張艷娜

新課程的一個(gè)重要理念是注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化?？茖W(xué)探究包括以下幾個(gè)要素：提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析與論證、評估、交流與合作?？茖W(xué)探究的過程需要運(yùn)用具體的方法，物理實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)科開展科學(xué)探究的重要思想和方法，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成和發(fā)展的基礎(chǔ)和組成部分。因此加強(qiáng)科學(xué)探究，特別是在高中物理課程中，運(yùn)用科學(xué)探究的思想改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使科學(xué)探究落到實(shí)處，能有效地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。本文從5個(gè)方面探討如何在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)科學(xué)探究的課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、科學(xué)探究能力和實(shí)踐能力。

利用課堂演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方法教育，讓學(xué)生

學(xué)習(xí)科學(xué)探究的思想方法

課堂演示實(shí)驗(yàn)是教師結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容的需要，用演示的方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是一種直觀的教學(xué)手段。它是教師講解物理學(xué)概念、規(guī)律的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力、觀察能力，掌握科學(xué)方法的有效途徑。通過演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方法教育，不僅能讓學(xué)生學(xué)會如何確定實(shí)驗(yàn)的步驟，掌握一些基本的實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想，研究物理問題的實(shí)驗(yàn)方法，為培養(yǎng)他們的物理創(chuàng)新能力打下良好的基礎(chǔ)[1]。

如初中學(xué)生在研究“導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)”的演示實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的要求是定性的，通過用保證電壓U一定用電流強(qiáng)度 來比較電阻R的大小，讓學(xué)生體會到“控制變量”“間接測量”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是中學(xué)階段的一種重要方法。在教師的演示實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生還可以潛移默化地學(xué)習(xí)到如“以大量小”“疊加法”“放大法”“替代法”“比較法”和“驗(yàn)證法”“模型法”以及用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等探究物理問題的重要方法，在以后的學(xué)習(xí)中就能自主靈活地運(yùn)用這些方法，培養(yǎng)探究意識。

在多種實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、討論和辨析中

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

在高中電阻定律的學(xué)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生在初中定性研究“導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上深入探究定量關(guān)系，學(xué)生可以根據(jù)控制變量的方法提出設(shè)計(jì)方案，也可以提出一些具體問題，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這里介紹一個(gè)案例。

形成猜想和假設(shè)

1）有n條材料相同、長度相同、截面積s相等的電阻絲串聯(lián)在電路中，設(shè)每條電阻絲的電阻為r，請推導(dǎo)出這些電阻串聯(lián)的總電阻R的關(guān)系式。（根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，R=nr，又由于電阻絲的總長L=n ，可得：R/r=L/l）

2）有n條材料相同、長度相同、截面積s相等的電阻絲并聯(lián)在電路中，設(shè)每條電阻絲的電阻為r，請推導(dǎo)出這些電阻并聯(lián)的總電阻R的關(guān)系式。（根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)，R=r/n，又由于電阻絲的總截面積S=ns，可得：R/r=s/S）

3）根據(jù)上面推演的關(guān)系式，可能提出什么樣的猜想？（電阻絲的電阻與其長度成正比，與其截面積成反比）

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因?yàn)檫@種關(guān)系是在給定的特殊條件下推導(dǎo)出來的，還沒有證明是否具有普遍的意義，所以需要用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。為了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題。1）需要驗(yàn)證的假設(shè)是什么？R與L和S的定量關(guān)系；2）怎樣測量電阻R？應(yīng)用歐姆定律。3）怎樣選擇和設(shè)計(jì)技術(shù)方案？學(xué)生與教師共同討論，設(shè)計(jì)和選擇一定的技術(shù)方案。

方案1控制電壓相同，分別改變導(dǎo)體的長度、截面積和材料，比較電流強(qiáng)度，如同初中物理實(shí)驗(yàn)中的方案。

方案2控制電流強(qiáng)度相同，比較不同長度、截面積、材料的導(dǎo)體的電壓，電路如圖1所示。

方案3測量電流、電壓，用伏安法計(jì)算出導(dǎo)體的電阻，研究電阻與導(dǎo)體參數(shù)的關(guān)系。

方案4替代法測電阻，即用電阻箱替代待測電阻，在其他條件不變的情況下，調(diào)節(jié)電阻箱電阻，使替代前后的電流相同。

通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、選擇實(shí)驗(yàn)方案，既體現(xiàn)了科學(xué)探究的思想，也是學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的過程，如間接測量的方法、控制變量的方法、等效替代的方法等。由于課堂上受時(shí)間的限制，一般只選擇眾多方案中的一種，不一定是最好的一種，而只是較可行的一種。最后學(xué)生從諸多的實(shí)驗(yàn)器材中選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案到確定實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)從發(fā)散到聚合的思維過程，學(xué)生在探究中體驗(yàn)科學(xué)方法的運(yùn)用，這對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和科學(xué)探究能力有著獨(dú)到的作用。教師應(yīng)認(rèn)真體會，提高認(rèn)識，并努力挖掘有關(guān)素材，以有效培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

變部分演示實(shí)驗(yàn)為隨堂學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生

感受科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)實(shí)踐能力

將一些演示實(shí)驗(yàn)改為隨堂學(xué)生實(shí)驗(yàn)，尤其是探索性實(shí)驗(yàn)，可以增加學(xué)生動手和合作交流的機(jī)會，有利于提高觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。如在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”這節(jié)課時(shí)，課堂上在各組討論提出電磁感應(yīng)產(chǎn)生的可能條件后，讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)臺上的大量儀器進(jìn)行探究。教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科學(xué)探究的情景中，讓他們親身體驗(yàn)探索新知識的過程，在實(shí)驗(yàn)和觀察基礎(chǔ)上通過抽象思維和邏輯思維，和同組同學(xué)概括得出產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件，達(dá)到理性認(rèn)識，使自己成為“發(fā)現(xiàn)者”或“成功者”。這樣探索性的學(xué)生隨堂實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)家相似的探究過程，親自參加問題的提出、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及交流與合作等實(shí)踐過程，既達(dá)到開拓思維、交流合作的目的，又使學(xué)生的能力在實(shí)驗(yàn)中得到加強(qiáng)、訓(xùn)練，充分體現(xiàn)科學(xué)探究的樂趣，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神。這對于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成同學(xué)間交流與合作的良好習(xí)慣，以及發(fā)展實(shí)踐能力都有著非常重要的作用。

