如何在實(shí)驗(yàn)課上開(kāi)展科學(xué)探究

中圖分類號(hào)：G424.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-925X(2011)07-0124-02

轟轟烈烈的新課改在我校進(jìn)行到現(xiàn)在已經(jīng)快一個(gè)年頭了，其間學(xué)校組織過(guò)多次針對(duì)課改新理念的學(xué)習(xí)與討論，新課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，以及教育專家的講座輔導(dǎo)，還有公開(kāi)課和開(kāi)放周，對(duì)大多數(shù)教師來(lái)講，教育理念得到了更新，也提高了教師的教育理論水平。

作為一名一線的物理教師，經(jīng)過(guò)近一年探索和嘗試，我總結(jié)了一下自己對(duì)新課程的一些理解和經(jīng)驗(yàn)。物理實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究不僅是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，而且是物理教學(xué)中的教學(xué)目標(biāo)。這里我就以一節(jié)物理實(shí)驗(yàn)探究課《向心力的大小》為例講解一下實(shí)驗(yàn)探究課如何來(lái)開(kāi)展。實(shí)驗(yàn)探究主要分成幾個(gè)步驟展開(kāi)：

1 提出問(wèn)題

1.1 能發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是提出問(wèn)題的前提，只有發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，才可能提出問(wèn)題。在高中物理教學(xué)中要發(fā)展學(xué)生提出問(wèn)題的能力，應(yīng)該從兩個(gè)方面入手：一是養(yǎng)成仔細(xì)觀察的習(xí)慣，善于捕捉新現(xiàn)象；二是不斷地把新現(xiàn)象和自己的認(rèn)知相聯(lián)系，增強(qiáng)質(zhì)疑的意識(shí)。

1.2 從物理學(xué)的角度較明確地表述這些問(wèn)題。

明確表述所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，不僅使探究問(wèn)題的內(nèi)容有一個(gè)明確的主題，而且也使別人對(duì)該問(wèn)題的核心有一個(gè)初步、大致的了解。

通過(guò)已前討論、分析，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定受到向心力的作用。向心力指向圓心、方向不斷變化.向心力的作用效果只改變運(yùn)動(dòng)物體的速度方向，不改變速度大小。

實(shí)驗(yàn)探究要求給學(xué)生提供真實(shí)而完整的問(wèn)題情景，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知上的需要，給學(xué)生親身經(jīng)歷一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的探究過(guò)程。這里通過(guò)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：彈簧拉著鐵球在光滑桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)，體驗(yàn)向心力的存在，并通過(guò)動(dòng)畫模擬再現(xiàn)情境。

【讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題】

向心力的大小與哪些因素有關(guān)？

這節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)、猜測(cè)向心力的大小可能與哪些因素有關(guān)。

給每組學(xué)生提供用細(xì)繩聯(lián)結(jié)的鋼球、木球各一個(gè).讓學(xué)生拉住繩子一端，使小球在桌面上做圓周運(yùn)動(dòng)（盡量保持勻速），體驗(yàn)手的拉力大小（即向心力的大小）。自行改變實(shí)驗(yàn)條件，多做幾次，猜測(cè)向心力大小可能與哪些因素有關(guān)？

2 猜想與假設(shè)

2.1 對(duì)解決問(wèn)題的方式和問(wèn)題的答案提出假設(shè)

2.2 對(duì)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)

猜想與假設(shè)是科學(xué)思維的一種形式，是對(duì)所研究的問(wèn)題根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí)作出的一種猜測(cè)性陳述，對(duì)問(wèn)題中事物的因果性、規(guī)律性作出的假定性解釋。

【預(yù)測(cè)猜想】

學(xué)生通過(guò)觀察和討論：猜測(cè)向心力的大小可能與下列因素有關(guān)：

2.2.1 運(yùn)動(dòng)物體的形狀

2.2.2 運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量

2.2.3 運(yùn)動(dòng)物體離圓心的距離

2.2.4 運(yùn)動(dòng)物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢

2.2.5 運(yùn)動(dòng)物體的體積

在學(xué)生定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生探索、猜測(cè)出向心力的大小可能與m、ω、r等因素有關(guān)。

要發(fā)展學(xué)生猜想與假設(shè)的能力，就要增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用自己的原有認(rèn)知來(lái)審視所面對(duì)的事實(shí)的意識(shí)，學(xué)會(huì)仔細(xì)觀察、分析事實(shí)，并在其中尋找跟原有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)中相似的特征，嘗試用自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)它作出解釋。

3 制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

3.1 知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵延袟l件，制訂實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)探究假設(shè)來(lái)確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)思考實(shí)驗(yàn)的原理，按照實(shí)驗(yàn)的原理，來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的程序和步驟，這是構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案的基本線索。

