基于科學探究的物理實驗教學實施策略

丁志強

摘 要：基于新課標對科學探究的教學要求，結合物理實驗教學的特點與現狀，就若干實驗教學案例在教學設計、教學內容等方面開展研究，提出一些教學策略，以期為實驗教學提供一些有益參考。

關鍵詞：科學探究;實驗教學;策略

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出：“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。”而實驗教學是引導學生構建物理知識、形成物理概念及規律的重要途徑，也是科學探究的重要載體。傳統實驗教學中，多數教師會依據因篇幅有限而簡化的教材設計開展教學，無形中削弱了實驗教學理應體現的探究價值。為此，筆者通過蘇科版初中物理若干實驗教學的案例研究，探尋實驗教學與科學探究的內在關聯與外在表現，總結些許有助于提高實驗教學實效的策略與方法。

一、借助實驗巧設情境，激發探究的興趣點

案例一：“杠桿平衡條件”教學引入

在用杠桿探究“平衡條件”之前，筆者展示了“蠟燭蹺蹺板”這個實驗。如圖1所示，將蠟燭的兩邊先后點燃，蠟燭就會像蹺蹺板一樣開始上下擺動。因為這個實驗的趣味性很強，而且又有別于日常生活中的蹺蹺板，學生就會想：“為什么蠟燭能自動完成上下擺動？”緊接著，筆者引導學生開展對“蠟燭的燃燒對兩邊的力與力臂的影響”這一問題開展討論，為后續猜想影響杠桿平衡條件的因素打好基礎。

圖1：蠟燭蹺蹺板 ? ?圖2：“浮袋”實驗演示圖

案例二：“浮力”教學引入

在開展浮力教學之前，筆者演示了一個“浮袋”實驗。如圖2所示，點燃酒精燈并對準垃圾袋的袋口加熱，垃圾袋會不斷膨脹，過一段時間后松手，垃圾袋就能自行向上飄到空中。實驗結束后，筆者引導學生分別對“在對垃圾袋內部加熱時，垃圾袋發生了怎樣的變化？”和“垃圾袋能漂到空中的原因是什么？”這兩個問題進行探討，從而讓學生了解空氣能產生浮力。

實施策略：德國著名的民主教育家第斯多惠說過“教育的藝術不在于傳授的本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞。”因此，借助一些意想不到的趣味實驗，不只是借助趣味抓住學生眼球，更重要的是，通過展示給學生實驗本身的真實情境，引導學生關注現象背后的物理問題以及對問題的思考，從而讓實驗真正為課堂的探究性教學打開一條有效通道，這是一項切實有效且富有意義的教學措施。

二、完善實驗教學過程，體現探究的實效性

案例三：“探究凸透鏡成像規律”教學過程

在“探究凸透鏡成像規律”實驗教學中，大多數教師常用的方法是，讓學生先改變蠟燭或光屏到凸透鏡的距離，直到在光屏上呈現最清晰的像，然后記錄像的性質、物距、像距，并將物距、像距與焦距進行比較得出成像規律。由于實驗設計過于籠統，往往會導致學生在實驗過程中耗費大量時間，甚至出現錯誤操作的情況，這是非常低效的實驗教學。

因此，筆者對上述實驗設計做了三個方面的改進，一是用發光二極管“F”代替蠟燭作為物體，讓學生將它放在凸透鏡的兩倍焦距處，在凸透鏡另一側移動光屏找到一個與物體等大的像。二是明確讓學生將物體分別放在兩倍焦距以外、一倍焦距和兩倍焦距以內的某一位置，然后通過移動光屏找到最清晰的像。以上兩個改進設計中既有“規定動作”又有“自選動作”，通過實踐操作，不僅能讓學生較為容易的掌握實驗操作要領和方法，而且能有效培養學生的邏輯思維能力。

