探究物理实验存在的问题与对策

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内容摘要：本文着重阐述了目前高中物理实验的现状和存在的问题，在实验教学中为更好的培养学生的探究意识和探究能力。提出了探究式实验教学的对策和实验教学设计的基本原则。

关键词：实验教学；对策；基本原则

一、问题的提出

探究式实验教学是新一轮的教学改革极为推崇的教学。这种教学重视实验的探究，可以使学生体验物理规律发现和形成的过程。通过探究性的学习，不仅培养了学生的探究、发现、创新的良好科学素质，而且使学生品尝到探究过程中成功的喜悦，从而激发浓厚的学习兴趣。新编物理教材中给出了较多探究性实验，但有些实验存在可见度小，受气温、湿度、阳光等条件的限制，成功率低；有些结论缺乏实验探究。

我们的物理实验教学现状还是不容乐观；学校和教师受传统教育的影响，普遍存在着重理论轻实验的思想；实验教学模式僵化，物理实验教学的基本原则没有充分体现，教学方式呆板；学生对基本测量仪器的使用不规范，学生动手操作能力差，以“背”实验结论“代替”实验操作。

实验教学是物理教学中的一种重要手段，它不仅使学生直接地形成物理概念掌握物理规律，而且对学生实验技能的培养起着决定性作用。但目前实验的教学还比较普遍的存在一个误区：教师先演示给学生看，然后把原理、结论讲给学生听。这种教法的最终结果必然造成学生处于被动地们位，教师的主导作用和学生的主体作用末能有机结合。

怎样才能把课堂教学与素质教育要求的探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合？在大力倡导探究式实验教学的今天，迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学，为此，我们立足农村高中对探究式实验教学作一些有益的探索。对于学生较为深入地学习物理实验的相关理论、方法、技能：进一步提高学生的实验素养，激发学生实验探究的兴趣；增强学生的创新意识；培养学生实事求是、严谨认真的科学态度；养成交流与合作的良好习惯；发展学生的实践能力，具有非常重要的现实意义。

二、几点对策

（一）、正确把握“开放”与“收敛”的“度”，选择和设计合适的探究点

在对某一知识内容的实验教学设计中，可选择某个环节作为探究点，予以“开放”；其余的环节相对淡化，这个淡化就是指强化有意义接受学习的成分，采用讲授或质疑应答方式予以“收敛”。但从中学生学过程来看，其科学探究能力还是能均衡地得到培养和提高。至于对某个探究点的实验设计，我们可通过教材文本、物理学史料、方法论、现有的经验和资讯中寻找和制定适合现有教学对象的，符合现有学校教学资源条件的多种的、可供选择的方案。

（二）创设能适度调控探究活动方向与水平的实验情景

情景不但可以激发兴趣、引发问题、引导思考，在现代课堂教学中，还具有诱导与调节探究活动的方向与水平的功能。下面以研究气体压强与体积的关系这一节课的引入所创设的两个情景为例证：

情景1注射器实验情景2吹气球游戏

实验：1、用手推压针筒活塞后放手

2、用手拉拔针筒活塞拉开距离放手

问题：1、在推（或拉）时，手有什么感觉？

同时观察到针筒内气体如何变化？

2、由此你对针筒内气体的压强与体积的变化及其关系作一推断吗？实验：用两个可乐塑料瓶，在瓶中上各反套一个气球（其中一个瓶底有洞），二人比赛用力吹气球

问题：为什么比赛结果是使劲吹气的大男生反而不吹不大？（展示两个瓶底）你们发现吹气球的条件有什么不同呢？能作一个解释吗？

很显然，上述二个情景都可能推断出一定量气体的压强与体积的定性关系，但推拉注射器活塞情景能直接观察与体验到筒内气体p.v的变化关系，推断较容易；而吹气球游戏有一定的悬念，能唤起学生探究的兴趣，可是，推断分析较难，学生往往不容易发现研究对象是瓶内封闭气体。究竟取哪一个实验？问题应怎样铺垫才是最有效的，只能视教学对象的实际水平作出抉择了。

（三）、进一步开发与拓展数字化实验系统与原有实验整合的功能

运用传感器、数据采集器和计算机作为中学物理实验探究的工具，无论在测量精度上、数据采集的速度上，以及函数图象处理的功能上，与原有实验的测量工具相比，其先进性与不可替代性是显而易见的。但从目前构成实验探究所需的配套装置而言，就显不足和捉襟见肘了。因此，有效的办法是：（1）将原有实验数字化，如自由下落过程中底部有孔的水瓶的失重现象瞬即消逝，很难观察，改用DV摄成视频，慢放显示，效果就非常显著；又如用原有实验中的秒表、刻度尺、单摆等装置研究其周期T与摆长L的关系，可将已采集的数据输入计算机由Excel软件来处理，立即就能获得数学表达式与函数图象，得出结论。（2）将DIS实验系统与原有实验资源整合，以拓展数字化实验系统的功能。如教材中关于机械能守恒定律的实验设计是以DIS实验系统与单摆的装置配套完成实验验证，而现在我们可以形成新的组合，利用位移传感器和数据采集器采集小车在不同表面（粗布面、细布面、木板面）上滑下时各点的高度h与速度v，并由计算机转换与能与机械能随位移变化的图象，以及小车在粗糙程度不同的表面上滑下时，其机械能随位移变化的图象，以及小车在粗糙程度不同的表面上滑下时，其机械能随位移变化的图象。