3.2 嘗試選擇實(shí)驗(yàn)方法及所需要的裝置與器材

3.3 考慮實(shí)驗(yàn)的變量及其控制方法

【實(shí)驗(yàn)原理】

使物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的力叫向心力。向心力的大小與物體的質(zhì)量、角速度的平方、半徑成正比，即F= mrω2 。

【實(shí)驗(yàn)器材】向心力演示儀

【實(shí)驗(yàn)方法】控制變量法

【實(shí)驗(yàn)步驟】

3.3.1 用質(zhì)量不同的鋼球和鋁球做實(shí)驗(yàn)，使兩球運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度ω相同.可以看出，向心力的大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，所需的向心力就越大。

3.3.2 換用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球做實(shí)驗(yàn)，保持它們運(yùn)動(dòng)的半徑相同。可以看出，向心力的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢有關(guān)，角速度越大，所需向心力也越大。

3.3.3 仍用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球做實(shí)驗(yàn)，保持小球運(yùn)動(dòng)角速度相同。可以看出，向心力的大小與小球運(yùn)動(dòng)的半徑有關(guān)，運(yùn)動(dòng)半徑越大，所需的向心力越大。

如果學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材完善的話還可以通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)猜測(cè)的結(jié)論。學(xué)生通過(guò)感性認(rèn)識(shí)知道了向心力大小與做勻速圓周運(yùn)動(dòng)物體的m、ω、r等因素有關(guān)，但它們間到底是什么數(shù)量關(guān)系，就必須進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)研究。可采用下列方案：（由于實(shí)驗(yàn)器材有限，在這節(jié)課我們只定性分析向心力的大小）

【實(shí)驗(yàn)器材】思邁Prodigy Lab 數(shù)據(jù)采集器、光電門傳感器、力傳感器、計(jì)算機(jī)、向心力實(shí)驗(yàn)器、鐵架臺(tái)等。

4 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)

觀察是收集數(shù)據(jù)的重要方式，它是人們有目的、有計(jì)劃地感知和描述客觀事物的一種科學(xué)認(rèn)識(shí)方法，是科學(xué)研究過(guò)程中的一種基本的認(rèn)識(shí)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)是收集數(shù)據(jù)的主要方式。

5 分析與論證

5.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理

5.2 嘗試根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論

5.3 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和描述

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)：向心力的大小跟物體的質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω都有關(guān)系。 可以證明，勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力大小為

F＝mω2 r ＝ mv2／r

6 評(píng)估

6.1 嘗試分析假設(shè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)論間的差異

6.2 注意探究過(guò)程中未解決的矛盾，發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題

6.3 吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改進(jìn)探究方案

7 交流與合作

7.1 能寫出實(shí)驗(yàn)探究報(bào)告

7.2 在合作中注意既堅(jiān)持原則又尊重他人

7.3 有合作精神

【課后思考】

回顧這堂課的教學(xué)，這節(jié)課能從物體做圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例進(jìn)行分析入手，從中引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到向心力的概念，并通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)向心力。讓學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與探究學(xué)習(xí)的積極性，突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，改變學(xué)生被動(dòng)接受式的學(xué)習(xí)方式。創(chuàng)設(shè)實(shí)際物理問(wèn)題情景，為學(xué)生創(chuàng)立“實(shí)踐→認(rèn)識(shí)→再實(shí)踐→再認(rèn)識(shí)”的解決問(wèn)題的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程，逐漸形成正確的科學(xué)認(rèn)識(shí)觀。做到了學(xué)生能積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，樂(lè)于探究問(wèn)題，進(jìn)行交流合作來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

這節(jié)課也存在一些問(wèn)題：由于學(xué)生知識(shí)水平和操作能力存在的差異，探究過(guò)程參差不齊，無(wú)法統(tǒng)一、控制教學(xué)進(jìn)度。其次是教學(xué)時(shí)間難以把握。由于探究的知識(shí)和學(xué)生已有的知識(shí)和能力之間存在著一段差距，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，碰到問(wèn)題不得不停下來(lái)再思考討論，走了不少?gòu)澛贰Ｎ疫€擔(dān)心，由于學(xué)生活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，課堂練習(xí)的機(jī)會(huì)少，會(huì)不會(huì)造成教學(xué)質(zhì)量下降等。

科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)有助于啟發(fā)學(xué)生的思維，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，有助于開(kāi)闊視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和提高實(shí)踐能力，還有助于引起學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、加工信息的能力，所以我們應(yīng)上好每一節(jié)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)課。