實(shí)驗(yàn)探究在物理概念教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：物理概念是人類在探索物理世界的過程中，在大量觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯思維的方法，把物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)屬性加以抽象、概括形成的，并且用特定的物理名詞固定下來的，是探索物理世界的科學(xué)方法的基礎(chǔ)，是解決物理問題的鑰匙。因此，物理概念的教學(xué)在物理教學(xué)中是具有非常重要的地位。物理學(xué)又是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所有的物理概念、規(guī)律和理論，都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來的，所以實(shí)驗(yàn)探究是物理科學(xué)研究的重要方法，也是物理學(xué)科教學(xué)的重要手段。在教學(xué)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)如何觀察實(shí)驗(yàn)，如何分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種因素，如何歸納出概念的基本特征，以獲得新的概念。

關(guān)鍵詞：物理概念；實(shí)驗(yàn)探究；問題

中學(xué)學(xué)到的物理概念是科學(xué)家早已創(chuàng)建的，要使之成為學(xué)生頭腦中的物理概念，也得經(jīng)歷一個(gè)從感性到理性、從具體到抽象、從知識(shí)到應(yīng)用的過程，中間通過分析、綜合、抽象、概括等思維過程才能實(shí)現(xiàn)。所以學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念，不僅僅是為了學(xué)到一些物理知識(shí)，更重要的是通過學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中逐步學(xué)到探索客觀世界的科學(xué)方法，而后者才是中學(xué)物理教學(xué)的最重要的目標(biāo)。所以，在物理概念的教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生不同的發(fā)展階段，對同一個(gè)物理概念的接受能力，理解層次，知識(shí)要求的異同，選擇與之相適應(yīng)的教學(xué)方法。只有這樣，教學(xué)中才能夠把結(jié)果變成過程，才能把知識(shí)變成學(xué)生的智慧。

物理概念形成的教學(xué)過程，是一個(gè)以教材為基礎(chǔ)，學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)的復(fù)雜過程。在教學(xué)過程中，教師通過提出問題、導(dǎo)讀教材、觀察實(shí)驗(yàn)等學(xué)生感知活動(dòng)，運(yùn)用邏輯思維的方法把物理現(xiàn)象進(jìn)行歸納、總結(jié)、抽象，抓住概念本身的特征和本質(zhì)進(jìn)行理解。實(shí)驗(yàn)探究在物理概念教學(xué)中的應(yīng)用主要有“演示實(shí)驗(yàn)歸納”法和“理想實(shí)驗(yàn)探究”法。

一、“演示實(shí)驗(yàn)歸納”法

物理科學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的定量的科學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念，應(yīng)該學(xué)會(huì)將實(shí)驗(yàn)觀察作為基礎(chǔ)，從中獲取生動(dòng)的感性材料，并學(xué)會(huì)從這些感性材料中把概念的特征抽象出來，提煉出物理概念。生動(dòng)形象的物理實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生充分地動(dòng)手、動(dòng)腦，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，這有利于學(xué)生創(chuàng)造思維的激發(fā)。還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。這是建構(gòu)一個(gè)好的學(xué)習(xí)環(huán)境所必需的。

演示實(shí)驗(yàn)歸納法就是把所研究的物理現(xiàn)象展示在學(xué)生眼前，引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考，分析影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種因素，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中歸納事物的特征，找到物理現(xiàn)象本質(zhì)的東西，形成概念。這是物理科學(xué)發(fā)展的基本方法。在物理概念教學(xué)中，它有利于充分體現(xiàn)教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體地位，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)感知與思維活動(dòng)緊密結(jié)合，來獲得知識(shí)、發(fā)展能力，是一種最有效、最直觀的教學(xué)方式。其教學(xué)過程可以按如下流程圖進(jìn)行：

例如在“自由落體運(yùn)動(dòng)的概念”的教學(xué)中，從“比薩斜塔”引入課題：不管伽利略是否做過“斜塔實(shí)驗(yàn)”，但是他針對亞里士多德的看法，對自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度是否與物重有關(guān)系做過精辟的分析。那么，伽利略的分析是否正確呢？先用紙片和硬幣從相同的高度同時(shí)下落，看誰下落的快？再用紙片和紙團(tuán)從同一高度同時(shí)下落，又是誰下落的快？讓學(xué)生回答原因何在，確定是空氣阻力作用后，再用“牛頓管”做演示，說明抽掉空氣后，羽毛和鐵片下落一樣快，從而得出結(jié)論：物體下落的過程中加速度相同，與物重?zé)o關(guān)。驗(yàn)證了學(xué)生的判斷。在上述的教學(xué)過程中，先讓學(xué)生對落體運(yùn)動(dòng)的思考感知人類對落體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)探究過程，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用抽象思維提出問題——影響下落快慢的因素是什么？并通過簡單的演示實(shí)驗(yàn)探究，逐步提出問題，使學(xué)生帶著問題去觀察、探究、討論，最后通過對“牛頓管”實(shí)驗(yàn)觀察思考，進(jìn)一步設(shè)想，得出自由落體運(yùn)動(dòng)的概念。

