高中物理探究性實驗教學策略初探

摘 要：新課程環(huán)境下高中物理實驗教學改革給高中物理老師帶來全新的挑戰(zhàn)和機遇，針對新課程對探究性實驗的教學要求，本文闡述了高中物理探究性實驗的一般教學模式、設計的一般原則，重點從探究性演示實驗、分組實驗、輔助小實驗三個方面總結了高中物理探究性實驗教學設計的一般策略，以培養(yǎng)學生的探究能力。

關鍵詞：新課程；探究性實驗；設計；策略

物理學是一門以實驗為基礎的自然學科，物理實驗是物理學的有機組成部分。物理實驗不僅是一種驗證性的實踐活動，更是一種探究性的實踐活動，探究性實驗作為一種重要的實驗形式，同時也是科學探究的一種有效方式，探究性實驗能更充分地體現學生學習的主動性、探索性和創(chuàng)造性，探究性物理實驗可以在物理實驗教學中發(fā)揮重要作用，因此新課程大力提倡探究性實驗， 從而培養(yǎng)他們對物理學科的興趣、激發(fā)他們的學習動機，并對學生進行科學探究能力的培養(yǎng)，發(fā)展學生的思維能力，培養(yǎng)學生良好的科學作風和科學態(tài)度。

一、高中物理探究性實驗的一般教學模式

對于探究性實驗，一般教學模式是教師根據高中物理教材的特點和教學的實際，在學生已有物理知識和實驗技能的條件下，由教師給出實驗課題，提供實驗器材，提出實驗要求，讓學生自己擬定實驗方案，制訂實驗步驟，獨立地通過實驗的觀測和分析去探索研究，從而發(fā)現“新”的物理現象，并通過建立物理模型來解釋實驗現象，總結出他們原來并不知道的規(guī)律性認識的實驗。其一般過程如流程圖圖1。

二、高中物理探究性實驗設計的一般原則

高中物理探究性實驗的設計指導思想應該是“內容新穎、難易適度”。 根據這一設計思想，結合具體設計中的體會與經驗，我認為高中物理探究性實驗的設計一般要遵循如下原則：

一是探索性設計原則：指所設計的實驗包含的物理規(guī)律往往隱藏在較深的層次，需要學生去挖掘；實驗的條件和結果之間往往存在著較大的距離，需要學生去跨越；解決問題的方法與途徑往往不太明確，需要學生通過嘗試錯誤，提出假設并驗證假設來尋找。這樣，學生在解決問題的過程中，不僅能學會并形成一定的認知策略和技巧，同時也激發(fā)了他們本身的智慧潛力，并有助于形成內在的學習動機；二是理論聯(lián)系實際設計原則：指探索性物理實驗的設計不僅有觀察、測量的過程，而且需要建立物理模型，對實驗的現象和結果用根據物理模型得出的表達式進行解釋，從而培養(yǎng)學生運用理論解決實際問題的能力；三是科學性設計原則：指在探索性物理實驗的設計中，必須保證實驗的設計不出現科學性錯誤，實驗設計要具有科學思想和科學方法的教育因素，把科學的物理思想和方法滲透到設計之中。

三、高中物理探究性實驗教學設計的一般策略

1. 探究性演示實驗的設計策略

物理新教材中安排了大量的“實驗與探究”可作為探究性演示實驗，其目的不僅是讓學生在觀察的基礎上接受物理知識，為理解提供直觀材料，更重要的是給學生提供探索的空間，激發(fā)學生的好奇心和學習新知識的欲望，培養(yǎng)學生學習物理的興趣和探究能力。傳統(tǒng)的物理演示實驗是由教師先講解、再演示，然后把觀察到的現象、結論總結出來，這樣的實驗教學學生處于被動地位，缺乏對實驗的熱情和探究的欲望。這就要求教師從傳統(tǒng)的演示實驗中走出來，根據探究性實驗教學的設計原則，在演示實驗中，要通過增加演示實驗的創(chuàng)造成分，給學生提供更大的思考空間，把那些有探究價值的演示實驗設計為學生的探究性實驗。

