例谈初中物理探究性实验教学

物理学是一门以实验为基础的理论性和实践性都较强的自然学科，因此，针对物理学科教育，实验教学具有举足轻重的地位.它不仅可以帮助学生正确认识事物及自然界的客观规律，又能培养学生观察现象、分析问题、解决问题的能力.《物理课程标准》强调以物理知识和技能为载体，让学生经历科学探究过程，学习科学探究的方法，培养学生的科学探究精神、实践能力、创新意识.探究实验使学生手脑并用，把学生的兴趣、知识、能力和各种心理因素融为一体，主动建构自己的知识和培养自身的能力，在探究过程中享受学习的乐趣.但是，传统的实验教学只是将物理实验现象直接展示于学生面前，说明原因，学生并没有真正参与其中，因此必须对物理实验教学进行必要的改革.本文结合笔者自身教学实践，通过一些具体的实例谈谈对探究性实验教学的一些体会.

1 对实验方案的探究

对于同一个物理知识点，可采用多种实验方案进行教学.但教师应该根据具体情况选取最优化的方案，并且要带领学生循序渐进地分析、探究实验方案.以“探究二力平衡的条件”

为例：

方案一 如图1（甲）所示，选用放在桌面上的木块作为研究对象；

方案二 如图1（乙）所示，对方案一加以改进，选用放在桌面上的小车作为研究对象；

方案三

如图1（丙）所示，区别于前两种实验方案，选用悬空的小卡片作为研究对象.

三种实验方案比较之后发现，由于木块与桌面的摩擦力较大，用小车替代尽管可以减小摩擦，但是相比之下，方案三的实验效果最好，因为用卡片不仅可以大大减小摩擦，还可较方便的研究平衡力是否要作用于同一个物体上.苏科版初中物理课本上也是采用的方案三.但是，大多数教师在具体教学中几乎是将“卡片”直接展示给学生进行实验，得出结论，然后再在习题中从理论上分析方案一和方案二的缺点.但是对于学生而言，总存在老师为什么用“卡片”来进行实验的困惑，对此，笔者在教学中是这样处理的：

首先让学生观察教室里哪些物体是静止的，举例说明.例如：桌面上的书本、天花板上吊着的电灯等.教师可选取某一个静止的物体，如桌面上的书本，让学生分析受力情况.学生不难分析出静止的书本受到重力和支持力的作用.随后，教师利用已经准备好的一只钩码，将其放在手掌之上，保持静止，分析其受力情况.显然，钩码受到重力和支持力的作用.教师继续演示：将钩码用细线拴住，跨过支架上的滑轮，拉动细线的一端，使其匀速上升，分析此时钩码的受力情况.学生分析，受到重力和拉力的作用.教师随即追问：你们知道这两种情况下钩码所受的支持力和拉力分别有多大？是否等于重力？如何测量？拉力和重力的大小可用弹簧测力计进行直接测量，但是支持力如何测量呢？显然不易测量！此时，我们必须转换思路，支持力在竖直方向上不易测量，如果能将该力转换成水平方向上的力，应该就比较好测.所以自然想到用两侧的拉力拉住钩码，也能使其静止在桌面上.由于桌面是粗糙不平的，所以钩码可能还受到摩擦力（静摩擦）.这样在水平方向上就出现了第三个力，而我们现在是要研究两个力之间的大小关系，怎样才能使摩擦力消失或减小呢？这里最有效的方法就是使钩码脱离桌面.让钩码被悬空拉起.同时分析钩码还受哪些力的作用？显然还受重力作用.同样的道理，如何让才能使重力的影响消失或减小呢？因为重力不会消失，所以只能减小，因而确定选择更轻的物体，如一张小卡片作为研究的对象进行实验.小卡片的重力相对于拉力而言很小，可以忽略不计.这是一个建立理想模型的过程.

教学中，教师应花精力帮助学生逐步分析得出实验中所需的器材，从中发现问题，在经历了挫折后，再齐心协力地解决问题，通过集体的智慧分析得出恰当的实验方案，让学生真正地参与到科学探究过程中去，了解科学探究的完整过程，让他们享受到经历挫折后取得成功的喜悦.这样更利于学生理解物理原理，进一步培养他们的创造思维.

