劃分實驗階段 開展探索性實驗教學

摘要 探索性實驗教學作為近年來嶄露頭角的一種新型教學模式，在激發學生學習興趣、訓練動手操作能力，特別是在培養學生創造性思維能力方面有著很好的作用。將物理實驗劃分為2個階段，實施探索性實驗教學，培養學生的創造能力。

關鍵詞 探索性實驗教學；物理實驗；創造能力；探索問題；實驗設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2008）24-0136-02

隨著中學物理教學研究的不斷深入和發展，探索性實驗教學的作用越來越為人們所認識。探索性實驗教學作為近年來嶄露頭角的一種新型教學模式，它在激發學生學習興趣、訓練動手操作能力，特別是在培養學生創造性思維能力方面有著很好的作用，因而引起廣大物理教育工作者的關注。

為了培養學生的創造能力，實施探索性實驗教學，將物理實驗劃分為2個階段。

1 確定探索問題

提出一個問題往往比解決一個問題更重要，這是因為解決一個問題也許近似一個數學上的或實驗上的技能而己。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造性的想象力。物理實驗探索問題是實驗探索的目標，規定了探索的方向和內容，是進行實驗探索的首要步驟。通過物理實驗教學，筆者認為在確定探索問題時應遵循以下原則。

1.1 問題宜小不宜大 探索性實驗問題不要過于繁雜和開放，可將問題控制在一個點或面上，便于學生實現探索目標，得到正確的結論。如對于截面為橢圓形的玻璃瓶，在做“顯示微小形變”實驗時，液面可以上升，也可以下降。通過探索研究，學生不僅知道微小形變得以放大的實驗思想，而且還了解到其中蘊涵的豐富數學知識。

1.2 問題的應答域要明確具體 應答域是指在問題的表述中對問題答案的存在范圍所做的一種預設。這種預設在學生實驗探索過程中起定向和指導作用，幫助學生明確探索的目標，少走彎路。例如，“如何驗證動量守恒定律”的應答域很廣，探索的范圍很大，讓學生去探索會感到茫然或無從下手，若將問題改為“動量守恒定律的適用條件是什么？如何探索兩個物體在碰撞前后動量間的關系？該實驗可在什么環境下進行？能模擬嗎？”這一連串的問題不斷地縮小應答域的區間范圍，同時使學生容易想起：在氣墊導軌上進行實驗。當然，利用頻閃照片來研究碰撞也未嘗不可。

1.3 問題有可行性 實驗探索問題在內容、方式、方法和探索的程度等方面要符合學生的認識規律、知識基礎和能力水平。不能太難或過于簡單，超出學生的能力所及。從這個角度來看，實驗探索教學更適合高年級學生。而對于初中學生來講，由于他們所掌握的物理知識畢竟有限，生活經驗不很豐富，分析問題和解決問題的能力不是很強，思維活動也正處于由形象思維、抽象思維到創造思維的發展過渡階段。對實驗過程中出現的一些現象，一時半會解決不了。如為什么滾動摩擦比滑動摩擦小得多？初中學生顯然無法回答。

1.4 問題的表述方式與探索性實驗相配合探索性實驗問題主要是通過探索性實驗手段來解決，為此，所提的問題在表達方式上要與探索性實驗相匹配。例如，學習牛頓第三定律時，如果用探索性實驗形成此實驗事實，問題應表述為“兩個彈簧秤在同一直線上互拉，它們之間的相互作用力滿足什么關系？”如果用驗證性實驗檢驗定律的正確性，問題應表述為：“兩個彈簧秤在同一直線上互拉，讀數也是相等嗎？”

