課堂實驗探究與物理教學的有效性

摘 要：課堂實驗探究相對傳統的教學方式是一種新的嘗試，通過增強實驗新奇趣味性，加大低成本課堂實驗的開發，從教材中挖掘和拓展課堂實驗探究，創新“未有實驗”等方法，來加強課堂實驗探究提高物理教學效果。

關鍵詞：課堂；實驗探究；物理；有效性

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2012）01-045-2

實驗是學好物理的基礎和重要手段，實驗探究更是提高中學生的科學素養，體驗和感悟科學砑究的過程與方法，激發持久的學習興趣和求知欲，養成敢于質疑、勇于創新、善于交流、樂于合作、勤于實踐的科學態度的最佳學習方式和途徑，它在體現和落實新課程理念與三維教學目標上有著獨特的、不可替代的作用。但課堂實驗探究相對傳統的教學方式，畢竟是一種新的嘗試，通過課堂實驗探究來提高物理教學效果。 

一、增強實驗新奇趣味性，有利于激發學生的好奇心理和探索欲望

根據學生求動、求知、求趣、求異、求新等心理特點，精心組織和設計實驗內容，把課本知識和生活實際聯系起來。例如，在動量定理教學時，可讓學生從凳子上膝蓋直立跳下和彎曲跳下，以及讓學生上講臺做玻璃杯掉落到地磚面上和海棉上實驗，學生參與該實驗后都說這個實驗很有趣，并請學生思考產生其實驗現象的原因。在演示線圈的通電自感時，教師可先觀察開關閉合瞬間與線圈串聯的燈泡延遲亮度的現象，但不明顯；然后觀察不斷迅速打開、閉合開關，則可明顯看到那只燈泡反應“遲鈍”及延遲亮度變化。在講授靜電屏蔽時，教師可以演示課本圖片上的“鳥籠靜電屏蔽”實驗，讓學生產生好奇心理。在“靜電植絨”實驗中，啟動手搖感應起電機時，下極板上的小紙屑不斷地飛舞粘附在涂有膠水的上極板上，形成美麗的圖案，而對這一美妙神奇的現象，學生對知識的探索欲望油然而生。學生看到這些奇妙的動感實驗，就像看魔術表演一樣，既刺激又新奇，笑聲歡呼聲一片，從而調動學生參與的積極性，增加“實用時間”，激發學習興趣，喚起對知識的渴望，變被動學習為主動學習，提高了學習效果，這才真正做到在學中“探究”，在“探究”中學。

二、加大低成本課堂實驗的開發，有效于提高物理教學效果

心理學研究表明:人們認識事物存在著知覺優先的傾向。物理學本身就是一門實驗科學，雖然學校都能開設許多的演示實驗和分組實驗，但有時其教學效果沒有教師和學生自己開發的一些低成本實驗好。因為有不少的學生會認為那是特別制作的，對可信度存在一定的懷疑，也自然減少了對實驗的興趣。但如果隨手利用身邊的一些材料來進行實驗，那效果完全不一樣。因為教師自己設計和制作的教具和低成本實驗對學生來說，比較親切，參與的吸引力強，簡單明了，易于突出事物的本質，富有創造教育的因素。一旦讓學生認識到物理就在生活中，物理的難度栽會降低。陌生感消失了，親切感隨之而來，物理也就學得有滋有味了。只有建立了濃厚的學習興趣，主動學習的意愿才會被喚起，必然就能提高物理學習的效率。 

由于低成本實驗器材來自生活中，取材方便，保證了實驗的全班鋪開，讓人人都能動手，保證每一位學生都參與實驗，既提高了學生的動手能力，又有利于培養創新思維。教師也就能采用邊學邊實驗的高效率教學方式。師生一起邊做、邊學、邊思考、邊討論，這樣就能自覺地理解知識、培養能力，課堂教學的效率也就能夠達到高效。在強調“學生是學習的主體”“以學生發展為本”的新課程改革中，“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”三維教學目標得到了確定與實施，但提倡開發低成本實驗，決不是對現代教學實驗設備的排斥，而是鼓勵教師積極研究、設計、研制“低成本、多用途、高效率”的自制儀器，進而促進物理教學更有效。例如，我們可以用塑料可樂瓶做非常有趣的水懸球、水火箭的實驗，令人深思的超、失重實驗，氣體突然膨脹致冷的實驗，氣體體積與壓強關系應用的實驗，龍卷風的模擬實驗，可以制作洗衣機甩干機的模型、利用毛細現象原理的自動飲水鳥的模型，還可以做靜電起電盤和靜電放電旋轉輪等等。

