淺談高中物理實驗探究性教學

謝敏華

摘要：針對當前高中物理實驗探究教學存在的一些問題，本文以高一《影響加速度的因素》（粵教版）一課的教學為例闡述如何更加有效地進行教學設計和探究教學。

關鍵詞：高中物理；實驗探究；探究教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)5(S)-0070-3

探究性實驗是在假設的指引下獲取支持或推翻假設的科學實證過程；是以實驗為載體探究科學規律的過程；是在教師的指導下，學生運用已學知識與技能，把自己當作新知識的探索者和發現者，通過實驗發現問題、解決問題，從而提高探究能力和科學素養的過程。

高中物理新課標指出，高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識和技能，培養其科學探究能力，使其逐步具備一定的科學態度和科學精神。

但是，目前在應試教育的影響下，物理實驗的作用并沒有被充分發掘，存在教師示范而學生模仿、重結果而輕過程等現象。許多教師認為“做實驗不如看實驗（錄像），看實驗（錄像）不如講實驗”,很少動手做實驗，有些根本不愿花時間從事實驗教學，實驗只被作為應付考試的工具。學生實驗形成了“教師講、學生做、教師示范、學生模仿”的教學，學生成為被動的接受者，以至于學生很少提出問題。大多數學生重結果而輕過程，為了得到期望的結果，甚至修改實驗數據，這樣就很難具備實事求是的科學態度和學會解決問題的科學方法，也很難產生主動探究的欲望和熱情，學生的主體地位沒有受到應有的重視，從而忽視了實驗對學生科學思維方法和創新能力的培養。

本文以《影響加速度的因素》一課（粵教版）的教學為例，談談設計探究教學、進行教學改革實驗的一點體會。

1 創設物理情景，對探究實驗進行猜想和假設

恰當的課堂引入有著承上啟下的作用，可以為新課和探究實驗做好鋪墊，使教師能更有效地開展教學。

新課引入：通過前面對伽利略的理想實驗和牛頓定律的學習，我們已經知道，力是改變物體運動狀態的原因。

問：那么，物體的運動狀態改變是指哪個物理量改變呢？（速度發生了改變，包括大小改變和方向改變）

問：速度發生了改變又說明了什么呢？（產生了加速度 ）

由此我們知道，力是產生加速度的原因。因此，我們可以把“物體受到力的作用，運動狀態怎樣改變”這樣的抽象問題轉換成研究加速度與所受外力等物理量之間的關系。

問：那么，影響加速度的大小的因素是不是只有力的作用呢？我們探究物體受力與運動之間的規律的出發點是考慮加速度和哪些因素有關，請猜想。（學生討論交流后，得出結論：由日常生活的經驗不難猜想，物體所獲得的加速度和物體的受力情況和物體的質量有關）。

2 明確實驗探究目的，確立實驗設計方法

每個物理實驗都是圍繞實驗目的而精心設計的，包含實驗方法的設計。許多實驗方法具有啟迪性和創造性，也有一定的規律。

問：要驗證我們的猜想，需要探究哪些物理量之間的關系？（加速度a與合外力F、物體質量m三者關系）

問：a同時與F、m兩因素有關，可用什么方法來確定三者關系呢？（控制變量法）

3 設計實驗方案，展現實驗思想

實驗的實施方案是為了解決問題而設計的，我們不能采取簡單的“拿來主義”，照方抓藥、機械操作，而應該通過創設問題情境，有意識地營造一種探索的氛圍，盡量展現實驗的設計過程，以此來滲透物理實驗思想，啟迪學生思考。

在提供實驗器材后，可以先提出以下幾個問題，引導學生自由選出所需器材，并設計實驗。包括實驗目的、實驗器材、實驗步驟的設計。

討論與交流：

①如何測量加速度？有什么方法？

②如何確定物體所受的合外力？

③怎樣改變物體質量而保持合外力不變？

④怎樣改變物體的合外力而保持物體的質量不變？

⑤加速度與合外力都是矢量，在記錄時還應該記錄其方向。如何記錄？

⑥實驗都有誤差存在，如何減小誤差？

4 拓展實驗內容

物理規律的表現形式是多層次、多側面的，各種物理現象也是豐富的、立體的，但教材提供

的實驗方案卻往往著眼于單層次、單側面的實驗內容，因而有著一定的局限性或單調性。為此，有必要對原有的實驗內容和方案進行適當的拓展和補充，積極創設問題情境，盡量讓學生能多層次、全方位地認識物理規律。

我們給學生如下的實驗器材：附有刻度尺的帶滑輪的長木板、木塊、小車、細繩、秒表、打點計時器、電源、天平、鉤碼、彈簧秤、牛頓第二定律演示儀、刻度尺等。不限制學生的思維活動，讓他們自由選出所需的器材，自己考慮如何使用所給器材進行實驗，并設計實驗方案等。