（1）將驗證性實驗轉化為探究性演示實驗的設計

例如“驗證力的平行四邊形定則”就可設計為學生的探究性實驗，教師可在提出“如何得出不在一條直線上的幾個分力的合力”問題后，提供學生所需實驗器材，引導學生共同設計實驗方案，把這個實驗改在黑板上完成，并讓學生參與，自己得出規(guī)律。這樣做不僅可以使學生體驗規(guī)律得出的過程，加深對知識的理解，提高學習的興趣，而且也結合了學生實驗的內容。

（2）將定量研究轉化為定性研究的設計

例如，平拋物體運動規(guī)律的演示，一個關鍵問題是如何在無法測定速度、加速度的情況下進行規(guī)律的探究，先給學生一定時間的思考，再由教師演示，讓兩小球從同一高度分別做平拋運動、自由落體運動，比較是否同時落地，讓學生分析這個實驗說明了什么，這個過程教師不要輕易給出結論性提示。這樣做的目的是給學生提供探索的空間，使學生體會這種將定量研究轉化為定性研究的辦法，即實驗轉化法。

（3）通過探究性實驗滲透科學研究方法的設計

例如“觀察安培力的大小與哪些因素有關”的演示，可以先讓學生猜想之后再引導學生設計出實驗方案，從而讓學生更深刻體會“控制變量法”這種科學研究方法在物理實驗中的應用。

以上實驗方法為學生提供了新的教學環(huán)境，在新環(huán)境下，學生獨立自主思考、探索問題，避免因教師先講或預習教材造成的“先入為主”的影響，要讓學生人人有自己的猜想、觀點、看法，并努力形成各自的實驗設計，增強學習的積極性和主動性。

2. 探究性分組實驗的設計策略

探究性分組實驗是在教師指導下，學生圍繞實驗課題進行實驗，從中探索科學概念和規(guī)律。探究性分組實驗教學重視實驗探究的過程，把科學方法的培養(yǎng)和科學思維的訓練放在首位。而傳統(tǒng)的學生分組實驗教學，通常先由教師就實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗步驟、數據采集及處理辦法清清楚楚地講一遍，然后學生實驗，實驗中學生只是“照方抓藥”，難以激發(fā)他們的實驗積極性。因此，在學生分組實驗中，通過增加實驗的未知性，可以激發(fā)學生探究的欲望。

（1）將驗證性實驗轉化為探究性分組實驗的設計

如果某些實驗所驗證的規(guī)律符合學生認知水平、思維水平，這類實驗可改為探究性實驗，實驗時間可放在知識教學之前。例如：“實驗與探究”中的“動能與勢能的轉化和守恒”可以在教學“能量守恒定律”一節(jié)內容前加入作為探究性分組實驗，讓學生在親身體驗、探究的過程中，得出機械能守恒定律。另外，“探究彈簧伸長量與彈力的關系”、“探究影響導線電阻的因素”也可以采取這種方式。

（2）引導學生多角度設計實驗方案的教學設計

對于一些不能超前于知識教學的學生實驗，如：“測量電源的電動勢和內電阻”，可在實驗時讓學生多角度設計方案，并動手實踐，從中比較各種方法的優(yōu)劣，體會教材中方法的獨特性。“利用單擺測重力加速度”這一實驗要引導學生先設計測定重力加速度的方法，學生們會想到通過物體下落的時間和下落的高度來測，通過打點計時器打出的紙帶來測物體下落的時間和下落的高度，還可以通過測量重力和質量，利用G=mg來計算重力加速度等等。通過對方法的探究，培養(yǎng)了學生的綜合能力和知識的遷移能力。

（3）練習使用儀器類分組實驗的設計

對于練習使用儀器類實驗，如：“練習使用打點計時器”、“練習使用多用電表”這樣一些實驗，要通過學生自己閱讀使用說明，了解其基本原理和基本使用方法，自己動手操作練習并能夠應用這些儀器進行相關量的測量，教師只在必要時作適當點撥，從而增強學生學習的主動性，有利于開發(fā)學生創(chuàng)造潛能和創(chuàng)新精神。

