淺談新課程物理探究實驗的評估環節

董永華

(揚州市梅嶺中學 江蘇 揚州 225002)

評估是物理探究實驗中不可缺少的一個環節，是學生對整個實驗過程的反思.通過評估,學生要能夠發現探究過程中的錯誤和不足,能對實驗進行改進并提出新的問題.新課程標準對評估能力的基本要求是,學生要有“評估探究過程和探究結果的意識，能注意假設與探究結果間的差異，能注意探究活動中未解決的矛盾并發現新的問題，嘗試改進探究方案，有從評估中吸取經驗教訓的意識”.因此，教師在教學過程中要重視評估環節，培養學生評估的習慣和能力.在許多中考題中，都有對探究過程的各個環節進行評估的考查，下面舉例說明.

1 對“提出問題”的評估

【例1】玻璃杯從一定高處掉到水泥地上會破碎，而掉到沙坑里卻不容易破碎.教師要求學生針對這一現象，提出一個問題.下面是4位學生的發言，其中較有價值且可探究的問題是

A．“玻璃杯掉到水泥地上會破碎，是因為地面比較硬.”

B．“玻璃杯從一定高處掉到水泥地上會破碎嗎？”

C．“為什么玻璃杯掉到水泥地上會破碎，而掉到沙坑里卻不容易破碎呢？”

D．“玻璃杯掉到地上是否破碎與下落高度、地面的軟硬程度有什么關系？”

解析:本題關鍵在于“玻璃杯從一定高處掉到水泥地上會破碎，而掉到沙坑里卻不容易破碎”這一現象，分析題目時必須從“一定高度”入手，要將“水泥地”和“沙坑”進行對比.選項A是由現象到玻璃杯破碎的一個理由，直接回答了問題；選項B和選項C不僅說法片面，而且關鍵是沒有從物理的角度提出可以探究的問題.所以選項D是正確的.

在教學中我們發現，學生提出的問題經常只關注到現象本身或出發點比較片面.此時，教師的有效引導能讓學生在潛移默化中養成認真觀察、細心審題的好習慣，從而培養學生提出問題的能力.比如，在進行“凸透鏡成像的規律”一節的新課教學時，筆者將蠟燭、凸透鏡和光屏放在主光軸上，調節好高度之后，調節物距和像距，分別得到了大小不同的像.然后筆者問學生：“對于剛才看到的現象，你們是否可以提出一個可以探究的問題？”有學生問：“為什么像的大小會不同呢？”此時，筆者沒有評價學生的問題，而是回問了一句：“那你覺得是什么原因導致的？”學生回答：“不知道.”筆者又追問了一句：“那你看到我剛才的操作了嗎？你能不能根據我的操作得到一點啟示？”學生不肯定地回答：“看到了.是不是因為調了蠟燭、凸透鏡、光屏之間的距離導致的？”筆者對他的回答進行了肯定：“對的，很好.那能不能重新提出你的問題呢？”學生回答：“像的大小是不是和蠟燭、凸透鏡和光屏之間的距離有關？”于是，立即引出本節課的內容：“今天我們就通過實驗探究凸透鏡成像的性質與蠟燭、光屏到凸透鏡之間的距離的關系.”

2 對“猜想與假設”的評估

【例2】小明在“探究串聯電路中電壓”的實驗中連接了如圖1所示的電路.閉合開關后，兩燈(兩個小燈泡的規格相同)都發光.突然，小明不小心把L1的玻璃外殼打破了，結果發現L1熄滅，L2卻更亮了.這是為什么呢？他提出了自己的猜想.

圖1

猜想1：可能L1處發生斷路；

猜想2：可能L1處發生短路.

(1)同組同學告訴他猜想1是不正確的，因為________；

(2)為了探究猜想2是否正確，小明分別用電壓表測量了兩燈的電壓.實驗發現兩次電壓表均有明顯讀數，且L1兩端的電壓比L2兩端的電壓小，說明猜想2是________(正確/不正確)的.你認為導致L1熄滅，L2更亮的原因可能是________

A．L1電阻變大

B．L1電阻變小

C．L1兩端的電壓變大

D．L1中的電流變小

解析:小明的兩個猜想都是有效的，但是根據所學的知識可以立刻判斷猜想1是錯的，原因是串聯電路用電器相互影響，一個斷路后，整個電路不通，L2也無法工作.這很明顯和題目中的“L1熄滅，L2卻更亮”不符合.猜想2和題目的現象是吻合的，但是否有其他原因必須通過實驗來證明.

猜想雖然是自由的、開放的，但是必須體現物理的思維，具有一定的科學性.教師在教學過程中要培養學生猜想的能力，要能讓學生提出有效的猜想.中考一般主要考查學生對猜想的辨別能力，用已有知識去除無效或錯誤的猜想.例如,在研究“影響重力大小的因素”的實驗中，學生會猜想重力大小和物體的質量、密度、形狀、體積等有關.此時，就要學生討論是不是這里面的每一個猜想都要實驗驗證.通過討論可以知道，質量和密度、體積有關，密度和體積變化會導致質量變化.因此，只要研究其中的一個就可以了.為了研究的方便，我們就改變物體的質量來比較重力的變化.

3 對“制定計劃與設計實驗”的評估

【例3】在課外實踐活動中，小東帶了一塊已切成長方體的肥皂，如圖2(a)所示，前后面保留了凹下去的字.他準備探究滑動摩擦力的大小與接觸面積大小的關系，小東提出了以下的設計方案：

(1)在肥皂的側面安裝一個拉鉤，如圖2(b)所示，將沒有字的一面放在水平桌面上，用彈簧測力計拉著它做勻速直線運動，其讀數為F1；

(2)用小刀將有字的部分削平后放在同一水平桌面上，接觸面的粗糙程度與(1)相同，如圖2(c)所示，用彈簧測力計拉著它做勻速直線運動，其讀數為F2；

(3)比較得出,若F1和F2不等，則說明滑動摩擦力的大小與接觸面積大小有關；若F1和F2相等，則說明滑動摩擦力的大小與接觸面積大小無關.

