探索性實(shí)驗(yàn)：提高中職生物理實(shí)驗(yàn)技能的有效途徑

摘要:探索性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)對(duì)培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才具有一定的積極意義。文章從實(shí)驗(yàn)的意義、運(yùn)作程序、教學(xué)環(huán)節(jié)與運(yùn)作過程中的重要節(jié)點(diǎn)出發(fā)，介紹了如何開展探索性實(shí)驗(yàn)教育。

關(guān)鍵詞：探索性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)意識(shí)；實(shí)驗(yàn)技能

在中等職業(yè)教育中，物理學(xué)課程的教學(xué)主要有兩方面的功能：首先是通過物理課教學(xué)，使學(xué)生在物理學(xué)知識(shí)的積累和鞏固方面有一定程度的提高；其次是通過物理課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的科學(xué)理念、科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)研究型學(xué)習(xí)的探索，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。以往的物理課實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常是教師根據(jù)事先制定的教學(xué)計(jì)劃，選定若干個(gè)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生先通過自己的預(yù)習(xí)與教師的講授，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上所列的目的、要求、操作步驟、注意事項(xiàng)等按部就班地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。從表面上看似乎完成了教學(xué)任務(wù)，但是實(shí)際教學(xué)效果并不盡如人意。

那么，怎樣搭建一個(gè)新的教學(xué)平臺(tái)，更好地提高教學(xué)質(zhì)量呢？通過幾年的教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，筆者深深地體會(huì)到中等職業(yè)教育中的物理教學(xué)不同于大學(xué)本科階段的學(xué)習(xí)。教師應(yīng)把教學(xué)的重點(diǎn)放在學(xué)生對(duì)物理概念、物理規(guī)律的理解和應(yīng)用上，尤其放在培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力上。在物理教學(xué)中，我校進(jìn)行了一些教學(xué)改革和嘗試，實(shí)行師生間教學(xué)互動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)中，變被動(dòng)式學(xué)習(xí)為主動(dòng)式學(xué)習(xí)，教師的任務(wù)主要側(cè)重于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，按照教學(xué)課程和教學(xué)大綱的要求，采用多種不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中一種為“指導(dǎo)—探索”模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中取得了較好的教學(xué)效果。所謂“指導(dǎo)—探索”模式是指在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)用學(xué)過的物理知識(shí)，針對(duì)研究課題提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證假設(shè)，歸納出物理規(guī)律和物理概念，從而獲取知識(shí)、發(fā)展能力的一種教學(xué)模式。下面根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),介紹開

展探索性實(shí)驗(yàn)的一點(diǎn)體會(huì)。

課前醞釀，提出新穎課題

探索性實(shí)驗(yàn)作為物理實(shí)驗(yàn)的一種形式，既有別于測(cè)定性實(shí)驗(yàn)，又有別于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。需要指出的是目前探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身還處在摸索階段,還沒有具備完整的理論體系,其真正的目的在于使學(xué)生獲得物理實(shí)驗(yàn)研究方法，讓學(xué)生接觸探索和創(chuàng)新的過程和方法，在實(shí)驗(yàn)與探索的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神。而要達(dá)到這一目的，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策劃者和指導(dǎo)者，任課教師要有明確的指導(dǎo)思想，以測(cè)定性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主線，經(jīng)過一定的實(shí)踐和訓(xùn)練后向探索性實(shí)驗(yàn)過渡，同時(shí)要使學(xué)生在進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)認(rèn)知上的沖突。這要求探索性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要新穎，這樣才能激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的探索欲望。例如“測(cè)定有限長直螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度”的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、測(cè)量步驟和數(shù)據(jù)處理的方法，并且要求給出有限長直螺線管不同位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。這里要說明的是學(xué)生在學(xué)習(xí)穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的安培環(huán)路定理時(shí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于無限長直螺線管來說，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B=μonI，其中為4π×10-7NA-2（真空中的磁導(dǎo)率），n為螺線管單位長度上的匝數(shù)，I為通過螺線管的電流強(qiáng)度，螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等（理想式的狀態(tài)），但是根據(jù)磁感應(yīng)線密度的概念，對(duì)于有限長直螺線管來講，中間位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，邊緣處最小，很顯然這比教材上的內(nèi)容新穎。新穎的內(nèi)容和相應(yīng)的難點(diǎn)才能引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)探索的興趣。

那么，新穎到什么程度呢？這又涉及一個(gè)度的問題，適度是指設(shè)計(jì)既要與學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)有一定的聯(lián)系，同時(shí)又有一定的難度，這樣的設(shè)計(jì)如同樹上的果子一樣，學(xué)生必須跳一跳才能摘下來，這樣就最大限度地激發(fā)了學(xué)生的求知欲和好奇心。在這種情況下，要求學(xué)生思考利用什么樣的方法可以測(cè)量磁場(chǎng)？學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的霍爾原理（在傳感器章節(jié)的教學(xué)中就是霍爾傳感器），B=Ud/RI=U/IK_H，這里的U是霍爾電壓，KH是霍爾元件靈敏度，I是通過霍爾元件的電流（注意：不是通過螺線管的電流）。怎樣用霍爾原理來測(cè)量磁場(chǎng)呢？要求學(xué)生自己寫出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)的步驟。通過以上設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)操作，可使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)在理性思維與認(rèn)知上有所突破。