再如，在課堂演示彈簧振子做簡諧振動的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生隨堂探究“研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系”，培養(yǎng)學(xué)生分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。要求學(xué)生在測出若干組數(shù)據(jù)后列表，通過在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，做出擬合曲線，用相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)這條曲線。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生事先并不知道它的圖象是什么樣的，只是在看到這些點(diǎn)的分布和走向之后，才意識到也許能用某個(gè)二次函數(shù)來近似地表示。在這種想法的指導(dǎo)下，有些學(xué)生會嘗試做出T2和m的關(guān)系曲線，在這之后就會明確地得到周期與小球質(zhì)量的定量關(guān)系。如引導(dǎo)學(xué)生再換其他幾個(gè)彈簧做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)一步解釋彈簧振子周期和小球質(zhì)量關(guān)系函數(shù)式中參數(shù)的物理意義。這個(gè)實(shí)驗(yàn)所用的方法是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常典型的方法，學(xué)會這個(gè)方法將會使學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和工作中受益良多。

利用分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一量多測，給學(xué)生

提供充分的探究機(jī)會

如果教師提供給學(xué)生的器材不是唯一的，而是多樣和開放的，那么學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法也將是多樣和開放的。從諸多器材中恰當(dāng)?shù)剡x擇出所需的實(shí)驗(yàn)器材，對提高學(xué)生選擇器材的能力無疑是一種很有效的途徑。如在電學(xué)分組實(shí)驗(yàn)中，在學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，允許學(xué)生用不同的器材、不同的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)，可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，發(fā)展學(xué)生的個(gè)性，活躍學(xué)生的創(chuàng)新思維。如測電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)，如果再提供一個(gè)電阻箱，學(xué)生通過外電路U、I、R關(guān)系的變換，閉合電路歐姆定律可以寫成E=U+Ir、E=U+U/R和E=I（R+r）。因此，通過測量U和I，或者U和R，或者I和R，都可以求得電動勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)方法的多樣性可以拓展學(xué)生的思路，使統(tǒng)一、基本的實(shí)驗(yàn)要求和靈活、多樣的實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識。

利用實(shí)驗(yàn)中的“錯(cuò)誤”創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，挖掘

探究潛能，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力

一些教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往把注意力集中在使學(xué)生不犯錯(cuò)誤，盡快得到自己希望的正確結(jié)論。這樣做固然可使實(shí)驗(yàn)進(jìn)程順利，但卻使學(xué)生失去許多鍛煉的機(jī)會?？梢哉f，影響實(shí)驗(yàn)功能發(fā)揮最活躍的因素存在于實(shí)踐過程中，因此教師必須盡量提供給學(xué)生參與體驗(yàn)的機(jī)會，讓學(xué)生在實(shí)踐中提出問題、思考問題和解決問題，學(xué)會觀察和獨(dú)立思考，并適時(shí)利用實(shí)驗(yàn)中的“錯(cuò)誤”來提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

例如描繪小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生第一次動手接變阻器的分壓式接法，在連接圖2所示電路時(shí)常會出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此就成了一個(gè)很好的訓(xùn)練排除電路故障的機(jī)會。通常學(xué)生遇到問題時(shí)，表現(xiàn)得“手忙腳亂”，盲目地檢查導(dǎo)線的連接，仍不能解決問題時(shí)就重新連接電路。實(shí)際上，該實(shí)驗(yàn)控制的部件是開關(guān)和變阻器，觀察獲取信息的對象是電流表和電壓表（例如電流表有讀數(shù)、電壓表沒有讀數(shù)；電流表和電壓表都沒有讀數(shù)；電壓表讀數(shù)有變化、電流表讀數(shù)很小且?guī)缀鯖]有變化等），應(yīng)當(dāng)根據(jù)呈現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出一種猜想，再嘗試排除故障；如不能排除再修正猜想和嘗試驗(yàn)證，直到故障排除。對于可能斷路或接觸不良的情況，可以有針對性地檢查某局部電路，拆除某一導(dǎo)線以嘗試驗(yàn)證，也可以用一根好的導(dǎo)線逐段短接替代原有的導(dǎo)線，以迅速地找出故障所在。這種排除故障的過程就是一次探究學(xué)習(xí)的過程，它對于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力是非常有幫助的。

當(dāng)然，除了上述談到的幾個(gè)方面之外，引導(dǎo)學(xué)生做體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)對習(xí)題中的情景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，建立理論和實(shí)際的聯(lián)系，加強(qiáng)自制教具在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，建立中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)字化平臺等，都是培養(yǎng)科學(xué)探究能力的有效途徑。

總之，物理實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，天然地具有進(jìn)行科學(xué)探究、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和科學(xué)方法的功能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)該努力挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)的潛力，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；使學(xué)生的學(xué)習(xí)變成一個(gè)主動探索的過程，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”；不但使學(xué)生獲得知識，學(xué)會實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力，使他們健康成長，成為時(shí)代所需要的創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)

[1]劉炳昇.繼承與創(chuàng)新——新課程理念下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)建議[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2007(06):2-4

（作者單位：浙江省樂清市二中）