中學物理教學中實驗探究常態化的實踐與思考

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學.物理實驗是實現物理教學目標的基本手段，是實現手、眼、腦綜合運用的過程，通過實驗可以加強中學物理的教學，提高教學效果，培養學生的觀察能力、操作能力、分析能力. 二十世紀七十年代，我國著名的物理教育家、蘇州大學教授朱正元就當時中學的辦學條件，提出了“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”的教育思想，要求廣大物理教師要想方設法把實驗開展起來，讓學生動起手來，讓中學物理實驗探究做到常態化.

一、中學物理實驗探究的現狀

1. 用眼看“實驗”

實驗由過去老師在黑板上講實驗的“看黑板”到如今的“看錄像”、“看視頻”. 一些原本可以演示的實驗甚至可以讓學生動手做的實驗卻用多媒體來展示.

2. 用筆“做實驗”

教師編制的大量實驗試題讓學生用筆“做實驗”，這不僅增加了學生的學業負擔，而且挫傷了學生動手實踐的積極性，使實驗教學變成了“試卷中編實驗”、“紙上用筆做實驗”、“考試中背實驗”，從而在“應試的泥潭里越陷越深”.

3. “機械”做實驗

雖然讓學生動手做實驗，但只是以機械操作為主. 學生根據教師講解的實驗目的、器材、步驟等按照規定的程式進行操作，就像按照醫生開的藥方去抓藥，去獲取教師或書本所要求得到的實驗數據而不去考慮實驗為什么要這樣做，怎樣去做，更不會考慮實驗中可能會出現什么問題以及如何去解決問題.

4. 實驗器材陳舊

很多學校存在實驗儀器過于陳舊，沒有及時補充、更新，不能正常使用、儀器數量不夠、教學內容與儀器不配套等情況使實驗教學不能正常開展. 課本中已有的演示實驗和學生實驗都不能做全，更不會去考慮創新一些實驗讓學生去探究.

二、實驗探究常態化的常見方法

物理新課程旨在進一步提高學生的科學素養，而科學精神中的探究精神、創新精神等在物理實驗探究中學生都可以得到充分的培養. 因此，不僅要在物理實驗課上談實驗探究，更要在平時的物理教學中創造時機，適時引導學生動手，做一些小實驗，啟迪學生思維，提高學生探究問題的能力和創新能力，讓中學物理實驗探究做到常態化. 針對不同的物理教學內容，筆者在實踐中總結出了中學物理實驗探究常態化教學的幾種基本方法.

1. 通過實驗探究導入，激發學生學習的趣味性

有趣的物理實驗探究能抓住學生的好奇心和求知心理，給學生帶來無限的想象和興趣. 在物理課堂教學中，利用趣味的實驗，往往會起到出奇制勝的教學效果. 如在學習《機械能守恒定律》前，設計“鐵球碰鼻”的趣味實驗，將大鐵球用繩子懸掛在教室天花板上，將鐵球拉離平衡位置，讓鐵球剛好碰到鼻子，然后釋放鐵球，鐵球擺過去，又擺回向學生“打”來時，學生一齊驚喊起來，被“打”的學生被固定住了，無處可逃，嚇得叫起來，但鐵球卻在“千鈞一發”之際“蕩”回去了，順利“脫險”，學生大惑不解，嘖嘖稱奇，個個迫不及待地想知道個中玄機……這一實驗把自然界的秘密(機械能守恒定律)生動形象地展現在學生面前，使學生留下深刻的印象，激發學生學習物理的興趣，同時也啟發著學生去思考和探索客觀世界.

2. 借助直觀實驗探究，降低習題教學的抽象性

愛因斯坦說:“對真理的探索比占有更加寶貴.”實驗對培養學生思維能力、創造能力、自學能力、觀察實驗能力及解決實際問題的能力有獨到的作用. 在物理習題教學中適時引導通過一些簡單的實驗探索問題，啟迪學生思維，將復雜、抽象的思維過程轉化為簡單、直觀的思維過程，加深對相關物理現象、物理過程的理解，培養學生用實驗探究問題的意識，提高學生探究問題的能力和創新能力，縮短解題時間，從而達到事半功倍的解題效果. 例如:如圖1所示，A、B是兩只相同的齒輪，A被固定不能轉動，若B齒輪繞A齒輪運動半周，到達圖中的C的位置，則B齒輪上所標的豎直向上的箭頭所指的方向如何?只要讓學生用兩個硬幣實際轉動一下，就可得出結論為豎直向上.

又如:如圖2(1)所示，某電腦愛好者設計了一個“貓捉老鼠”的動畫游戲:在一個邊長為a的大正方體木箱的頂角A處，老鼠從貓的爪中逃出而奔向木箱的另一頂角G處的鼠洞. 若老鼠的奔跑速率恒為v，且只能沿著木箱的棱運動，而貓可以沿木箱的表面運動，則貓應沿怎樣的路線勻速率奔跑，方能以最小的速率恰在G處再次捉住老鼠，其最小速率為多少?正常解法是先列出關系式，再求極值，方法較繁. 若找一個立方體的硬紙箱，引導學生將紙箱中貓奔跑路線所涉及到的兩個相互垂直的平面展開到同一平面內，如圖2(3)所示，這樣就將貓在空間內選擇最短路線的問題轉換為平面內選擇最短路線的問題，顯然，當A、P、E三點共線時即可.