3. 探究性輔助小實驗的設計策略

探究性輔助小實驗可以在課堂上由學生自己操作完成，也可以指導學生課后完成，在這種實驗過程中充分突出學生的主體性，教師只是適時引導但不包辦代替，從而強化探究性的學習。如在“迷你實驗室”欄目中，很多是實驗性的活動，提倡用瓶瓶罐罐自制小器材，或者直接利用日常用具做實驗，教師要注重這些實驗的趣味性，可將其設計為探究性輔助小實驗并指導學生自己完成。

（1）探究性課堂小實驗的設計

課堂小實驗多數都為定性實驗且較為簡單、用時短，教師只要為學生準備好器材，就可讓學生在課堂上自己操作完成，從而激發(fā)學生的探究熱情，培養(yǎng)學生的動手能力。

例如“探究最大靜摩擦力與壓力的定性關系”可以提供給學生物塊、彈簧稱和不同重物，讓學生自己動手找規(guī)律；再如“探究作用力與反作用力的關系”可以提供給學生兩根彈簧稱，讓學生通過自己動手、讀數總結出作用力和反作用力的大小、方向和作用線分別有怎樣的關系。

還有一些實驗教師可以不用準備器材就能做的，如“白光的單縫衍射圖樣”，可以讓每位同學用兩把筆緊靠在一起，通過其中的狹縫觀察日光燈發(fā)出的光的衍射圖樣等等。

（2）探究性課外小實驗的設計

探究式課外小實驗要體現學生自身興趣，在教師指導下，利用日常器具做實驗。通過這類實驗可以培養(yǎng)學生自主學習、勇于探究和嚴謹的科學態(tài)度。

物理教學中有許多課外小實驗，而家庭、學校、社會都有大量學生感興趣又易得的實驗器材，如可樂瓶、易拉罐、吸管、玩具等常見物品。如果教師引導得當，學生主動去做，會獲得意想不到的效果。例如“測量反應時間”就可利用一把刻度尺根據自由落體運動的原理測量出來；再如“感受摩擦力”的實驗中只要準備一些日常生活中常見的用品就行了，像紙張、毛巾、塑料、木板等。

探究性課外小實驗是對課堂40分鐘的有效補充，類似上述的例子還很多，教師也可以自己設計一些簡單有趣的實驗指導學生課后完成并探究現象的成因。例如 “摔不碎的雞蛋”、“瓦碎蛋全”、“找不均勻木棒的重心”等等。

應當說幾乎每一個實驗本身都蘊含著探究的成分，只要教師開動腦筋，因地制宜，還可以開發(fā)出許多探究性實驗課題來。培養(yǎng)學生的探究能力是一個循序漸進的過程，不是通過少數幾個探究性實驗就能一蹴而就的，而且探究性實驗本身也是對學生較高層次的要求。為了保證探究性實驗的順利進行，教師應該努力創(chuàng)造條件，充分利用現有器材和生活用具等，設計符合學生認知水平的探究性實驗，對探究課的課時要進行合理增加與靈活處理，爭取達到最佳效果。

總之，在高中開展探究性實驗教學是有必要的，它是教學改革的需要，也是為社會建設培養(yǎng)有時代創(chuàng)新能力的人才的一種途徑。只要我們老師樹立一種為學生的終身發(fā)展服務的思想，充分利用物理實驗教學的特點，就能培養(yǎng)學生對自然，對科學的興趣和終身學習意識，使其成為終身的學習者和科學探究者。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中《物理課程標準》（實驗）[S].人民教育出版社，2003.

[2]趙力紅，臧文或.高中物理探究性趣味實驗[M].杭州：浙江大學出版社出版，2002.

[3]蔡任湘.淺談探究性物理實驗教學[J].物理教師2004（11）.

[4]張敏.探索性物理實驗的雙重教學功能[J].物理實驗，2004（10）.