2 对实验仪器设计的探究

实验仪器使用的传统教学模式是：对仪器的结构介绍――教师演示示范――学生模仿.对于较简单的仪器，学生还能勉强“应付”，但是对于较复杂的仪器，学生就“招架”不住了.如果教师能带领学生进行探究设计仪器，由简单到复杂一步步加以改进，那么他们对该实验器材所涉及的基本原理就能明了于心，实验探究过程也将会得心应手.笔者以苏科版物理九年级上册《欧姆定律》中的第二节“变阻器”为例加以说明，“变阻器”这节主要介绍了滑动变阻器的基本原理及相关知识.本节以设计“调光台灯”引入，讨论如何实现对电流的连续改变.教师让学生经过一番热烈的讨论，然后隆重地介绍滑动变阻器，这样显然很唐突.笔者是这样处理的：

采用学生分组实验，先用导线连接好电源、开关、小灯泡，闭合开关，灯泡发光.接着让学生断开开关，拆开一根导线，在接线柱上再连上一根导线，在电路中便出现了两根导线的接头，接上事先让学生准备好的长铅笔芯，闭合开关，灯泡能发光，因为铅笔芯能导电.让学生们试试将连接笔芯的一根导线来回移动，灯的亮度发生变化.此时同学们都很兴奋，达到了设计的目的，这是通过改变接入电路中导体的长度来实现的，但同时会发现存在的问题：有的小组铅笔芯断了.请同学们改进，换成不易折断的导体如铁丝.同样接入电路中进行实验，又会发现问题：有的小组所用铁丝较短，灯的亮度并没有明显变化，只有当铁丝较长才可以.也就是说，要使灯的亮度实现较大幅度的连续变化，所接入的铁丝必须很长.很长的铁丝浪费空间，怎样排布可以节省空间呢？可以将其绕起来，绕在哪里？绝缘的圆筒上.在此基础之上，再逐渐加以改进，就形成了滑动变阻器.

通过探究，使学生经历问题的探索，重蹈科学家关键的设计过程，领悟实验仪器的设计思想，掌握仪器的使用事项，提升实验操作的能力.

3 对实验过程的探究

物理教学中常有这样的说法：“过程比结论更重要，方法比知识更重要.”新课程的具体教学目标中，把“过程与方法”也单独列为一条.在物理实验教学中要突出过程，就必须对实验过程进行探究.以初二物理第三章中的《平面镜》为例，过程设计如下：

课前先准备一面大的穿衣镜，放在讲台旁边.教师让学生们带着一个问题：镜中的像和人有什么关系？前来照照镜子，学生通过亲身体验，不难提出如下猜想：像与物的大小有何关系；像与物到镜面的距离有何关系.关于“像与物的连线与镜面是否垂直”，学生不一定会想到，教师也不必强求，可以到实验中进一步探究.

首先，研究像与物的大小关系.如何研究，怎样比较？因为平面镜成的是虚像，学生难以把握，而上课时经常用到的投影仪，屏幕上的像是实像，学生相对而言容易比较.因此教师可以借助投影仪进行如下操作：打开投影仪，在展台上放一个物体（如棋子），使屏幕上出现一个放大的像.显然，像比物大得多.按住展台上的“缩小”按钮，将像缩小.问学生，假若像与棋子差不多大小该怎样比较呢？思维灵活的学生不难想到用另一个完全相同的棋子贴在大屏幕的像上，进行比对.如果能重合，则说明像与物大小相等；如果不能重合，则大小不等.

接下来用“重合法”（也叫“替代法”）来探究像与物的大小关系.学生分组实验，准备的器材是背面涂有漆的平面镜，两个相同的棋子等.学生动手后，发现在物这侧无法观察到镜后的替代棋子，自然就无法比较.经历挫折，如何解决？大家共同分析原因.平面镜成的像是真正的像吗？先让学生举例，见到过真正的像有哪些？如：投影仪屏幕上的像、小孔成像形成的像.教师小结：这种由真实的光相交形成的像，可以在光屏上呈现，物理学中称为实像.而平面镜的背面有一层不透明的漆，光显然无法透过，不可能相交形成实像，所以镜中的像不是真正的像，当然也无法在光屏上呈现，物理学中称为虚像.经历这样的过程，很自然的突破了“平面镜成虚像”的难点.

怎样实现物这侧，既能看到像，又能看到镜后的替代棋子呢？显然要让镜后的棋子上的光能穿透镜面，进入人眼.是谁挡住了呢？镜后的那层漆！将漆刮去即可！此时，教师才让学生从抽屉中取出事先准备好的玻璃板，重新进行实验.经历这样的过程，学生就很容易体会到玻璃板代替平面镜的好处：方便确定像的位置.

许多时候，教师将正确的实验过程直接告知学生，学生们能匆匆地得出结论，表面上课堂教学变得顺畅了，但实际上学生的思维却未能得到很好地训练，他们没有深入思考，反而给教学留下了许多遗憾，为了避免或减少这类遗憾的发生，教师就应带领学生做好实验过程的探究.

总之，在经过了多次的打磨、修改后呈现出来了一种完美的实验方案、一套完整的实验仪器、一个完善的实验过程，都深刻记录了思维演变的过程，让学生感受到了实验探究的艰难和乐趣.同时，学生在质疑问难中、对比分析中、动手动脑中，思维得到了训练，能力得到了提高，最终使得学生的综合科学素养得以全面提升.