探究物理實驗存在的問題與對策

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內容摘要：本文著重闡述了目前高中物理實驗的現狀和存在的問題，在實驗教學中為更好的培養學生的探究意識和探究能力。提出了探究式實驗教學的對策和實驗教學設計的基本原則。

關鍵詞：實驗教學；對策；基本原則

一、問題的提出

探究式實驗教學是新一輪的教學改革極為推崇的教學。這種教學重視實驗的探究，可以使學生體驗物理規律發現和形成的過程。通過探究性的學習，不僅培養了學生的探究、發現、創新的良好科學素質，而且使學生品嘗到探究過程中成功的喜悅，從而激發濃厚的學習興趣。新編物理教材中給出了較多探究性實驗，但有些實驗存在可見度小，受氣溫、濕度、陽光等條件的限制，成功率低；有些結論缺乏實驗探究。

我們的物理實驗教學現狀還是不容樂觀；學校和教師受傳統教育的影響，普遍存在著重理論輕實驗的思想；實驗教學模式僵化，物理實驗教學的基本原則沒有充分體現，教學方式呆板；學生對基本測量儀器的使用不規范，學生動手操作能力差，以“背”實驗結論“代替”實驗操作。

實驗教學是物理教學中的一種重要手段，它不僅使學生直接地形成物理概念掌握物理規律，而且對學生實驗技能的培養起著決定性作用。但目前實驗的教學還比較普遍的存在一個誤區：教師先演示給學生看，然后把原理、結論講給學生聽。這種教法的最終結果必然造成學生處于被動地們位，教師的主導作用和學生的主體作用末能有機結合。

怎樣才能把課堂教學與素質教育要求的探究性學習、發現性學習和自主性學習相結合？在大力倡導探究式實驗教學的今天，迫切需要大量優秀的、具有創新性的探究實驗來豐富我們的課堂教學，為此，我們立足農村高中對探究式實驗教學作一些有益的探索。對于學生較為深入地學習物理實驗的相關理論、方法、技能：進一步提高學生的實驗素養，激發學生實驗探究的興趣；增強學生的創新意識；培養學生實事求是、嚴謹認真的科學態度；養成交流與合作的良好習慣；發展學生的實踐能力，具有非常重要的現實意義。

二、幾點對策

（一）、正確把握“開放”與“收斂”的“度”，選擇和設計合適的探究點

在對某一知識內容的實驗教學設計中，可選擇某個環節作為探究點，予以“開放”；其余的環節相對淡化，這個淡化就是指強化有意義接受學習的成分，采用講授或質疑應答方式予以“收斂”。但從中學生學過程來看，其科學探究能力還是能均衡地得到培養和提高。至于對某個探究點的實驗設計，我們可通過教材文本、物理學史料、方法論、現有的經驗和資訊中尋找和制定適合現有教學對象的，符合現有學校教學資源條件的多種的、可供選擇的方案。

（二）創設能適度調控探究活動方向與水平的實驗情景

情景不但可以激發興趣、引發問題、引導思考，在現代課堂教學中，還具有誘導與調節探究活動的方向與水平的功能。下面以研究氣體壓強與體積的關系這一節課的引入所創設的兩個情景為例證：

情景1注射器實驗情景2吹氣球游戲

實驗：1、用手推壓針筒活塞后放手

2、用手拉拔針筒活塞拉開距離放手

問題：1、在推（或拉）時，手有什么感覺？

同時觀察到針筒內氣體如何變化？

2、由此你對針筒內氣體的壓強與體積的變化及其關系作一推斷嗎？實驗：用兩個可樂塑料瓶，在瓶中上各反套一個氣球（其中一個瓶底有洞），二人比賽用力吹氣球

問題：為什么比賽結果是使勁吹氣的大男生反而不吹不大？（展示兩個瓶底）你們發現吹氣球的條件有什么不同呢？能作一個解釋嗎？

很顯然，上述二個情景都可能推斷出一定量氣體的壓強與體積的定性關系，但推拉注射器活塞情景能直接觀察與體驗到筒內氣體p.v的變化關系，推斷較容易；而吹氣球游戲有一定的懸念，能喚起學生探究的興趣，可是，推斷分析較難，學生往往不容易發現研究對象是瓶內封閉氣體。究竟取哪一個實驗？問題應怎樣鋪墊才是最有效的，只能視教學對象的實際水平作出抉擇了。

（三）、進一步開發與拓展數字化實驗系統與原有實驗整合的功能

運用傳感器、數據采集器和計算機作為中學物理實驗探究的工具，無論在測量精度上、數據采集的速度上，以及函數圖象處理的功能上，與原有實驗的測量工具相比，其先進性與不可替代性是顯而易見的。但從目前構成實驗探究所需的配套裝置而言，就顯不足和捉襟見肘了。因此，有效的辦法是：（1）將原有實驗數字化，如自由下落過程中底部有孔的水瓶的失重現象瞬即消逝，很難觀察，改用DV攝成視頻，慢放顯示，效果就非常顯著；又如用原有實驗中的秒表、刻度尺、單擺等裝置研究其周期T與擺長L的關系，可將已采集的數據輸入計算機由Excel軟件來處理，立即就能獲得數學表達式與函數圖象，得出結論。（2）將DIS實驗系統與原有實驗資源整合，以拓展數字化實驗系統的功能。如教材中關于機械能守恒定律的實驗設計是以DIS實驗系統與單擺的裝置配套完成實驗驗證，而現在我們可以形成新的組合，利用位移傳感器和數據采集器采集小車在不同表面（粗布面、細布面、木板面）上滑下時各點的高度h與速度v，并由計算機轉換與能與機械能隨位移變化的圖象，以及小車在粗糙程度不同的表面上滑下時，其機械能隨位移變化的圖象，以及小車在粗糙程度不同的表面上滑下時，其機械能隨位移變化的圖象。