在學生討論、提出方案的過程中，老師根據上述提出的問題進一步啟發與點撥。

方案一：

實驗器材：帶刻度尺的長木板、小車、秒表。

討論與交流：

①利用a=2s/t²間接測量加速度。問：操作時需要注意滿足什么條件？（從斜面上由靜止開始釋放）

②分析小車所受合外力：F=mgsinθ-f。（f可以忽略）

③通過增減砝碼改變小車的質量，F也將發生改變，要調整斜面θ讓F保持不變。問：怎樣簡單而準確地進行調整呢？（利用彈簧秤直接讀出）

④保持小車的質量不變，改變斜面θ而改變物體的合外力。

⑤加速度與合外力都是矢量，在記錄時還應該記錄其方向。（小車在斜面上做勻加速直線運動）

⑥實驗誤差主要存在于摩擦力f上，用小車（滾動摩擦）而不用木塊（滑動摩擦），還要注意時間測量的精確度。

本方案也可用打點計時器測時間和位移。

方案二：

實驗器材：帶刻度尺和滑輪的長木板、小車、打點計時器、紙帶、細繩、鉤碼。

實驗裝置如圖1所示。

討論與交流：

①利用打點計時器測量時間和位移，計算加速度。

②小車所受合外力近似為：F=mg（m是細繩所吊鉤碼的質量）。

③保持細繩所吊鉤碼的質量m不變，通過增減砝碼改變小車的質量M。

④保持小車的質量M不變，改變細繩所吊鉤碼的質量m。

⑤同方案一中⑤。

⑥減小誤差的方法：

a)為了克服小車所受摩擦力的影響，臺面可稍微傾斜，使小車的重力沿斜面的分力與摩擦力平衡。

b)繩子的拉力更接近于所吊鉤碼的重力，應使鉤碼的質量m遠小于小車的總質量M，且加速度不能太大。

方案三：

實驗器材：牛頓第二定律演示儀。

實驗裝置如圖2所示。

討論與交流：

①利用演示儀的同時性，只需比較兩小車的位移即可比較加速度的大小。

②③④⑤同方案二。

⑥減小誤差的方法：調整軌道，平衡摩擦力，使小車近似做勻速運動。

這樣，在追求既定目標的過程中，允許學生設計不同的實驗方案，使學生有全局的觀點，加深理解實驗原理和相關知識，能掌握多種實驗方法，同時學會處理一些實驗問題，懂得取舍，在不同情況下善于分析，使學生 “方法和知識”的遷移能力得到提高，使學生的創新精神和創新能力得到有效培養。

5 優選實驗方案，分析實驗現象

讓學生在不同的實驗方案中優選并進行優化實驗過程，大致意見采用方案三，然后進行演示實驗。演示實驗教學是培養學生觀察能力的最重要途徑之一。教師做演示實驗時，除交代實驗器材、實驗目的外，更重要的是提出觀察的重點，使簡單的實驗“觀看”過程變為實驗“觀察”過程，以培養學生的觀察能力。為使學生養成細致觀察的習慣，培養他們的觀察能力，教師應該在沒有提出思考問題時讓學生自由觀察，待觀察一段時間后，教師再讓學生回答以上問題。當然，有部分觀察細致的學生可能馬上能回答，但肯定有部分學生由于觀察方法不當，或觀察缺乏針對性，無法當即得出結論。這時，教師可指導學生重新觀察，這樣做可以激發學生的求知欲，使其掌握正確的觀察方法。

演示實驗完畢后，要以實驗現象為依據，創設問題情境，啟發學生運用邏輯推理及歸納法對現象進行分析、綜合、抽象和概括，透過物理現象尋找物理本質，幫助學生形成正確的物理概念或發現物理規律。

方案三：

①兩小車質量相同，合外力相同，同時釋放，同時制動。

實驗現象：_______________。

實驗結論：_______________。

②保持質量不變，改變物體所受的合外力，研究a與合外力的關系，同時釋放，同時制動。

實驗現象：_______________。

實驗結論：_______________。

③保持合外力不變，改變物體的質量，研究加速度和質量的關系，同時釋放，同時制動。

實驗現象：_______________。

實驗結論：_______________。

學生得到結論：

物體的質量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時，物體的質量越大，加速度越小。

6 擴展實驗成果

實驗完成之后，不但要引導學生對實驗進行分析、總結，并且要對實驗進行恰當的拓展，盡可能擴展實驗的成果，通過創設問題情境來借題發揮，從不同角度，用不同方法進行變式，克服思維定勢，促進知識的遷移和運用。

討論和拓展：

a)實驗結果中是否一定要強調合外力？請說明理由。

b)實驗中哪些物理量對探究結果有影響？

c)所有物體的重力加速度都是g，是否說明加速度與質量無關，是否矛盾？

d)戰斗機追趕敵人的時候必須丟掉副油箱，為什么？

e)F與a是否正比，M與a是否反比？

這些新的問題再次激發了學生的熱情，深化了學生對物理知識的理解，優化了學生的認知結構，對學生創新能力的培養也有一定作用。

由此可見，本節課不重在結果，而在于科學探究的思想和過程。學生們的積極討論、奇思妙想，無不閃爍著創新的火花，這樣的學習過程是人類了解自然規律的一般思維過程，對學生來說，是一次探究性實驗的成功體驗。

(欄目編輯張正嚴)