3. 適時引入實驗探究，催生課堂教學的生成性

朱正元教授曾說:“說一千，道一萬，不如實驗看一看.”在物理課堂教學中為讓學生加深對學知識的理解，教師可給學生創設各種情境，巧妙設問，適時引導學生做些小實驗，為學生提供實驗探究的機會，并指導他們有目的地觀察，從中發現問題. 愛因斯坦強調“發現問題和系統闡述問題可能要比得到問題的解答更為重要”.教師要鼓勵學生對問題進行猜想，讓他們大膽提出各種假設，并展開討論，設計出實驗方案，驗證自己的猜想，排除錯誤的猜想，從而得出正確的結論. 例如在“摩擦力方向”判斷的學習中，盡管老師講了多種方法，但學生還是覺得霧里看花.如果引導學生使用家用的刷子(建議刷子的毛發盡量長些)動手做一做，在親身體驗中領悟物理知識. 課前布置學生帶一把家用的刷子到校，讓刷子毛發朝下在桌面上運動或有相對運動的趨勢，學生對滑動摩擦力或靜摩擦力的方向就會一目了然了(如圖3所示).

又如，“220V 100W”燈泡的電阻R，學生用公式R=算出的是484Ω，此時可有意識地引導學生用多用電表的歐姆擋實際測量“220V 100W”燈泡的電阻發現其測量值遠小于由公式R=算出的484Ω，讓學生討論可能的原因. 有一部分同學認為是歐姆表測量誤差大造成的，為此可以再引導學生用相對較精確的伏安法再測量該燈泡的電阻后，發現測量值仍遠小于484Ω，說明阻值小的原因不是因為歐姆表測量誤差大造成的. 學生經過多次討論認識到了真正的原因是:燈泡的電阻隨溫度的變化是動態變化的，由公式R==484Ω求的是燈泡正常發光時的電阻，而用多用電表的歐姆檔測量的是常溫下的電阻，這兩種狀態下的電阻當然相差較大. 從而加深了對公式R=的電阻“R”理解. 通過學生思維的迸發、大膽的質疑，加深教師與學生之間思維的碰撞，使學生學習物理的熱情更加高漲，可謂課堂因生成而靈動，教學因釋疑而精彩.

4. 利用日常生活用品，挖掘實驗探究的創造性

物理是一門應用性很強的科學，物理現象無時不在，無處不有，物理知識廣泛地滲透到個人和社會生活的各個方面. 為此，我們可以創設一些新的物理實驗探究形式，如生活中的物理實驗探究、家庭小實驗探究等，使學生認識和理解物理對個人和社會的價值，營造學科學、愛科學、用科學的氛圍，在潛移默化中對學生進行科學的生活和生活中的科學教育，培養學生實驗探究的意識. 例如:大家每天都與手機打交道，手機除了具有通訊、娛樂等功能外，還能在物理課堂上演示一些物理小實驗探究. 可以引導學生演示:聲音是由物體振動產生的、聲音的傳播需要介質、電磁波能在真空中傳播裝置、靜電屏蔽、電流的熱效應現象、觀察看不見的紅外線、滑動摩擦力的大小與接觸面積無關、壓強與受力面積的關系、物體具有慣性等.

5. 做到理論聯系實際，增強實驗探究的開放性

“讓學生聯系實際探究一些實際的問題”給物理實驗探究更大拓展的空間，也為學生創造能力的展現提供了更加寬闊的舞臺，留給學生更多發揮聰明才智的空間. 在實驗探究的過程中，學生們各抒已見，提出了各種假設以及問題探究的方案，達到了百花齊放、百家爭鳴的開放性的效果.

例如:2005年10月17日凌晨4時33分，內蒙古中部四子王旗草原迎來了兩位巡天歸來的“游子”. 在飛船中如何測量小物體的質量呢?讓學生課后思考，設計出相應的實驗方案.

下一節課讓學生以小組為單位，匯報自己的成果，筆者歸納后大致有以下三種:

方案一

用如圖4所示的裝置(圖中O為光滑的小孔)來間接測量物體的質量:給待測物體一個初速度，使它在桌面上做勻速圓周運動. 實驗時測出彈簧秤示數F、圓周運動的半徑R、n圈圓周運動的時間t，即勻速圓周運動的周期T=;由向心力公式F=mω2R=M()2R，得待測質量的表達式為m= .

方案二

用如圖5所示裝置(彈簧的勁度系數為k)來間接測量物體的質量:A是質量為M的帶夾子的標準質量的金屬塊，B是待測質量為m的物體. 當只有A物體做簡諧運動時，測得其簡諧運動n個周期的時間為t1，則周期T1=;將待測物體B固定在A物體上后，測得它們簡諧運動n個周期的時間為t2，則周期為T2= .由簡諧運動的周期公式T=2π有:只有A物體時，T1=2π當加上物體B后，T2=2π，由以上兩式得 m= M=M.

方案三

用如圖6所示的實驗裝置來間接測量物體的質量，A是質量為M標準質量的滑塊，B是待測質量為m的滑塊，C和D是水平桌面的的兩個豎直擋板，滑塊A、B離開彈簧后在桌面上做的是勻速直線運動.實驗步驟如下:

a. 在滑塊A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧(彈簧的長度較短，可忽略不計)，用電動卡銷鎖定，靜止放置在水平桌面上.

b. 用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1，B的右端至D板的距離L2.

c. 按下電鈕放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A，B運動時間的計時器開始工作. 當A，B滑塊分別碰撞C，D擋板時停止計時，記下A，B分別到達C，D的運動時間t1和t2.由動量守恒定律有:M=m=.

三、結束語

以上是筆者經過理性的思考和在實踐中總結出來的中學物理實驗探究常態化教學的幾種常見方法，僅希望能起到拋磚引玉的作用，使中學物理實驗探究常態化教學的方法得到進一步的深入的研究，中學物理實驗探究常態化教學能真正落到實處.使得每一節課上學生都能得到科學素養的熏陶，使得每個學生都具有科學素養.