開發低成本課堂實驗有助于物理學習中一些前概念中錯誤的糾正。前概念是指學習者頭腦中已經存在的經驗、觀點、認識等。學習者前概念存在的普遍性是他們學習達成的出發點和前提，教師應當尊重和利用。但前概念中一些錯誤觀點的頑固性也是學習者學習科學概念的阻礙，利用低成本實驗可以使學生已有的經驗與新認識發生沖突，從而幫助學生矯正、修改前概念的錯誤，接受新認知，并在腦海中留下深刻記憶，正如杜威所言“教育就是經驗的改造或改組”。

三、切實的課堂實驗情景，有利于引發學生的問題意識

實驗現象的觀察和表述要與適切的問題情景相匹配，要能引導學生運用已學知識與經驗去全面、正確地分析和觀察物理現象，使觀察與思維活動的指向性更明確，更能有效地引發學生問題的意識，否則導致判斷錯誤，問題偏離探究方向。同時教師要根據實驗的實際條件，創設多樣化可供選擇的情景，運用效果比較的方法，來提高創設實驗情景引發問題的有效性，讓學生通過主動的探索、發現和體驗，學會搜集、分析和判斷信息，培養思維能力和創新能力。例如“測干電池的電動勢和內電阻實驗”，教師把演示實驗改成分組實驗來激發學習的熱情，創設具有懸念的情境，在學生思維的“最近發展區”營造認知心理上的懸念，給出一個實驗條件是必須使用電壓表和電流表，請學生來設計該實驗方案比賽的教學情境，該方案要求電路圖中必須有電壓表和電流表，并要求學生說明設計思想和實驗原理，如何進行實驗操作和實驗時注意什么事項等等，這樣就充分調動學生參與意識，活躍學生的思維。學生設計出來實驗電路圖絕大多數是電流表外、內兩種接法，如圖1，圖2所示，然后教師再由學生根據設計情況進行分析該實驗方案的優劣，以及對實驗結果進行分析和預測，最后進行實驗操作及實驗數據分析處理，最后進行實驗結果與實驗預測進行比較。使學生在實驗教學過程中引發問題，從而提升教學效果。

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四、從教材中挖掘和拓展課堂實驗探究，有利于尋找物理方法教育的因素

物理概念與規律的內容源自于教材，但概念與規律的形成過程和方法有多種途徑和方式，每個概念與規律的建立和獲得也要經過縝密的思維訓練，才能真正被理解，遷移和建構才有意義。首先，應仔細解讀新教材文本的編寫意圖與理念，在新教材中，以“學習包”的形式組織教學，是拓寬實驗探究設計思路和方法教育內容的有效途徑。 但教師在教學過程中，有時會發現一些實驗現象學生不易理解，教師在解釋現象時比較困難，那就要想方設法對這些實驗加以改進，以便達到預期實驗效果。如在模擬伽利略斜面實驗時，利用下面的方法可以解決由于斜面不光滑對實驗效果的影響。首先讓小球從一個斜面上某一位置由靜止開始滾下，學生觀察到小球在另一個斜面上能達到的最大高度明顯低于這個斜面的初始高度。這時，可以引導學生猜測產生這種現象的原因，大多數學生都能想到這是因為斜面對小球有摩擦造成的。接著出其不意地將事先貼在兩斜面上的一整張表面粗糙的紙條揭去，并告訴學生，現在小球與斜面間的摩擦減小了，再重復上面的實驗，結果，小球在另一個斜面上能達到的最大高度明顯增大了。然后再讓學生推斷，如果能夠做到使斜面無限光滑，會出現怎樣的現象，學生很自然地得出了這個理想實驗應有的結果。教師也可以引導學生用①利用打點計時器與拖有紙帶的重錘組合完成實驗，并分析紙帶上的點跡及間距；②用位移傳感器，將發射器部分與落體捆綁在一起自由落下，接收器固定在其正下方，在計算機屏幕上得到關于其運動過程的s-t圖象與v-t圖象；③讓金屬小球在自由下落過程中經過多組光電傳感器，記錄下落的時間t（或經過該處的速度◇），測出下落的位移h利用DIS處理及繪制h與t（或h與v）的函數圖旬；④用頻閃儀（頻率可調）和數碼相機在暗室中拍攝落體的頻閃照片等多種設計并證明自由落體是一種初速度為零的勻變速運動。

