實驗探究在物理概念教學中的應用

摘 要：物理概念是人類在探索物理世界的過程中，在大量觀察實驗的基礎上，運用邏輯思維的方法，把物理現象、物理過程的本質屬性加以抽象、概括形成的，并且用特定的物理名詞固定下來的，是探索物理世界的科學方法的基礎，是解決物理問題的鑰匙。因此，物理概念的教學在物理教學中是具有非常重要的地位。物理學又是一門以實驗為基礎的學科，所有的物理概念、規律和理論，都是在實驗的基礎上建立起來的，所以實驗探究是物理科學研究的重要方法，也是物理學科教學的重要手段。在教學中，教師帶領學生學習如何觀察實驗，如何分析影響實驗結果的各種因素，如何歸納出概念的基本特征，以獲得新的概念。

關鍵詞：物理概念；實驗探究；問題

中學學到的物理概念是科學家早已創建的，要使之成為學生頭腦中的物理概念，也得經歷一個從感性到理性、從具體到抽象、從知識到應用的過程，中間通過分析、綜合、抽象、概括等思維過程才能實現。所以學生學習物理概念，不僅僅是為了學到一些物理知識，更重要的是通過學習物理知識的過程中逐步學到探索客觀世界的科學方法，而后者才是中學物理教學的最重要的目標。所以，在物理概念的教學中，教師應根據學生不同的發展階段，對同一個物理概念的接受能力，理解層次，知識要求的異同，選擇與之相適應的教學方法。只有這樣，教學中才能夠把結果變成過程，才能把知識變成學生的智慧。

物理概念形成的教學過程，是一個以教材為基礎，學生為主體，教師為指導的復雜過程。在教學過程中，教師通過提出問題、導讀教材、觀察實驗等學生感知活動，運用邏輯思維的方法把物理現象進行歸納、總結、抽象，抓住概念本身的特征和本質進行理解。實驗探究在物理概念教學中的應用主要有“演示實驗歸納”法和“理想實驗探究”法。

一、“演示實驗歸納”法

物理科學是一門建立在實驗基礎上的定量的科學，學生學習物理概念，應該學會將實驗觀察作為基礎，從中獲取生動的感性材料，并學會從這些感性材料中把概念的特征抽象出來，提煉出物理概念。生動形象的物理實驗，可以讓學生充分地動手、動腦，發揮學生的主體作用，這有利于學生創造思維的激發。還能激發學生學習的興趣。這是建構一個好的學習環境所必需的。

演示實驗歸納法就是把所研究的物理現象展示在學生眼前，引導學生觀察、思考，分析影響實驗結果的各種因素，從實驗現象中歸納事物的特征，找到物理現象本質的東西，形成概念。這是物理科學發展的基本方法。在物理概念教學中，它有利于充分體現教師的主導作用與學生的主體地位，使學生的實驗感知與思維活動緊密結合，來獲得知識、發展能力，是一種最有效、最直觀的教學方式。其教學過程可以按如下流程圖進行：

例如在“自由落體運動的概念”的教學中，從“比薩斜塔”引入課題：不管伽利略是否做過“斜塔實驗”，但是他針對亞里士多德的看法，對自由落體運動的加速度是否與物重有關系做過精辟的分析。那么，伽利略的分析是否正確呢？先用紙片和硬幣從相同的高度同時下落，看誰下落的快？再用紙片和紙團從同一高度同時下落，又是誰下落的快？讓學生回答原因何在，確定是空氣阻力作用后，再用“牛頓管”做演示，說明抽掉空氣后，羽毛和鐵片下落一樣快，從而得出結論：物體下落的過程中加速度相同，與物重無關。驗證了學生的判斷。在上述的教學過程中，先讓學生對落體運動的思考感知人類對落體運動的認識探究過程，在此基礎上運用抽象思維提出問題——影響下落快慢的因素是什么？并通過簡單的演示實驗探究，逐步提出問題，使學生帶著問題去觀察、探究、討論，最后通過對“牛頓管”實驗觀察思考，進一步設想，得出自由落體運動的概念。