二、“理想實(shí)驗(yàn)探究”法

物理科學(xué)體系是通過大量觀察和實(shí)驗(yàn)建立起來的，但是不能認(rèn)為根據(jù)觀察和實(shí)驗(yàn)得到的直接經(jīng)驗(yàn)就能解決概念獲得的一切問題，直接經(jīng)驗(yàn)中有許多非本質(zhì)的或非決定性的東西在干擾我們的分析、歸納，還必須經(jīng)過一番“去粗取精，去偽存真”，也就是將實(shí)際實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為“理想實(shí)驗(yàn)”，方能抓住物理現(xiàn)象本質(zhì)性的東西，獲得正確的概念。所以，“理想實(shí)驗(yàn)”并非空穴來風(fēng)，它們是來自真正的實(shí)驗(yàn)、又高于真正的實(shí)驗(yàn)的一種再創(chuàng)造，是從感知階段向建構(gòu)概念過渡的一個(gè)環(huán)節(jié)。理想實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生的物理直覺、邏輯思維、分析歸納能力有很好的作用，教學(xué)中應(yīng)該有目的的地、系統(tǒng)地、積極地引導(dǎo)學(xué)生做好“理想實(shí)驗(yàn)”。

理想實(shí)驗(yàn)是借助于邏輯思維和想象力，有意識(shí)地突出研究對象的主要因素和無關(guān)因素的干擾，在大腦中形成理想化的研究對象或相互聯(lián)系，來探索物理世界的方法。在學(xué)習(xí)物理中，我們要掌握并善于運(yùn)用以大腦為實(shí)驗(yàn)室、用思維進(jìn)行操作的理想方法，通過理想實(shí)驗(yàn)分析物理現(xiàn)象，歸納出事物的更本質(zhì)的東西，以此獲得物理概念。這是過去科學(xué)家在探索新的事物，建構(gòu)物理概念的過程中形成的一種的科學(xué)方法，所以這也是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容。在物理教學(xué)中運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)方法可以引導(dǎo)學(xué)生自己學(xué)習(xí)知識(shí)，有助于提出假說，進(jìn)行推理；有助于提出問題并設(shè)想解決問題的方向，理想實(shí)驗(yàn)方法可以激發(fā)學(xué)生的探索意向，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索，發(fā)展學(xué)生的思維能力。

理想實(shí)驗(yàn)不像物理實(shí)驗(yàn)?zāi)菢右揽咳藗冎苯邮褂脙x器，進(jìn)行實(shí)際操作，但它也有一定程序。一般是：實(shí)驗(yàn)者先提出研究或者批判的命題，進(jìn)而設(shè)計(jì)一個(gè)不必考慮任何的技術(shù)困難和任何外界影響的又在實(shí)際中往往無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，然后憑借自己的已有知識(shí)，在大腦中或紙面中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，創(chuàng)造性思維，得出結(jié)論，歸納出事物的更本質(zhì)的東西，以此獲得新的物理概念。在“電場強(qiáng)度”概念的教學(xué)中，從“任何力的作用都離不開物質(zhì)”這一點(diǎn)出發(fā)，分析電荷之間的相互作用也得通過物質(zhì)，引入“電場”概念。那么，電場對放在其中的電荷的力的性質(zhì)如何？如何確定電場對電荷作用的性質(zhì)？向?qū)W生提出問題后，引導(dǎo)學(xué)生以真空中點(diǎn)電荷的電場為例，設(shè)想用“檢驗(yàn)電荷”進(jìn)行試探，進(jìn)行理想實(shí)驗(yàn)。理想實(shí)驗(yàn)前，先分析理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行條件（對“檢驗(yàn)電荷”的要求）。通過理想實(shí)驗(yàn)，得到在以場電荷為中心的任何一條半徑上的各點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷受到的電場力方向都相同、大小都不同（和到場電荷的距離的平方成反比）；在以場電荷為中心的同一個(gè)球面上，檢驗(yàn)電荷受到的電場力大小都相同、方向都不同。不管是哪種情況，在電場中同一點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷受到的電場力F與檢驗(yàn)電荷電量q之比總相同，與檢驗(yàn)電荷的性質(zhì)（符號、大?。o關(guān)，而只和電場的性質(zhì)有關(guān)，所以這個(gè)比值F/q反映的是電場對電荷作用的性質(zhì)，命名為“電場強(qiáng)度”。這說明，用“檢驗(yàn)電荷”試探任何電場都可以確立“電場強(qiáng)度”的定義和定義式的普適性，還可以分析電場強(qiáng)度的基本性質(zhì)（單位、矢量、疊加原理等）。然后，運(yùn)用電場強(qiáng)度的定義式和真空中的庫侖定律計(jì)算點(diǎn)電荷電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，得到真空中點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的計(jì)算公式。

總之，實(shí)驗(yàn)探究在物理概念教學(xué)中有不可替代的作用。教師只有明確了實(shí)驗(yàn)探究的重要性，掌握了正確的方法，才能使學(xué)生的觀察和思維活動(dòng)緊密地結(jié)合起來，用觀察促進(jìn)思維活動(dòng)的展開，又用思維指導(dǎo)觀察活動(dòng)的進(jìn)行，逐步掌握物理概念和規(guī)律，發(fā)展觀察和思維能力，才能使我們的物理教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。此外，教師對待實(shí)驗(yàn)探究的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度也會(huì)對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)起到潛移默化的作用。在學(xué)生建立完整的物理概念和導(dǎo)出正確物理規(guī)律的課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是最活躍最具生命力的部分。是深受學(xué)生歡迎的實(shí)驗(yàn)形式，是教師施展教學(xué)藝術(shù)的獨(dú)特方法。它能化抽象為具體，化枯燥為生動(dòng)，把要研究的物理現(xiàn)象清楚地展示在學(xué)生面前。能引導(dǎo)學(xué)生觀察，并進(jìn)行思考，配合講授使學(xué)生認(rèn)識(shí)物理概念和規(guī)律，達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］蘇明義等.中學(xué)物理教學(xué)建模［M］.南寧：廣西教育出版社，2003.

［2］閻金鐸，陶洪.物理實(shí)驗(yàn)論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.