此时,可组织学生讨论,运用外推的方法,得出在无摩擦阻力的情况下,且只有重力做功时,物体的机械能将守恒的推论。上述整合方式产生的积极效果表现在物理规律的形成更有其内在合理性，学生对科学方法的运用和认识更深刻。综上所述，加强和深化课堂内在探究学习的实验设计及其优化策略的研究，将有可能：

1、解决课程设置中有限的课时数与探究活动时空的开放性、不确定性的矛盾；

2、克服实施自主学习、实施探究、交流合作这种学习方式与完成一定学习任务之间的困难；

3、提供适合不同资源和环境条件的学校，不同层次的教学对象，可供选择的优化的实验教学设计方案和纪念。为过程和方法教学目标的多样性提供可操作的程序与素材。

（四）、做好课外小实验、小制作，培养学生的探究能力

在教学中要联系教材，引导学生做一些与教学内容有关的小实验、小制作。用学生熟悉的生活用品做实验，在完成小实验，小制作的过程中，学生必须弄懂实验原理，寻求合适的器材，进行部分加工、组装，在操作过程中不仅培养学生的动手能力，更重要的是培养了学生的创造性思维。例如：在学完托盘天平后，可要求学生利用均匀的小木条或直尺、瓶盖、铁丝、橡皮泥、细线等自制一架简易天平，用它来测量一些物体的质量，并与标准质量进行比较。在小实验、小制作过程中，应培养学生做“一物多用”的实验，充分发挥学生的独创能力。如用一次性针筒就能做中学十几个实验，杨振宁教授说：“自制的仪器永远比买来的好”。

三、探究式实验教学的设计原则

1、探索性原则

探索性原则是指：设计的实验所包含的物理规律要较隐蔽，实验的条件和结论之间要有较大的距离，解决解决问题的方法和途径要较模糊，学生需要自已通过智力“苦斗”才能有所新“发现”。

2、科学性原则

科学性原则是指：设计的实验不出现科学性错误，并且具有科学思想和科学方法方面的教育因素。整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离科学基本知识和基本原理以及其它学科领域的基本原则。科学性是设计实验成功的前提。

3、简易性原则

简易性原则是指：实验的装置要力求结构较为简单，操作比较方便，实验现象和变化过程要明显，测量的数据要比较精确，实验误差应在允许范围内，以便于学生在实验观测的基础上，集中注意力进行思考分析，比较总结，探究规律。设计的选题要尽可能与日常生活实际相联系，实验的原理要尽可可能在高中物理范围之内。

4、趣味性原则

趣味性原则是指：探究性物理实验的设计要充分考虑学生心理特点和认知水平，实验设计要行动、有趣，能使学生在进行实验探究时，自始至终保持很高兴趣。

5、发展性原则

发展性原则是指：设计的探究性物理实验应具有促进学生智力和非智力素质的功能。一个设计良好的探究性物理实验不仅应该针对学生心理发展的“现有水平”，更重要的是要针对学生心理发展的“最近发展区”；不仅应该构建起良好的知识结构，包含着促进学生智力发展的知识信息，而且应该营造起亢奋的心理环境，蕴涵着促进学生非智力素质发展情感信息。

6、重复性原则

在同样条件下重复做同样的实验，观察实验结果是相同的。任何实验都必须要足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。如果设计的实验只能进行一次，而无法重复下，那么这样得出的结论是不可靠的。

7、安全性原则

在实验过程中不会对实验设备器材产生损坏，对人生安全产生危害，对环境产生污染。

探究式实验教学是当今物理教学改革中极为推崇的一种课堂教学模式。课堂教学中应用这一模式进行教学一定要注意避免：

1、放任自流

2、研究目标不明确

3、创设情境激发学生兴趣不够。

在备课上要围绕的问题，不仅要考虑好探究目标、过程和方法，而且要设计丰富多彩的实验来实现知识的应用和升华。在上课时，要善于诱导、启发学生进行实验来实现探究的过程，摒弃空洞的说教来传授知识。物理教学离开了实验探究将是无源之水，无本之木。对于一些难以说清道明的概念和规律，往往是千言万语说不清，一看实验便分明。围绕目标设计新颖实验难度较大，我想只要物理老师注意观察生活，扩大视野，注意收集，是可以很好地做到的。

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