实施高中物理课堂探究性实验教学的几点体会
王文梅
“探究”成为这次课程改革的一个重要内容，而实验探究是科学探究的重要方式，本人就探究性物理实验教学在高中年级进行了初步的尝试与探索，淡几点实践中的体会
一、设计探究性物理实验耍注意的两个问题
1. 实验设计要具有探宄性
考察我们当前的实验教学的现状发现,不少课堂上，学生们也在忙于收集数据，解释并求证结果，但是如何根据有限的线索确定证据收集的方向，如何在不止一个可能合理的解释面前做出决策呢?这对于学生至关重要，但这个环节常常被教师替代．缺乏真正意义上的探究。例如，浸人液体中的物体所受浮力的大小与其排开液体的多少有关，如果把物体排开的液体收集起来称一下，就会发现它的重量刚好等于浮力的大小．这样的结果无疑可以作为著名的阿基米德定律的实验事实基础。但是关键的问题是，人们一开始怎么会想到要设法去收集那一部分刚好由于物体的浸入而被排挤开的液体呢?楞次定律的发现为什么会想到研究感应电流的磁场与原磁场变化的关系呢？因此，实验设计要具有探究性是指：所设计的实验包含的物理规律往往隐藏在较深的层次，需要学生去挖掘。实验的条件和结果之间往往存在较大的距离，需要学生去跨越。解决问题的方法与途径往往不太明确．需要学生通过尝试错误，得出假设并验证假设来寻找。
2．探究性实验教学设计要在内容上把握主干，形式上注重质量
长期以来，我们重视知识的传授而忽视了能力培养．注重知识的结果，往往淡化甚至不管知识获得的过程。教育太急于看到知识传授的结果，太讲究“效率”了。因此．很多教师用“高效益”的方式将实验的结果得出的规律告诉学生。然后把大量的时间用于反复通过习题训练理解掌握规律，但这样做恰恰是本末倒置的。对于学生还不是很理解的规律，即使是通过大量的习题反复演练．其知识的迁移能力仍是比较弱的，一旦出现新的情境．许多学生将束手无策。应当看到，虽然探究学习方式开始会比较耗时，但由于学生对相关知识的理解较为深刻．完全可以在后续的学习中通过少花时间用于反复巩固而补回。当然在探究性实验的设计上，我们不可能也没有必要将所要求的内容都设计成探究性的。最值得选择的内容应该是对于学科来说具有核心和基础地位的那些概念和规律性知识，因为学生真正理解了这样的知识．就等于掌握了学科知识的主干，形成了扩充和扩展自己知识结构的能力。
如何去评价一节探究性实验教学课?探究性教学只不过是一种回归儿童和科学发展本性的教育追求，从这一基本观点出发，我们没理由神化探究活动，也没有必要去纠缠一堂课是否完整地经历了探究的几个环节，在每一个环节学生是否达到了自主探究的程度，也没有意义去追求学生在程序上、形式上重复科学家的发现过程。关键是活动的质量。例如：α粒子散射实验我们可以侧重于让学生分析实验现象，总结得出结论。对测定电源的电动势和内电阻实验，应让学生在电路设计上下工夫，如给定安培表、伏特表如何设计电路，给定两块安培表如何设计电路等等。因此，探究性实验教学的设计并不是一种程序化设计，而应当挖掘实验本身具有探究意义的因素．考虑学生的实际状况。当然，自由式的探究实验教学缺乏教师的设计与调控，会导致许多学生在课堂上无从下手．也失去了探究的意义。
二、教学方法
现针对本人在高中进行的课堂探究性实验教学的实践，从两种基本实验形式来谈实施的具体方法。
1．演示实验。
物理课本中安排了大量的演示实验，其目的主要是让学生在观察的基础上接受物理知识，为理解提供直观材料。传统的物理演示实验是由教师先讲解、再演示，然后把观察到的现象、结论总结出来，这样的实验教学学生处于被动地位，缺乏对实验的热情和探究的欲望。根据探究性实验教学的设计原则，在演示实验中，要通过增加演示实验的创造成分，给学生提供更大的思考空间，把部分有探究价值的演示实验改为学生的探究实验。比如：“共点力合成的平行四边形法则”、“机械能守恒定律”都可以转化为学生的探究性实验，这样做不仅可以使学生体验规律得出的过程，加深对知识的理解，提高学习的兴趣，而且也结合了学生实验的内容。这样做看似“力的合成”的教学时间加长了，实际从总课时上并没有造成课时紧张的矛盾。另外，像“牛顿第三定律”、“自由落体规律”等实验，均可以转化为学生探究性实验。