2 精心設計探索性實驗教學，培養學生的創新能力

2.1 高中物理探索性實驗的設計指導思想 瑞士心理學家皮亞杰認為，人的行為具有一種定向性的平衡。本來處于平衡狀態的圖式，由于人與新事物的相互作用而破壞了平衡狀態，出現了非平衡化。為此，人再進行反應又恢復平衡。探索性物理實驗作為學生的一種積極主動的認識建構手段，就要使學生在進行探索性實驗時發生認知沖突。這要求探索性實驗設計首先要足夠“新穎”。正是這種“新穎”的刺激，才會激發學生對探索的興趣，才能引起學生探索的欲望，才使得它與主體原有的“定勢”相矛盾、相對立，才能產生認識上的不協調和沖突。比如，“測定沒有系統誤差存在時干電池的電動勢和內電阻”實驗，要求學生自己設計電路、得出數據，并求出沒有系統誤差存在時電池的電動勢與內電阻，這比高中教材上的實驗“新穎”。那么，設計的“新穎”要達到什么程度呢？這涉及一個“度”的問題，太弱的刺激不能引起認知上的不平衡。相反，如果外部刺激超過主體認知結構同化的范圍，那么主體的反應也無從談起。

2.2 高中物理探索性實驗的設計原則

1）探索性設計原則。它指所設計的實驗包含的物理規律往往隱藏在較深的層次，需要學生去挖掘；實驗的條件和結果之間往往存在著較大的距離，需要學生去跨越；解決問題的方法與途徑往往不太明確，需要學生通過嘗試錯誤，提出假設并驗證假設來尋找。

2）趣味性設計原則。它指探索性實驗的設計要充分考慮學生的心理特點和認知水平，實驗設計要求生動、有趣，能使學生在進行實驗探索時，自始至終保持很高的興趣。興趣作為主體的一種內驅力，它刺激主體并引起反應(活動和動作)，反應的結果則導致主體需要的滿足。當需要(探索的愿望)和內驅力(興趣)指向某種特定的目標(探索性實驗)時，主體便獲得了動機。

3）理論聯系實際設計原則。它指探索性物理實驗的設計不僅有觀察、測量的過程，而且需要建立物理模型，對實驗的現象和結果用根據物理模型得出的表達式進行解釋，從而培養學生運用理論解決實際問題的能力。其實，物理實驗不僅僅是用作訓練技能，驗證規律，而且它也是探索物理現象和規律的手段之一。它與物理理論相伴而行，密不可分。

4）簡易性設計原則。它指實驗的設計要盡可能采用較少的儀器，所使用的儀器要盡可能簡單，設計的選題要盡可能與日常生活實際相聯系，實驗的原理要盡可能在高中物理范圍之內。麥克斯韋在評價簡單儀器時曾說過：“這些實驗的教育價值，往往與儀器的復雜性成反比，學生用自制的儀器雖然經常出毛病，但他卻會比用仔細調整好的儀器學到更多的東西。仔細調整的儀器學生易于依賴，而不敢拆成零件。”這很好地說明了簡單儀器特有的教育價值。比如“探索熱水瓶的保溫性能”實驗，所使用的器材僅是一只溫度計（100 ℃），而其研究對象卻是家家都有的熱水瓶。要求學生探索熱水瓶內的熱水溫度(T)與時間（t）的函數關系T=f(t)。這個實驗由于器材簡單、情境活潑，很容易激發學生的興趣，并且易于突出其物理本質，又富于探索性。這樣的實驗設計較好地體現了探索性實驗的特點。

5）科學性設計原則。它指在探索性物理實驗的設計中，首先，必須保證實驗的設計不出現科學性錯誤，這是最根本的要求；其次，實驗設計要具有科學思想和科學方法的教育因素。

探索性實驗教學運用了現代教學思想，在教學中強調學生主體地位的同時，注重教師的主導作用，使學生始終處于不斷探索的情境中，培養學生大膽豐富的想象力，調動學生思維活動的積極性和自覺性，激發學生的創新意識和創造能力，使學習過程真正成為積極主動的探索過程。總之，加強探索性實驗，使教學過程變成學生發現信息、捕捉信息、加工信息、研究問題、增長知識的過程，是培養學生創新能力的有效途徑。