案例四：“伏安法測電阻”教學過程

基于教材內容，筆者主要設計了以下三個教學過程：一是測定值電阻的阻值，引導學生根據實驗原理選擇實驗器材，設計并修正實驗電路和數據記錄表格，強調實驗操作的規范性，目的是讓學生掌握伏安法測電阻的基本方法。二是測小燈泡燈絲電阻的阻值，在鞏固伏安法應用的基礎上，引導學生重點探究燈絲阻值差異較大的原因，通過學生用手摸小燈泡外壁親身體驗燈絲的溫度變化，引導學生辨析燈絲阻值與其溫度的關系，讓學生真正理解測小燈泡燈絲阻值實質上是在測量它在不同工作狀態時的阻值。

實施策略：如果將物理教學置于教育哲學的高度，并加以理性的過濾，那最后留下來的，大概只是“關注過程，優化過程”這幾個字了，這正是教好物理的關鍵之所在[1]。讓學生親歷完整的實驗過程，重蹈關鍵性知識的發生過程，這是科學探究在實驗教學中的重要體現。

三、拓展實驗教學內容，挖掘探究的潛在價值

案例五：“光的色散”教學內容

為了讓學生能深刻理解白光是由多種色光混合而成的，筆者在學生完成教材設置的分解白光實驗之后，通過拓展教學內容，引導學生對白光的色散現象開展了更為深入的探究性教學，教學過程如下：

師：實驗證明，白光可以被分解成多種色光。那么，這些被分解出來的色光是否能被混合成白光？

生：能。

師：我們可以通過什么方式去證明？

生：做實驗。

師：好的，只不過通過實驗證明還得添加一個什么器材？（當學生回答有困難時，可以提示學生用逆向思維去思考問題）

生：還需要一塊三棱鏡。

師：對，那這塊三棱鏡應該被放在哪里？

生：放在原來的三棱鏡和光屏之間。

師：很好，那就請大家先在虛線框中畫出第二塊三棱鏡的位置圖，也就是畫出三棱鏡的頂角和底邊位置，然后經組內討論確定可行的實驗方案，最后按方案開展實驗進行論證。

（學生分組討論與實驗）

在學生原有知識儲備與思維能力的基礎上，通過進一步完善與拓展教材實驗設計，引導學生開展更為深入的探究性學習，不僅有助于學生構建更為系統的知識結構，而且有助于培養學生的探究意識與能力。

案例六：“特殊方法測電阻”教學內容

在學生應用伏安法完成小阻值（10Ω）定值電阻和小燈泡電阻的測量實驗之后，筆者又增加了讓學生測大阻值（100Ω）定值電阻的實驗教學，這是一項極具探究價值的教學內容。在應用伏安法測該電阻過程中，學生會發現因電流表示數很小而導致讀數不準確的問題，筆者通過引導學生首先分析電流過小的原因，然后分別圍繞改進實驗器材和實驗方案開展探討，找到解決問題的方法，最后通過實驗完成測量任務。以上的拓展性教學，不僅能說明伏安法不是萬能的，它是有適用條件的，而且能培養學生的辯證性和發散性思維，滿足學生的個性化發展需求。

實施策略：實驗教學不能一味的讓學生按照教材設計重復實驗操作或是再現實驗現象[2]。為此，教師應基于教材設計，在恰當的時機嵌入特定的教學情境，通過讓學生經歷科學探究、開展深度學習，從而凸顯實驗教學服務科學探究的重要價值和積極意義。

基于科學探究的實驗教學為學生形成探究意識、提升探究能力、建立科學思維構建了一條有效途徑。驚喜有趣的實驗設計、步步推進的實驗內容、勾連有序的實驗環節體現了物理學的探究之趣、科學之美，這為物理實驗教學指明了前進的方向。

參考文獻：

[1]吳加澍.對物理教學的哲學思考[J].課程？教材？教法，2005（7）：64-69.

[2]江山.實驗探究：培養物理學科核心素養的有效途徑[J].中學物理教學參考，2015（23）：2-5.