即使是教师的演示实验，也要增加学生的参与程度，如向心力与哪些因素有关，在介绍装置之后，可以由学生设计实验方案教师操作，或由一个学生为大家演示。再如，平抛物体运动规律的演示，一个关键问题是如何在无法测定速度、加速度的情况下进行规律的研究，先给学生一定时间的思考，再由教师演示，让两小球从同一高度分别做平抛运动、自由落体运动，比较是否同时落地，让学生分析这个实验说明了什么，这个过程教师不要轻易给出结论性提示。这样做的目的是给学生提供探索的空间，使学生体会这种将定量研究转化为定性研究的办法，即实验转化法。以上实验方法为学生提供了新的教学环境，在新环境下，学生独立自主思考、探索问题，避免因教师先讲或预习教材造成的“先入为主”的影响，要让学生人人有自己的猜想、观点、看法，并努力形成各自的实验设计。依据教学时间安排和具体课堂教学进展，必要时教师以学生身份发表自己的实验设计(或拿出事先准备好的仪器设备，或让学生阅读教材中的有关部分)，之后，再开始具体的实验操作。
2．学生分组实验。
传统的学生分组实验教学，通常先由教师就实验目的、实验器材、实验原理、实验步骤、数据采集及处理办法清清楚楚地讲一遍，然后学生实验，教学时间一般为两课时。实验中学生只是“照方抓药”，难以激发他们的实验积极性，许多学生只是应付完了事。因此，在学生分组实验中，通过增加实验的未知性，可以激发学生探究的欲望如果某些实验所验证的规律符合学生认知水平、思维水平，这类实验可改为探究性实验，实验时间可放在知识教学之前。比如：“验证平行四边形法则”可以在教学“力的合成”一节内容加入作为探究性实验，让学生在亲身体验、经历探究的过程中，得出合成法则。“机械能守恒定律的验证”、“探索弹力和弹簧伸长的关系”、“描绘小电珠的伏安特性曲线”也可以采取这种方式。对于不能超前于知识教学的实验，如：“测量电源的电动势和内电阻”，可在实验时让学生多角度设计方案，并动手实践，从中比较各类方法的优劣，体会书中方法的独特性。“用单摆测定重力加速度”这一实验要引导学生先设计测定重力加速度的方法，学生们会想到通过物体下落的时间和下落的高度来测，通过打点计时器打出的物体下落的时间和下落的高度来测，通过打点计时器打出的物体下落时所拖动的纸带来分析，还可以通过测量重力和质量，利用G=mg来计算重力加速度等等。通过对方法的探究，培养了学生的综合能力和知识的迁移能力。对于练习使用仪器类实验，如：“练习使用打点计时器”、“练习使用多用电表”、“练习使用示波器”这样一些实验，要通过学生自己阅读使用说明，了解其基本原理和基本使用方法，并能够应用这些仪器进行相关量的测量。书中的学生实验大多都把实验器材、实验原理、实验步骤等叙述得非常细致，无论这些实验是作为探究性实验。在知识教学前完成，还是作为一般的学生实验，在相关知识学习完之后去做，都不要先预习教材或由教师讲解，即便是验证性实验或测量性实验．如“测定金属的电阻率”、“测定玻璃的折射率”等实验，学生已具备一定相关知识，完全可以由学生自主设计实验原理、实验方案、并进行操作。但对于一些学生确实难以完成的实验，可以通过教师适当点拨或学生看书完成。
应当说几乎每一个实验本身都蕴含着探究的成分，比如“物体内能变化热和功”一节的教学。利用压缩空气，使易燃物着火来演示空气内能的增加。这个实验给学生留下许多的疑惑：实验的研究对象是什么?筒内空气的内能是否变化?事先放入易燃物，恰恰忽略了一个很好的探究环节。若先不放易燃物，压缩空气，然后提出问题：空气的内能是否增加?学生会感到疑惑：“是否增加怎么看得见?”于是教师可以不失时机地提出问题：“如何判断?”这样做不仅有效地调动学生自主地参与到实验的设计中，而且实验的目的更加明确。
三、探究性物理实验教学的案例——研究电磁感应现象
设计思想：电磁感应现象是电磁学部分的基础．是学生继续学习后阶段电磁学部分的关键。学生在初中已获得电磁感应现象的初步认识：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流。这种现象叫做电磁感应。但在高中要得出更为普遍的规律．即无论什么方法只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。从特殊到一般，学生需要一个认识过程。鉴于学生对电磁学部分认识的局限，此实验的设
