谈如何在学生实验的环节培养学生的探究能力

1 物理实验教学现状的分析

物理是一门以实验为基础的学科，实验教学是高中物理课堂中不可或缺的一环.高中物理实验分演示实验和学生实验两类.实验课不仅可以激发学生学习物理的兴趣，帮助学生还原体验物理规律的发现过程，而且能帮助学生理解概念，培养学生的观察能力、思维方法和形成探索精神，更有助于培养学生严肃认真的科学态度和科学的学习方法.因此，实验教学是日常物理教学的极为重要一环.

笔者结合平时的课堂教学实践以及对其他老师直接、间接的走访，发现在目前的物理实验教学中存在若干问题.

（1）实验教学单纯的表现为老师的讲解，由于现实的压力压缩了学生参与和体验操作的过程，学生在实验课堂中处于被动状态，探究的兴趣很难得到培养，探究的过程简化为记忆理解的过程，探究精神的培养与学生实际课堂相距甚远.

（2）演示实验的过程平铺直叙，缺乏促进学生认知逐步发展的过程，具体表现为实验前缺少问题情景的创设，当实验结果呈现时并不能实现学生已有认知与实验结论之间的剧烈碰撞，激发学生学习兴趣的效果不够明显.

（3）学生实验的处理过程程序化，总是从实验目的直接灌输实验原理，进而到仪器的选择，实验步骤等，实现某一个实验目的，似乎仅剩下见过的几种标准的实验方案，探究的过程子虚乌有，与新课程标准的探究要求相悖.

（4）对实验装置的选择按部就班，缺乏可行的改进和创新.

（5）由于种种原因，实验室器材的配备不够齐全，甚至极端匮乏，数年不见增添仪器.

2 物理实验教学国内外教材对比

本文对一本美国高中教材的学生实验部分（栏目名称为“Physics Lab”）进行了分析，并论述了可借鉴之处.本文所使用的美国教材是MCGran-Hill公司出版的以高中生为使用对象的（PHYSICS： Principles and Problems）.

2.1 实验的数量分布情况

根据表格可以看出：（1）以力学和电磁学部分的实验为主；（2）验证性实验占实验数的三分之二，探究性实验占三分之一；（3） 模拟实验则是指用类比的模型来帮助学生理解实验课中无法完成的实验.例如分析光子的粒子性和波动性时，可以采用学生在食堂打饭时的队伍进行比拟，当人数较少时，各窗口的人数是随机的，随着人流量的增大，几乎每个窗口的队伍长度都差不多，少数光子到达接收屏的位置也是随机的，大量光子则呈现有规律的分布.实际可操作的实验占六分之五，而无法直接完成的模拟实验占六分之一强.

2.2 验证性实验和探究性实验的编写结构不同

验证性实验的结构为：（1）提出问题；（2）列出实验器材；（3）给出实验步骤；（4）观察实验，处理数据，包括分析数据、计算结果和误差分析等；（6）提出相关的案例，让学生将实验心得应用于实际案例的分析.

探究性实验的结构：（1）提出问题；（2）设置问题背景，引导学生猜想问题的结论，建立初步假设；（3）可能器材的选择；（4）引导制定实验的计划；（5）分析实验过程与总结结论；（6）应用结论处理实际问题.

由此可见，这两类实验都是以实验探究过程为线索的，但是探究性实验的结论需要学生先行猜想，然后自行设计实验的计划.

3 对两种实验课型的处理方法

3.1 对演示实验的处理

演示实验是教师利用课堂时间为学生演示，在操作的同时又引导学生对实验进行观察、思考和分析的一种物理实验教学方式.使学生在获得生动的感性认识的基础上，更好地理解和掌握物理概念和规律，并培养学生的观察、分析能力及逻辑思维能力，还为学生实验的正确操作起着示范的作用.在实验设计和教学中有如下基本要求：

（1）提高实验的可视度.

方法一：增加演示实验的高度.例如：演电路的连接、压力的作用效果等实验，可在讲台上加一张凳子，在凳子上演示，使所有学生都能看到.方法二：放大实验现象，将小的仪表换为大的仪表；或将实验器材拿到学生中间演示，如研究磁铁周围的磁场分布时，可以将洒有铁屑的玻璃板拿在左手，将磁铁拿在右手走到学生面前后再演示.学生看到被磁化后铁屑的分布形状后往往感到很新奇，同时也会留下深刻的印象.其可视性会大为增强，效果也十分明显.

（2）增强实验的趣味性.

兴趣是最好的老师，增强实验的趣味性是提高课堂效率的有效途径.如讲惯性可拿两个鸡蛋，一个生鸡蛋，一个熟鸡蛋让学生利用惯性知识鉴别，让两个鸡蛋用相同力旋转起来，比旋转时间长短，分析原因并鉴别.

（3）设计实验具有启发性.

设计具有启发性的演示实验，演示实验要能提供丰富的感性材料，还应考虑能否更好的使学生从具体到抽象、由感性到理性的思维过程，如进行浮力教学时，弹簧秤下用细线拴一物体，把它放入盛满水烧杯里，观察弹簧秤示数减小，同时水溢出来.弹簧秤示数减小说明物体受浮力，让猜想浮力大小可能和什么有关.