五、創新“未有實驗”，使科學理論形成證據化

有時因限于學生的知識經驗和認知能力，或是地區差異和教學資源的限制，教材在描述某些比較復雜的物理知識時往往采用一些策略性表達，并不采用實驗來探尋理論，也不苛求科學理論形成時的精確性和邏輯性，對此，教師在教學中既不能以“澄清知識”為由而超越課程標準與教材和學生實際接受能力，一味“拔高要求”，也不能對這些知識的背景“視而不見”，忽視對蘊藏其中的科學思維方法的拷問，而應以此為線索和載體，精心設計實驗進行探究，尋找學生的能力創新點，探究“科學理論的發生和形成過程”在“電容器和電容”中，教材這樣表達:實驗表明，一個電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢差以成正比，其比值是一個常量，叫做電容器的電容。然而，教材并沒有安排任何相關實驗，其中自有其苦衷與深意實際教學中可以從定性與定量兩種維度去設計探究實驗。

實驗按圖所示連接電路，第一步，采用直流電源對電容器充電，然后用數字電壓表直接測出電容器兩端電壓并讀數;第二步，撤去電源后，用相同數字電壓表與電容器與先前電路并聯，則電容器的電壓、電量均變為原來一半，可見Q∝U，定義為C=QU，通過探究實驗，讓學生對電容器的電容概念的理解，由感性認識上升至理性認識，使科學理論的形成有了事實化的依據。

六、充分運用信息技術教學手段，有效地拓展和深化課堂實驗探究中物理方法教育的內容

以計算機、網絡為核心的信息技術可為學生創新能力和信息能力的培養，營造更充分、更理想的教學環境。多媒體計算機的

交互性有利于激發學生的學習興趣和認知主體作用的發揮。在物理課堂教學中，應用信息技術，創設情景，啟發學生提出問題對于誘發探究物理問題的動機、引導學生進入主動探究狀態具有重要作用。如在《平拋物體的運動》的教學中，教師先給學生播放作水平勻速飛行的飛機空投炸彈的錄象片段，生動的畫面、真實的場景使學生提出了許多問題；炸彈運動的軌跡是怎樣的？炸彈在空中為什么排在一直線等等，有效地打開了學生的“視野”和想象力，吸引學生進入到物理問題的情景中去。

運用多媒體優化演示，使學生更直觀地認識物理現象。從學生的認知角度來看，實際實驗給學生帶來的全方位的信息以及真實感，是動畫模擬所不能代替的。因此，在課堂教學中，能進行實際實驗、用實際實驗能看清楚的，一般就不需要使用錄像;用實際實驗看不清楚的，可以使用實物展臺，或者使用相應的錄像資料，盡量不用動畫模擬來完全代替實際實驗;

但當實驗確實無法進行(無器材、有危險、有污染等)或實驗的某些細節不易觀測、也沒有相應的錄像資料時，可以借助于動畫模擬來介紹實驗設備、實驗過程及可以觀察到的實驗現象如人造衛星、α粒子散射實驗等由于中學實驗設施的限制，實際操作完成不了，這時用多媒體演示就有極好的用處既生動又直觀精確，而且省時省力，使學生一目了然。

在課程改革實踐過程中，課堂教學有效性問題尤其受到關注。教學質量在很大程度上取決于教師的每一節堂課的教學的有效性。 提升教學的有效性關鍵在于是否能促進學生學業發展。 先前教師百無一漏、縝密地“講實驗”取代了鍛煉學生操作技能和探究能力的“做實驗”，看似節省了教學時間，提高了“學習效率和成績”，但以喪失了學生能力為代價。對課堂實驗探究使教師在教學中能激活學生的知識經驗和相關的學科知識，探尋新舊知識的聯結點，善于做橫向比較與縱向延伸，在學生的最近發展區附近開展活動，讓學生對學習方法能進行遷移，活學活用，這樣必然能提升課堂的教學效益。