二、“理想實驗探究”法

物理科學體系是通過大量觀察和實驗建立起來的，但是不能認為根據觀察和實驗得到的直接經驗就能解決概念獲得的一切問題，直接經驗中有許多非本質的或非決定性的東西在干擾我們的分析、歸納，還必須經過一番“去粗取精，去偽存真”，也就是將實際實驗轉化為“理想實驗”，方能抓住物理現象本質性的東西，獲得正確的概念。所以，“理想實驗”并非空穴來風，它們是來自真正的實驗、又高于真正的實驗的一種再創造，是從感知階段向建構概念過渡的一個環節。理想實驗對培養學生的物理直覺、邏輯思維、分析歸納能力有很好的作用，教學中應該有目的的地、系統地、積極地引導學生做好“理想實驗”。

理想實驗是借助于邏輯思維和想象力，有意識地突出研究對象的主要因素和無關因素的干擾，在大腦中形成理想化的研究對象或相互聯系，來探索物理世界的方法。在學習物理中，我們要掌握并善于運用以大腦為實驗室、用思維進行操作的理想方法，通過理想實驗分析物理現象，歸納出事物的更本質的東西，以此獲得物理概念。這是過去科學家在探索新的事物，建構物理概念的過程中形成的一種的科學方法，所以這也是高中物理教學的重要內容。在物理教學中運用理想實驗方法可以引導學生自己學習知識，有助于提出假說，進行推理；有助于提出問題并設想解決問題的方向，理想實驗方法可以激發學生的探索意向，引導學生進行探索，發展學生的思維能力。

理想實驗不像物理實驗那樣依靠人們直接使用儀器，進行實際操作，但它也有一定程序。一般是：實驗者先提出研究或者批判的命題，進而設計一個不必考慮任何的技術困難和任何外界影響的又在實際中往往無法實現的實驗，然后憑借自己的已有知識，在大腦中或紙面中發揮主觀能動性，創造性思維，得出結論，歸納出事物的更本質的東西，以此獲得新的物理概念。在“電場強度”概念的教學中，從“任何力的作用都離不開物質”這一點出發，分析電荷之間的相互作用也得通過物質，引入“電場”概念。那么，電場對放在其中的電荷的力的性質如何？如何確定電場對電荷作用的性質？向學生提出問題后，引導學生以真空中點電荷的電場為例，設想用“檢驗電荷”進行試探，進行理想實驗。理想實驗前，先分析理想實驗進行條件（對“檢驗電荷”的要求）。通過理想實驗，得到在以場電荷為中心的任何一條半徑上的各點，檢驗電荷受到的電場力方向都相同、大小都不同（和到場電荷的距離的平方成反比）；在以場電荷為中心的同一個球面上，檢驗電荷受到的電場力大小都相同、方向都不同。不管是哪種情況，在電場中同一點，檢驗電荷受到的電場力F與檢驗電荷電量q之比總相同，與檢驗電荷的性質（符號、大小）無關，而只和電場的性質有關，所以這個比值F/q反映的是電場對電荷作用的性質，命名為“電場強度”。這說明，用“檢驗電荷”試探任何電場都可以確立“電場強度”的定義和定義式的普適性，還可以分析電場強度的基本性質（單位、矢量、疊加原理等）。然后，運用電場強度的定義式和真空中的庫侖定律計算點電荷電場中某一點的電場強度，得到真空中點電荷電場強度的計算公式。

總之，實驗探究在物理概念教學中有不可替代的作用。教師只有明確了實驗探究的重要性，掌握了正確的方法，才能使學生的觀察和思維活動緊密地結合起來，用觀察促進思維活動的展開，又用思維指導觀察活動的進行，逐步掌握物理概念和規律，發展觀察和思維能力，才能使我們的物理教學達到事半功倍的效果。此外，教師對待實驗探究的嚴謹作風和科學態度也會對學生的實驗素養起到潛移默化的作用。在學生建立完整的物理概念和導出正確物理規律的課堂教學中，實驗是最活躍最具生命力的部分。是深受學生歡迎的實驗形式，是教師施展教學藝術的獨特方法。它能化抽象為具體，化枯燥為生動，把要研究的物理現象清楚地展示在學生面前。能引導學生觀察，并進行思考，配合講授使學生認識物理概念和規律，達到事半功倍的效果。

參考文獻：

［1］蘇明義等.中學物理教學建模［M］.南寧：廣西教育出版社，2003.

［2］閻金鐸，陶洪.物理實驗論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.