小紅認為這個設計方案不妥，你能說出其原因嗎?______.提出你的改進方法：______.

圖2

解析:題目探究滑動摩擦力的大小與接觸面積大小的關系時，必須要控制壓力相同.但是在“用小刀將有字的部分削平”時，改變了肥皂對桌面的壓力，所以，無法得到正確的結論.正確的做法是，小明可以將切下來的肥皂放在剩余肥皂的上方重復上述的實驗步驟即可.

新課程標準要求學生能“明確探究目的和已有條件并經歷制定計劃與設計實驗的過程,嘗試選擇科學探究的方法及所需要的器材,嘗試考慮影響問題的主要因素并有控制變量的初步意識”等.這就要求學生在制定計劃與設計實驗時，要考慮到本實驗使用到的研究方法(如控制變量法、轉換法、等效替代法、類比法等)、實驗器材的要求(如量程、分度值等)、實驗表格的設計等等.例如,在進行“測量小燈泡的額定功率”的實驗時，需要根據燈泡的規格(2.5 V或3.8 V)確定電池的節數(兩節或三節)和電壓表的量程(0～3 V或0～15 V).

4 對“進行實驗與搜集證據”的評估

【例4】如圖3所示，小超同學在做“測量小燈泡的電功率”實驗時，當他連接完最后一根導線后，小

圖3

燈泡就發出很亮的光，然后就熄滅了.請你說出小超同學在實驗中的兩處操作錯誤.

一是：____；

二是：____.

解析:在連接電路時，開關應該斷開，而且閉合開關前滑動變阻器的滑片應該在阻值最大處，這都是電學實驗中的基本要求，目的是為了保護電路元件，防止電流過大而燒壞.

對學生而言，如果說解題是物理知識運用的過程，那么，實驗則是學生物理思維構建的一個過程.學生對物理知識和規律的理解只有在實驗中才能真正實現；學生的觀察能力、實驗操作能力、數據處理能力等只有在實驗中才能真正培養起來.新課程目標要求學生“經歷基本的科學探究過程，具有初步的科學探究能力”，“能利用不同渠道搜集信息，有初步的信息搜集能力”.要培養學生的這種能力，教師必須認真組織或完成演示實驗、分組實驗和課后小實驗，讓學生參與到每一個實驗中，參與到實驗的每一個環節.

5 對“分析與論證”的評估

【例5】在“探究并聯電路中電流的規律”的實驗中，小湘選用了兩個相同的小燈泡(2.5 V，0.3 A)來做實驗.她設計了正確的電路圖，如圖4所示.實驗中小湘準確地測得A，B，C三點的電流值，如表1.

圖4

測量地點ABC電流/A0.220.220.44

小湘根據表中的數據，于是得出了結論：并聯電路各支路的電流相等.請問：

(1)小湘的結論正確嗎？答：______；

(2)若不正確，你認為應該如何改正？答：______.

解析:在尋找物理規律時，實驗的次數一般是3次或3次以上，本實驗只進行了一次，次數顯然不夠.同時，小湘選用了“兩個相同的小燈泡(2.5 V,0.3 A)”做實驗，那么，實驗得到的數據不具有普遍性.因此，小湘應該用不同規格的燈泡做3次以上的實驗.

物理的實驗結論或規律是通過科學家的反復實驗，根據很多自然、生活現象總結得到的.因為教師和學生所進行的實驗條件是不夠的，實驗的次數是有限的，所以，數據存在著較大的誤差.當然，我們的要求是在學生認知能力允許的前提下，理解一定的物理現象和規律.在中考中，對實驗結論的考查主要有結論成立的條件、因變量和自變量的順序、定性還是定量等.下面舉例說明.

(1)實驗結論成立的條件

光沿直線傳播的條件是在同種均勻介質中.研究動能大小和物體速度的關系得到的結論是，當物體的質量一定時，物體的速度越大，物體的動能越大.這里必須要強調物體的質量一定.

(2)因變量和自變量的順序

“物體的重力和質量成正比”不可以寫成“物體的質量和重力成正比”.研究電流的大小和電阻的關系得到的結論是：當導體兩端的電壓一定時，通過導體的電流和導體的電阻成反比.這里不可以寫成“導體的電阻和通過導體的電流成反比”.

(3)定性或定量

簡單地說，定性就是看物理量有沒有發生變化，或是變大還是變小；定量就是明確物理量是成正比例還是成反比例變化，或可以根據數據寫出表達式.比如，在初中階段，對于動能要求學生定性知道質量越大，速度越大，則動能越大；對于彈簧的伸長和拉力的關系要求學生定量知道彈簧的伸長和受到的拉力成正比.

總之，評估環節是其他實驗探究環節不可替代的.在整個探究過程中，評估環節起到了承上啟下的作用，既對前面的探究環節進行了反思，又在評估中發現了新問題.在實際教學中，由于評估環節一般不會影響實驗結論的得到，導致不少教師和學生往往只重視是否得到了實驗結論，而經常忽略了這一環節.從中考考查的目的來看，其實評估的環節更能檢查學校實驗的開展情況，能檢查學生對實驗的思考.因為教師和學生如果沒有經過完整的實驗探究過程就不能真正體會實驗的要求和遇到的問題，學生很難做到從正確的角度進行評估.所以，教師必須在平常的探究過程中加以指導，培養學生評估的習慣和能力.