此時,可組織學生討論,運用外推的方法,得出在無摩擦阻力的情況下,且只有重力做功時,物體的機械能將守恒的推論。上述整合方式產生的積極效果表現在物理規律的形成更有其內在合理性，學生對科學方法的運用和認識更深刻。綜上所述，加強和深化課堂內在探究學習的實驗設計及其優化策略的研究，將有可能：

1、解決課程設置中有限的課時數與探究活動時空的開放性、不確定性的矛盾；

2、克服實施自主學習、實施探究、交流合作這種學習方式與完成一定學習任務之間的困難；

3、提供適合不同資源和環境條件的學校，不同層次的教學對象，可供選擇的優化的實驗教學設計方案和紀念。為過程和方法教學目標的多樣性提供可操作的程序與素材。

（四）、做好課外小實驗、小制作，培養學生的探究能力

在教學中要聯系教材，引導學生做一些與教學內容有關的小實驗、小制作。用學生熟悉的生活用品做實驗，在完成小實驗，小制作的過程中，學生必須弄懂實驗原理，尋求合適的器材，進行部分加工、組裝，在操作過程中不僅培養學生的動手能力，更重要的是培養了學生的創造性思維。例如：在學完托盤天平后，可要求學生利用均勻的小木條或直尺、瓶蓋、鐵絲、橡皮泥、細線等自制一架簡易天平，用它來測量一些物體的質量，并與標準質量進行比較。在小實驗、小制作過程中，應培養學生做“一物多用”的實驗，充分發揮學生的獨創能力。如用一次性針筒就能做中學十幾個實驗，楊振寧教授說：“自制的儀器永遠比買來的好”。

三、探究式實驗教學的設計原則

1、探索性原則

探索性原則是指：設計的實驗所包含的物理規律要較隱蔽，實驗的條件和結論之間要有較大的距離，解決解決問題的方法和途徑要較模糊，學生需要自已通過智力“苦斗”才能有所新“發現”。

2、科學性原則

科學性原則是指：設計的實驗不出現科學性錯誤，并且具有科學思想和科學方法方面的教育因素。整個設計思路和實驗方法的確定都不能偏離科學基本知識和基本原理以及其它學科領域的基本原則?？茖W性是設計實驗成功的前提。

3、簡易性原則

簡易性原則是指：實驗的裝置要力求結構較為簡單，操作比較方便，實驗現象和變化過程要明顯，測量的數據要比較精確，實驗誤差應在允許范圍內，以便于學生在實驗觀測的基礎上，集中注意力進行思考分析，比較總結，探究規律。設計的選題要盡可能與日常生活實際相聯系，實驗的原理要盡可可能在高中物理范圍之內。

4、趣味性原則

趣味性原則是指：探究性物理實驗的設計要充分考慮學生心理特點和認知水平，實驗設計要行動、有趣，能使學生在進行實驗探究時，自始至終保持很高興趣。

5、發展性原則

發展性原則是指：設計的探究性物理實驗應具有促進學生智力和非智力素質的功能。一個設計良好的探究性物理實驗不僅應該針對學生心理發展的“現有水平”，更重要的是要針對學生心理發展的“最近發展區”；不僅應該構建起良好的知識結構，包含著促進學生智力發展的知識信息，而且應該營造起亢奮的心理環境，蘊涵著促進學生非智力素質發展情感信息。

6、重復性原則

在同樣條件下重復做同樣的實驗，觀察實驗結果是相同的。任何實驗都必須要足夠的實驗次數，才能判斷結果的可靠性。如果設計的實驗只能進行一次，而無法重復下，那么這樣得出的結論是不可靠的。

7、安全性原則

在實驗過程中不會對實驗設備器材產生損壞，對人生安全產生危害，對環境產生污染。

探究式實驗教學是當今物理教學改革中極為推崇的一種課堂教學模式。課堂教學中應用這一模式進行教學一定要注意避免：

1、放任自流

2、研究目標不明確

3、創設情境激發學生興趣不夠。

在備課上要圍繞的問題，不僅要考慮好探究目標、過程和方法，而且要設計豐富多彩的實驗來實現知識的應用和升華。在上課時，要善于誘導、啟發學生進行實驗來實現探究的過程，摒棄空洞的說教來傳授知識。物理教學離開了實驗探究將是無源之水，無本之木。對于一些難以說清道明的概念和規律，往往是千言萬語說不清，一看實驗便分明。圍繞目標設計新穎實驗難度較大，我想只要物理老師注意觀察生活，擴大視野，注意收集，是可以很好地做到的。

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