)定律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的。利用這個(gè)主題，請(qǐng)學(xué)生做一次小小科學(xué)家，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生在明確研究目的和已知條件的情況下，思慮實(shí)驗(yàn)原理，擬定合適的計(jì)劃，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，確定研究所需實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備。在學(xué)習(xí)《查理定律》以前，能夠要修業(yè)生依照密閉氣體質(zhì)量必然，體積不變的條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系。在學(xué)生毫無(wú)眉目的情況下，先引導(dǎo)學(xué)生思：，怎樣選擇所需要的器材：經(jīng)過(guò)溫度計(jì)來(lái)記錄溫度，能夠經(jīng)過(guò)電熱絲來(lái)加熱改變氣體的溫度等。再引導(dǎo)學(xué)生思慮：怎樣經(jīng)過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。最初學(xué)生設(shè)計(jì)方案如圖1所示。由于認(rèn)識(shí)到要賭氣體體積保持不變，因此應(yīng)在活塞最初地址做出記號(hào)，進(jìn)行紀(jì)錄；當(dāng)溫度發(fā)生改變使活塞搬動(dòng)后，經(jīng)過(guò)疊加重物使活塞回到原來(lái)的地址（如圖2），經(jīng)過(guò)

計(jì)算出壓強(qiáng)。經(jīng)過(guò)談?wù)?，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：加物體很難實(shí)現(xiàn)任意溫度都能正好回到原來(lái)的地址。于是有的學(xué)生決定，固定活塞，用金屬壓強(qiáng)計(jì)來(lái)測(cè)壓強(qiáng)（如圖3），也有同學(xué)想出了用U型管也能測(cè)量壓強(qiáng)（如圖4）。也有同學(xué)認(rèn)為直接用燒瓶、燒杯也許鐵罐子之類(lèi)的密閉容器來(lái)取代氣缸等等。就對(duì)于圖4怎樣使左管的液面回到原處，學(xué)生也談?wù)摮霾幌嗤尚蟹桨福河械恼J(rèn)為能夠在右管中滴入液體，可使左管液面回到原處；有的認(rèn)為能夠經(jīng)過(guò)調(diào)治右管的高度來(lái)達(dá)到目的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生提出了多個(gè)研究方案，選擇不相同的實(shí)驗(yàn)器材，不但培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的獨(dú)創(chuàng)性和靈便性。經(jīng)過(guò)此次設(shè)計(jì)，在今后的等壓、等溫過(guò)程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生就已經(jīng)駕輕就熟了。四、將研究性隨堂實(shí)驗(yàn)向課外研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生科學(xué)研究能力的發(fā)展學(xué)習(xí)科學(xué)的過(guò)程應(yīng)該是生動(dòng)的，與生活親近相連的，這樣才能激倡導(dǎo)學(xué)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究熱情。課堂終究不是真切的科學(xué)研究、科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)室。在課堂里，師生們所追求的目標(biāo)與在實(shí)驗(yàn)室里科學(xué)家們所追求的目標(biāo)也不盡一致。由于課堂授課在時(shí)間上和空間上存在限制性，開(kāi)發(fā)課外研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，使研究性學(xué)習(xí)稱(chēng)為課堂學(xué)習(xí)的延伸，對(duì)填充課堂授課的不足，激發(fā)情味、拓寬視野，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究能力大有補(bǔ)益。比方：在《氣體》這一章的學(xué)習(xí)后，提出“估測(cè)壓力鍋內(nèi)水的溫度”的研究課題，獲取課題后學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)了各種方案。有的認(rèn)為改裝壓力鍋，直接用溫度計(jì)測(cè)量，但是這種方案不太符合實(shí)質(zhì)。有人想到水的沸點(diǎn)與氣壓相關(guān)，這完好能夠經(jīng)過(guò)查閱資料來(lái)獲取。于是學(xué)生們決定變換要測(cè)量的物理量，用計(jì)算壓力鍋中氣體的壓強(qiáng)來(lái)估測(cè)水溫。課題確定后，學(xué)生分小組進(jìn)行：有的負(fù)責(zé)查閱資料，研究水的沸點(diǎn)隨壓強(qiáng)變化的關(guān)系；有的找來(lái)不相同品牌及大小的壓力鍋，先測(cè)量出壓力鍋噴嘴的直徑、限壓閥的質(zhì)量，再依照，求出水沸騰時(shí)的壓強(qiáng)。最后小組資料匯總，得出結(jié)論。在活動(dòng)中，學(xué)生進(jìn)行了從直接測(cè)量水溫到經(jīng)過(guò)壓強(qiáng)來(lái)測(cè)量水溫的過(guò)程，表現(xiàn)了“巧妙變換”的測(cè)量思想，提高了確定研究課題的能力和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力。學(xué)生經(jīng)過(guò)各種不相同的路子查閱資料，不但提高了搜集相關(guān)數(shù)據(jù)、資料的能力，而且查閱的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)了第一只高壓鍋“帕平鍋”的來(lái)歷，拓寬了知識(shí)面。學(xué)生們先分頭行動(dòng)，再進(jìn)行匯總，在相互交流的過(guò)程中增進(jìn)學(xué)生間合作、交流能力。這些富饒?zhí)魬?zhàn)性的又與生活親近相關(guān)的研究課題，使學(xué)生既游弋于研究的過(guò)程之中，又有方向、有目的地漸漸領(lǐng)悟到科學(xué)研究的智慧和方法，學(xué)生的科學(xué)研究能力獲取進(jìn)一步的促進(jìn)和發(fā)展。綜上所述，作為基礎(chǔ)教育中的高中物理授課，在授課