计可由 老师提供，探究重点放在学生动手过程中对问题的推理和论证上。
教学过程：
提出问题：第三章磁场中，我们已经知道导线有电流就会产生磁场。那么，能不能反过来，利用磁场使导线产生电流呢？
学生会毫不犹豫地回答：能。
教师：你怎样使导体中产生电流呢？
学生：让导体去切割磁感线。（学生回忆初中知识）
另一个学生马上补充：如果导体不在闭合回路中不会产生电流。
学生们纷纷点头同意。
教师马上问：怎样才能显示电流的大小和方向？
学生：用灵敏电流计。
教师：好，我们今天就来验证是不是只有切割磁感线才能产生电流呢？（要求学生不能看书）
教师发给学生事先印好的实验设计方案，提供学生实验的器材，让学生实验第1种情况，即导线与磁铁相对静止并分析，实验结果很快出来了，大多数学生在表格中填写“指针不偏转”，“因为导线相对磁铁没有运动”，“导线与磁铁之间有相对运动时就会产生电流”。接下来两种情况中．学生的对分析结果发生了分歧：有的同学说是因为导体相对于磁铁有相对运动，有的说是磁感线被导线切割。有的则认为导体周围的磁场发生变化。这时教师不要发表结论性意见，要鼓励学生相互讨论、争辩。笔者在实验中观察到刚才认为是由于切割磁感线产生电流的同学显得得意洋洋，以为结论已经蛮有把握，但接下来的导电线圈闭合器回路中电阻发生变化，两种情况让他们也陷入思考。
实验结束，多数学生得出的结论是：无论是切割磁感线还是使线圈中的磁场强弱发生变化．都可以产生电流。教师要告诉学生物理规律的简洁美，鼓励学生发现更简洁的规律。这个过程是对学生的分析、综合、归纳及推理能力的训练过程。
学生进一步交流，终于有些组的学生高兴地举手回答：无论是切割磁感线还是线圈中磁场强弱发生变化，都是使电流回路的磁通量发生了变化，所以产生电流的条件是使穿过回路的磁通量发生变化。给学生一些时间再继续讨论、看书、提问，最后得出结论。
（注意）实验表格可以由教师提供，但实验的分析、综合归纳，推理出实验结论，一定要由学生来做。
四、实施探究性物理实验教学的一些体会
1．学生自主学习的意识加强。
在新课程中如何变学生“要我学”为“我要学”是一个很关键的问题，在探究性活动中．学生有了更多自主学习的空间，一位同学所说：“这样的实验需要自己去猜想、去探究。通过实验可以验证自己的猜想和设计是否正确，这种方法既促使我们动脑又锻炼了勇于猜想、大胆动手的良好学习习惯”。另一位同学说：“如果问我哪一种形式的实验好。我会毫不犹豫地说：'自己动手，丰衣足食。’”在这样的课堂教学活动中，他们习惯了自己提出问题，自己猜想假设，自己设计方案，并从自主学习的过程中增强了学习的积极性和主动性。
2．学生的知识结构得到优化和完善。
探究式物理实验教学方法强调，让学生自己设计方案，并具体实施实验操作，这一系列的过程，使学生真正参与到实验中来，使他们的物理概念表象得以更为有效地与基础理论知识体系中的物理概念建立起实质性的联系。而过去的常规实验方法，教师常常在草草做完一遍实验后，紧接着进行分析，以引出概念。而没有注意实验过程、现象是否给出学生留下了深刻的印象。当学生头脑中还是残缺的表象时，教师却根据自己头脑中早已存在的表象进行分析。结果，学生跟不上教师的思路．造成不得不机械背诵概念定义的现象，他们对概念的理解，往往是在以后的逐步练习、运用中获取。探究性实验教学方法，便是在于使学生在还没有抓住物理概念本质时，就会主动查阅资料，自己设计方案，增强迁移效果，优化学生的知识结构。
3．教师的观念发生了变化。
在探究性实验教学的实践过程中，教师们对其在物理教学中的作用逐渐有了更为深刻的认识，对教育过程本身也有了全新的感受。“过程即是知识”，过程是理解的基础，过程中渗透着科学研究的方法．使学生学会学习是走向社会和终身发展的基础。因此．教师是学生意义建构的帮助者和促进者，教师要将教育过程看作是把凝固文化激活的过程。在实践过程中，许多教师意识到经验型的教学已经不能适应新课程的要求．教师们还应成为自己教学行为的研究者。