物理實驗教學中學生探究能力的培養

朱宗奎

物理學是一門以觀察、實驗為基礎的科學，實驗是物理教學的基礎.探究性學習作為與接受性學習相對應的一種學習方式，是進行創新教育的載體，是學習科學的核心方法.探究教學實質是將科學領域的探究模式引入課堂，使學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學探究的本質，并培養科學探究能力的一種特殊的教學方法.利用物理實驗開展探究教學有助于學生加深對知識的理解，有利于提高學生探索問題和解決問題的能力，發展學生的創造能力.

一、發掘演示實驗的有效因素，培養質疑能力

質疑是經過較充分分析后提出的問題.質疑是思維的開始，也是有所發現的前提.在具有創見性的質疑的過程中，學生提出的問題有一定的深度和廣度，往往擊中關鍵，具有“揭示規律”、“獨創”、“發現”之特征.質疑能力和其他能力一樣，可通過學習、培養和訓練不斷提高的.實驗是物理學的基礎，物理實驗探究教學是發展學生質疑能力的有效途徑.教學“物體內能的變化、熱和功”時有個演示實驗：壓縮厚玻璃筒中的空氣，使空氣內能增加，溫度升高，從而使筒內易燃物著火.實驗中明亮的火花給學生以深刻的印象，然而實驗過后，不少學生提出:實驗的研究對象是什么？如何判斷它是否變化？實驗的目的是什么？如果改變教材一舉成功的做法，而是實驗時在厚玻璃筒內先不放易燃物，壓縮筒內的空氣，要求學生仔細觀察筒內空氣的內能有無增加.學生感到困惑:空氣內能增加與否怎能看得見？此時自然引出一個實驗設計的問題情境;如何判斷筒內空氣內能是否變化？順著這個思路組織實驗教學，由于實驗是學生主動參與設計的，設計目的明確，實驗后學生無論對實驗所揭示的結論還是實驗的設計思想均留下深刻認識和理解，甚至終身難忘.可見，沒有質疑，就沒有新問題的提出，探究也就沒有開始的根據.

二、運用物理實驗圖景，培養猜想能力

原子物理部分知識，涉及到較多“科學猜想”，我們要充分發掘科學猜想這一因素進行教學.如“原子核的人工轉變” 粒子轟擊氮核的教學中， 粒子轟擊氮核產生的新粒子是質子.教學中不是馬上給出結論，而是根據實驗圖景，首先提出兩種設想方案:一是質子是 粒子直接從氮核中打出的；二是 粒子被氮核俘獲后形成一個新核，又分裂出質子來.介紹這兩種方案，然后要求每位學生作出自己的猜想，判斷哪一種設想正確.由于現教材沒有介紹這個問題，大部分同學都按習慣的思路猜想，質子是從氮核中打出來的，對此，再介紹布拉凱特從云室拍攝的照片，強調照片中看到的是 粒子撞擊氮核的過程中得到三條徑跡的事實，然后進一步鼓勵學生論證自己的猜想的正確性.

三、分析學生實驗中發現的異常現象，培養分析和解決問題的能力

對學生實驗中出現的異常現象的捕捉和分析的處理是培養學生的獨立性和創造性的有效途徑.例如“用單擺測定重力加速度”的實驗中，學生自以為測量L和T都較準確，但實驗測出的g偏大.針對這一實驗問題，教師檢查學生測L和T的方法及數據確定正確無誤，發現問題出現在沒有保證單擺在一豎直平面內振動，而是形成了一個圓錐擺.教師可指導學生推出圓錐擺的周期公式為T=2πlcosθg(l為擺長， θ為偏角)，它小于同樣擺長的單擺周期，用它代入單擺周期公式求g=4π2lT2，g值偏大，這樣即解釋了實驗誤差來源，又得出了圓錐擺的周期公式.又如用斜面法驗證“機械能守恒定律”的實驗中，學生設計用小車拖動紙帶在斜面上由靜止滑下的實驗，發現在各個對應的位置時12v2與glsinθ(l為斜面長，θ為傾角)相差較大.接著指導學生根據所收集的數據，用a=v22l與glsinθ進行比較，測出摩擦阻力，繼而計算出阻力的功fL，發現在誤差允許的范圍內，阻力的功fL正是mgsinθ與12mv2的差值.這樣不但加深了對定律的理解，而且從猜想、分析到利用實驗驗證，已經很接近科學家研究物理問題時“提出假設并驗證假設”的科學方法，培養了學生分析和解決問題的能力.

四、利用設計性實驗，培養創新思維能力

所謂設計性實驗，要求學生自己設計實驗方案的實驗.這涉及到實驗方案的確定、步驟的安排、表格的設計和誤差的分析等，具體地:(1)教師指明實驗目的.從弄清實驗原理、方案設計到器材選擇、裝備操作、收集及處理信息和數據、得出結論等都是由學生自主完成，教師適當指導.(2)組織學生討論各人(組)的設計方案，選出數組認為可行的方案分別實驗，并從中找出最佳方案.(3)實驗后再組織學生討論各方案的成功或失敗原因、誤差來源及如何減少誤差等.如要求學生設計測重力加速度g的實驗，顯然這是一個靈活性較強的開放性問題，它可以引起學生從不同的角度思考，得出不同的實驗方案.(1)利用重力和質量的關系G=mg測g；(2)用落球法測g：讓小球自由下落，測出球下落的高度h和時間t，由g=2ht2得g；(3)用紙帶法測g：利用“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置及重物自由下落中打出的紙帶測g;(4)利用單擺測g；(5)用物體在光滑的斜面上從靜止開始下滑的運動,由s=12gt2sinθ得g（s、t、θ分別是物體運動的位移、時間和斜面的傾角)；(6)利用跨過定滑輪懸掛的兩物體的運動,由h=12M-mM+mgt2得g.在實驗前，學生還要把實驗方案具體化，學生還要面臨很多問題要解決.實驗結果發現各組測出的g值相差較大，這時引導學生對每個方案以及實驗過程進行分析，找出原因，通過比較得出較理想的方案.通過這些自由度大、自主能力強的實驗，學生能學到許多知識，又能培養學生的觀察力、動手能力和思維能力，更以其趣味性和探索性在培養學生創新精神方面發揮其獨特的功能和作用.學生在實驗過程中有時不可能一步到位，需要反復修正，這些過程本身能從多方面鍛煉學生的實驗能力，使他們的發散思維得到充分發展.

總之，為適應時代和學生發展的需要，每位物理教師應當努力提高自身素質，轉變教育教學觀念，改進教學方法，營造良好的育人環境，培養出富有科學精神和實踐能力的開拓型人才