物理教學中深度培養學生的實驗探究能力

摘 要：《義務教育物理課程標準》中指出，在義務教育階段，物理教學不僅要注意學科知識的傳授，更應該注重科學探究能力、科學精神的培養.因此，教師在物理教學過程中，在傳授理論知識的同時，要深度挖掘教材內容，讓學生自己動手進行深度的探究，使知識內化，從而提高學生的科學素養.

關鍵詞：深度；能力；科學探究

作者簡介：修金文（1983-），男，福建長汀人，大學本科，中學一級教師，研究方向：物理課堂教學.

在物理教學過程中，教師除了講解教材涉及的理論知識，更重要的是營造寬松的教學環境，深度的培養學生的實驗探究能力.要達到這個目的，對教師提出了更高的要求：必須要精心設計科學問題、引導學生學會正確的進行猜想、簡單的故障排除、收集處理數據、對所做的實驗進行評估，以及實驗的改進和課外拓展.

1 案例一：電阻的教學

教材中引入電阻的概念是用水在水管中的流動會受到阻礙，類比得到，導體存在電阻.筆者認為，這樣引入新課過于抽象，很難激發學生的學習興趣.筆者是這樣處理的：讓同學們利用電子百拼，按照使用說明，先連接一個報警電路（如圖1）.當學生連接成功后，閉合開并，電路發出報警聲，小燈泡同時發光，這時學生的視覺、聽覺受到強大的沖擊，好奇心一下子被吸引，接著讓學生把其中一根導線換成鐵線，重新閉合開關，這時會發現報警聲減弱、燈泡也隨之變暗.這樣讓學生很自然的知道是該現象產生的原因是導體存在電阻.

在猜想與假設階段，可以讓學生先通過教師展示的三幅圖片（1）汽車在高速公路和泥濘小路上的行使情況.（2）汽車在單行道和多行道上的行駛情況.（3）選擇不同路徑從教室步行到學校圖書館的時間.再讓學生思考電阻大小的影響因素.這樣學生的猜想不會盲目，變得很有方向性.最后，拓展階段，讓學生探究溫度對導體電阻的影響，可以利用熱敏電阻連接電路（如圖2所示）.把熱敏電阻放入熱水中，這時電流表的示數變化非常明顯，學生對溫度會對電阻產生影響有一個非常深刻的認識.

2 案例二：伏安法測電阻的教學

學生通過自己課前預習了解了測量電阻大小的實驗原理，并且制定了相應的實驗計劃.在實驗探究過程中，各實驗小組經常會出現電路連接故障.這是非常好的教學素材，因為這些故障源于學生自己的親身體驗，印象會非常深刻.師生可以一起利用所學知識分析故障產生的原因，并排除故障.排除故障的過程可以讓學生體驗獲得成功的喜悅，增加學生的探索欲望.

在排除故障后學生測得的數據如表2：

數據處理：

方法一：多次測量取平均值

（1）用歐姆定律變形公式R=UI，分別計算出R1、R2、R3、R4

（2）取平均值R=R1+R2+R3+R44=3.85+3.82+3.83+3.864≈3.84Ω

方法二：利用excel來對實驗數據來進行數據處理（以office2007為例）

（1）將所測得的數據輸入excel表.

（2）選中數據，點擊插入——折線圖——XY（散點圖）——帶直線和數據標點的散點圖，這樣就會生成如圖3所示的圖形.

（3）求出圖像的斜率，斜率的大小等于待測電阻的阻值.

誤差分析：

如圖4所示，Rx=UI2=UI-I1，由于電壓表的分流作用，所以測得的阻值偏大.

方法一：替代測量法

（1）如圖5所示，根據電路圖連接電路，關閉開關前滑變阻器滑動到最大電阻值.其中S為單刀雙擲開關，Rx為待測電阻，R1為電阻箱，R2為滑動變阻.

（2）開關切換到a，調整滑動變阻器的滑片，使電流表的指針指向刻度盤中心，并記錄電流表的數值.

（3）開關切換到b，調節電阻箱R1，使電流表的示數等于剛才記錄的數值.

（4）記錄此時電阻箱R1的阻值，則待測電阻的阻值Rx=R1

方法二：比較法

（1）如圖6所示，按電路圖連接電路，其中R1、R2、R3是電阻箱，Rx是待測電阻，是靈敏電流計.

（2）閉合開關，調節R1、R2、R3，使靈敏電流計的指針不發生偏轉，即Ig=0.

（3）記錄R1、R2、R3的阻值大小.此時，UAB=UAC，UBD=UCD，I1=Ix，I2=I3

由歐姆定律得：I1R1=I2R2，IxRx=I3R3

兩式相除得R1Rx=R2R3

整理后得Rx=R1R3R2

方法三：多用表測電阻

當然，還有其它方法可以減小實驗誤差，如補償法、雙臂電橋法等，可讓同學們在課后查閱相關資料，學習相關的理論知識和操作方法，使自己的實驗探究能力得到進一步的升華.

知識拓展：將本次實驗中阻值約為4Ω的電阻改為“2.5V 0.2A”的小燈泡.逐漸移動滑動變阻器的滑片，增大滑動變阻器接入電路中的阻值，進而改變小燈泡兩端的電壓和流經小燈泡的電流.請同學們再測幾組數據，利用公式R=UI計算出相應的電阻.然后同學們思考：（1）為什么小燈泡的電阻會隨小燈泡電兩端電壓的減小，亮度的減弱而減小.（2）當小燈泡兩端的電壓為0時，小燈泡是否還存在電阻.

3 案例三：家庭用電

課題的引入部分筆者采用的是學生自己拍攝的安全用電的視頻——人觸電后該怎么辦？主要內容講的是同學們下課期間在班級玩耍，發面墻角插座接線裸露，由于好奇心驅使，該同學直接用手去碰觸電線，導致觸電倒地.同學發現有人觸電后，由于沒有安全意識，徒手去施救，導致二次觸電的故事.因為這是本班同學自己拍攝的視頻，所以一下就引起同學們的學習興趣，很接地氣的引入的家庭用電的知識.學生也有了探究欲望，急切的想了解家庭用電中如何做到安全用電，教師在教學中真正做到從生活走向物理.在學習家庭電路的組成時，保險絲的作用要讓學生進行實驗探究，因為，在日常生活，電路跳閘是經常發生的事情.在探究過程中學生發現，當逐漸加大電流強度，保險絲作用演示儀上的導線絕緣層冒出黑煙，并發出刺鼻的氣味，保險絲隨之熔斷，保護了電路.這個實驗效果非常明顯，對于保險絲熔斷的原因，學生的印象也非常深刻.教師再進一步拓展得到現在家庭電路中，空氣開關的作用.

總之，教師在教學活動中，要營造寬松的教學環境，讓學生在科學探究的各個環節深入體驗，提高學生的科學素養.只有這樣，學生才能全面、系統地理解和應用自己所學的知識.在今后的學習過程中，遇到問題不會束手無措，能獨立自主的找到解決問題辦法，這才是教育的最終目的所在.

參考文獻：

[1]吳桂璽.物理實驗[M].電子科技大學出版社，2006.

[2]周上游.物理實驗教學探索[M].上海社會科學院出版社，2013.endprint