師生互動(dòng)，確定和驗(yàn)證試驗(yàn)方案

確定實(shí)驗(yàn)的要求和任務(wù)后，在進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)前，任課教師的首要任務(wù)是使學(xué)生明確探索性實(shí)驗(yàn)的意義和作用，然后是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生主動(dòng)參與探索性實(shí)驗(yàn)的積極性，使部分學(xué)生克服思想上的畏難情緒，以培養(yǎng)良好的實(shí)驗(yàn)意識(shí)和實(shí)驗(yàn)悟性，使學(xué)生在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后，能夠?qū)?shí)驗(yàn)的理念、機(jī)理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，當(dāng)他們?cè)俳邮芤粋€(gè)新的任務(wù)時(shí)，能夠有一定的心理和思想準(zhǔn)備。教師布置任務(wù)時(shí)可以提前幾個(gè)星期通知學(xué)生。可將班級(jí)分成若干個(gè)課題小組，指定小組負(fù)責(zé)人，全面負(fù)責(zé)小組的工作，先進(jìn)行可行性研究。例如，利用霍爾原理測(cè)量磁場(chǎng)在理論上是否可行，聯(lián)系到日常工作中，探測(cè)鐵礦就是利用了一種測(cè)量鐵礦附近的磁場(chǎng)的方法，因此，理論上是可行的。那么，利用什么方法、什么途徑去解決測(cè)量問題？若用原來中學(xué)階段的模式(定性測(cè)量),則達(dá)不到理想的結(jié)果，若要讓學(xué)生開發(fā)一種儀器來完成任務(wù),則困難重重。那么，就應(yīng)該讓學(xué)生自己找到適合于自己的測(cè)量儀器和測(cè)量方法，這就需要學(xué)生發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的開始階段，教師應(yīng)放手讓學(xué)生進(jìn)行操作，不要輕易地去干涉，要讓他們自己去摸索方法和途徑。經(jīng)過一段時(shí)期的準(zhǔn)備工作后，教師要適當(dāng)了解進(jìn)展情況，先召集小組負(fù)責(zé)人開會(huì)，詢問一些諸如實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)思想和實(shí)驗(yàn)的操作機(jī)理是什么、準(zhǔn)備工作的進(jìn)度、實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在哪里等問題。教師根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，提高學(xué)生的自信心，盡可能讓學(xué)生自己思考，想辦法解決實(shí)驗(yàn)中存在的問題。讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館查詢資料，要求學(xué)生人人參與。學(xué)生可以根據(jù)自己掌握的情況，在小組成員間展開討論和總結(jié)，也可以就有關(guān)問題在組與組之間進(jìn)行交流。工作進(jìn)行了一個(gè)階段后，教師就要收集各小組的書面報(bào)告，全面了解學(xué)生工作的進(jìn)展情況，審閱和總結(jié)，讓負(fù)責(zé)人匯報(bào)一個(gè)階段內(nèi)工作的基本情況，然后召集全體學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估，先對(duì)學(xué)生這一時(shí)期的辛勤勞動(dòng)給以肯定，表揚(yáng)他們工作中的閃光點(diǎn)，尤其是對(duì)報(bào)告中一些新穎的觀點(diǎn)更要給以鼓勵(lì)和表揚(yáng)，即使是一些幼稚的、異想天開的觀點(diǎn)，也應(yīng)給以充分的肯定，當(dāng)然也要指出不足之處。當(dāng)學(xué)生的工作架構(gòu)基本形成時(shí)，教師就要全面、細(xì)致地進(jìn)行指導(dǎo)，先從闡述探索性實(shí)驗(yàn)的意義和作用、在科學(xué)研究中的地位以及本次活動(dòng)所要達(dá)到的目的談起，然后針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的目的、原理、所涉及的實(shí)驗(yàn)儀器、操作的步驟和注意事項(xiàng)等作詳細(xì)的闡述，從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案中挑選出優(yōu)秀的方案，并且以優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)方案為例給大家進(jìn)行分析講解，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)就會(huì)收到較好的教學(xué)效果。

通過這樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，筆者感觸很深，教師和學(xué)生要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，從活動(dòng)開始到結(jié)束，幾乎占用了所有的雙休日，作為主講教師一般一個(gè)學(xué)期進(jìn)行一次這樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)即可。從整個(gè)活動(dòng)來看，除了要表揚(yáng)積極參與、活動(dòng)效果好的課題小組，對(duì)于效果不是太好的小組，也要充分肯定他們的參與和努力。通過這樣的活動(dòng)，可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，發(fā)揚(yáng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，鞏固和提高學(xué)生所學(xué)的知識(shí)；可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，加強(qiáng)他們勤于實(shí)踐和勇于探索的精神；教學(xué)中師生間形成互動(dòng)形成活躍的、開拓性的教學(xué)模式，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的教學(xué)互動(dòng)，拓展學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)空間。

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作者簡(jiǎn)介：

張輝耀（1966—），男，廣東省佛山市順德區(qū)龍江職業(yè)技術(shù)學(xué)校教師，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事物理教學(xué)工作。