（4）要确保实验成功

教师在课前要做充分的准备，熟悉仪器的使用性能，了解实验的准确程度，估计实验所用时间，亲自用所选仪器装置预演几遍，可及时发现问题，充分估计课堂上可能出现的问题及应急措施.实验时要正确对待实验中的失误，一旦失败，要尽快查找原因，迅速排除故障，万一不能及时排除故障，也不能搪塞，编造数据、要以负责的精神和科学的态度向学生说明情况.

我们演示和设计的实验，还要注意演示过程直观、效果明显、要确保安全，演示时操作规范、示范性强.

3.2 对学生实验的处理

（1）开展探究性实验教学，培养学生的创新意识

尽可能的将演示性实验转变为探究性实验，学生可以在自己探索物理规律的实验过程中把动手与动脑结合起来，锻炼并培养自己的创新意识.这就需要教师对实验进行创新设计，包括教具的改进，实验过程的安排，问题的设置及解决的办法等.这种创新设计对学生将是一种很好的示范，对学生创新能力的培养将起到潜移默化的作用.

（2）利用设计性实验，培养学生的创新能力

要真正塑造创造型的人才，教师在教学中必需要鼓励学生勤于观察、敢于质疑、勇于发问，即便对那些已成定论的东西也不妨去重新审视或争论一番，使之不成为僵死的教条.诚如笛卡尔所说：“科学产生于怀疑”.充分利用设计性实验，是培养学生创新能力的有效途径.

例如：试用一根卷尺估测一堆砂粒间的动摩擦因数.

初看本题，可能无从下手，因为卷尺测得的长度与砂粒间的动摩擦因数似乎是风马牛不相及的两码事.但是，我们可以这样来思考，要测定砂粒间的动摩擦因数，必须让砂粒间发生相对运动；再联想到力学中一个常见的斜面模型，如图1 a，逐渐增大斜面倾角θ使木块在斜面上将要发生相对滑动，受这一模型的启发，我们可将题给的一堆砂从高处慢慢漏下，在地面上形成一个圆锥体，并不断增高以至高得不能再高，即表面砂粒将要开始滑动.如图1 b，此时的砂堆不就构成一个“蠢蠢欲动”的斜面了吗？隔离出其表面的任一颗砂粒，不就相当于斜面上的一木块了吗？这样一来，通过θ这个中间变量即可把动摩擦因数μ的测量转化为可用卷尺测量的长度（圆锥的高h和周长l）.

（3）开放实验室，提高学生的实践创新能力

物理实验室是学生获知、激趣、求真、循理、育德的重要场 [LL]所，如果实验室只是用来做一些课堂实验，其利用率是不高的.由于人的个性差异，有些学生往往不满足于课堂上所看到的或书本上所接触到的实验，他们往往表现出较强的动手欲望，有些学生则动手能力不强，有时想自己试着做实验，又怕做不成功，在实验中往往处于旁观者的位置.因此不定期地开放实验室，既可以给动手能力强的学生施展身手机会，又可以为动手能力较差的学生提供锻炼自己，提高实验能力的便利.这样做不仅能进一步激发学生学习的主动性、创造性，而且能有效地拓展学生创造的空间.

具体办法可以采取自愿参加、定时开放的形式，或根据兴趣爱好组织专题研究和探讨，学生也可以根据自己的情况和需要，复习已经学过的实验的操作，自主选择实验方法或自主选择身边的材料去做各种实验，完成自己设计的小实验等.无论采取哪种形式和基于何种目的，这些实验都将极大地激发学生的学习兴趣，增强学生的动手能力.

开放实验室是以学生为教学活动的主体，但是不能忽视教师的主导作用.教师仍然是整个活动过程的设计者和组织者，主导着教学活动的全过程.在开放实验室的过程中，教师要检查、修改学生的实验方案，指导参与学生的实验操作，质疑、解决学生实验过程中的问题，提出更高目标和要求.

实践证明：理论教学在学习物理中是很重要的， 但实验教学是理论学习的重要支柱，由此可见，实验教学的重要性.实验教学能创建一种适合课堂教学的物理情境， 能使学生以最快捷、 最有效的方式掌握前人已经认识到的真理. 教学经验丰富的教师 ， 一般都十分重视实验教学. 因为他们通过多年教学认识到实验教学的重要性. 这些教师经常设计一些实验， 使学生形成正确的、 完整的物理概念、物理方法， 奠定牢固的知识基础和物理思维方法.

总之，物理实验教学在物理教学中，占有重要的地位，它不仅为学生学习物理提供符合认识规律的环境，也培养了学生学习物理的兴趣，激发了学生的求知欲望，还有利于培养学生良好的道德素养和科学作风，更重要的是它培养了学生的创新能力.所以在新课改下，作为物理教师应不断更新观念，创新实践，努力培养出更多的能够适应社会的创新型人才.