以初中物理實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力

周 飛

(江蘇省丹陽市實驗學(xué)校 212300)

在傳統(tǒng)物理課堂教學(xué)模式之下，為了完成教學(xué)目標，教師使用講述法在課堂上講解物理實驗，學(xué)生實驗操作相對較少，單純根據(jù)實驗現(xiàn)象聆聽教師的描述，對于物理實驗的本質(zhì)學(xué)習(xí)不夠深入.利用物理實驗作為載體，組織實驗探究活動，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實驗環(huán)境，使其產(chǎn)生認知沖突，提出合理猜想，輔助教師完成實驗設(shè)計，相互交流實驗原理，達到深刻學(xué)習(xí)的目的，提高學(xué)生的探究能力.

1 學(xué)生提出問題能力培養(yǎng)

1.1 利用故事激發(fā)學(xué)生提問熱情

物理學(xué)家對于知識的探索精神值得敬仰，在物理課堂上，教師可以適當引入故事，激發(fā)學(xué)生提問熱情.比如“磁生電”內(nèi)容講解階段，為了幫助學(xué)生對于磁生電現(xiàn)象有深入了解，可以將科拉頓趣味實驗故事引入課堂：他在螺旋線圈內(nèi)部插入磁鐵，對于電流計進行觀察，判斷線圈內(nèi)部是否產(chǎn)生電流，為了控制磁鐵的進出環(huán)節(jié)對于電流計產(chǎn)生影響，他在螺旋線圈上連接靈敏電流計，并放置在其他房間，實驗過程他跑來跑去，但是始終沒有觀察到靈敏電流計的示數(shù).科拉頓實驗是眾所周知的，此時學(xué)生腦海當中可能產(chǎn)生疑問“是不是科拉頓發(fā)生了電磁感應(yīng)現(xiàn)象？”筆者及時給出解釋，因為他跑得太慢，只有電流計向磁鐵插入瞬間才會產(chǎn)生示數(shù)，所以他在跑的過程當中失去了觀察的機會.這一故事的引入，學(xué)生對于科學(xué)家探索知識的過程更加深刻了解，還能產(chǎn)生提問的欲望，達到理解物理知識學(xué)習(xí)目標.

1.2 創(chuàng)設(shè)實驗情境輔助學(xué)生提問

初中生的好奇心強，教師可借此創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵學(xué)生提問.比如“杠桿平衡條件”研究過程當中，筆者為學(xué)生播放微課，將質(zhì)量不同的石塊在木板兩側(cè)固定，學(xué)生可以看到實驗現(xiàn)象：質(zhì)量大的一側(cè)下沉，質(zhì)量小的一側(cè)翹起.之后移動石塊位置，直到讓大小石塊保持平衡狀態(tài).不同的實驗現(xiàn)象本質(zhì)區(qū)別為將蹺蹺板的中心改變，讓質(zhì)量不同的石塊能夠在木板上保持平衡.因為視頻畫面直觀，實驗現(xiàn)象明顯，有助于學(xué)生提出問題.

再如物理課堂上，為了幫助學(xué)生掌握聲音響度的影響因素為振幅，筆者創(chuàng)設(shè)如下情境：演示用手敲擊桌面，學(xué)生雖然能夠聽到聲音，但是肉眼難以判斷桌面振動發(fā)生與否，此時，告知學(xué)生桌面未振動，代表該物體無振幅.在此情境之下，學(xué)生會產(chǎn)生疑問.隨后筆者在桌面上放置紙屑，重新敲擊桌面，學(xué)生可觀察紙屑跳動，兩次矛盾情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生可以通過實驗現(xiàn)象，在課堂學(xué)習(xí)過程當中產(chǎn)生疑問.

2 學(xué)生猜想假設(shè)能力培養(yǎng)

2.1 操作器材，學(xué)會猜想

物理實驗課堂上，教師應(yīng)該充分利用實驗資源，為學(xué)生創(chuàng)造實驗機會，操作實驗器材，觀察實驗現(xiàn)象，拉近學(xué)生和實驗之間的距離，調(diào)動其參與實驗的興趣，在操作實驗器材過程當中，展開猜想，加深學(xué)習(xí)印象.

例如“彈性勢能影響因素”討論過程當中，筆者要求學(xué)生在生活當中收集不同類型的彈簧，在其彈性范圍的允許空間之內(nèi)，通過用手拉的方式，近距離接觸和觀察實驗器材，對于其彈性勢能影響因素展開猜想.

對于“凸透鏡成像規(guī)律”進行研究，筆者將照相機帶入課堂，講解照相機、投影儀成像原理以后，讓學(xué)生指出照相機、投影儀凸透鏡位置，通過實物觀察，學(xué)習(xí)物理知識：利用生活經(jīng)驗，學(xué)生可以了解照相機在膠片上成像，投影儀在屏幕上呈現(xiàn)，進而猜想凸透鏡成像規(guī)律.

2.2 科學(xué)思維，合理猜想

實驗課堂學(xué)生猜想的提出離不開教師的引導(dǎo)，需要教師鼓勵學(xué)生利用原有知識經(jīng)驗，通過觀察和對比，運用科學(xué)的推理方式，讓猜想能夠更加合理.具體而言，方法如下：

第一，歸納法.對于物理對象進行研究，可以根據(jù)對象特殊性對于一類對象相同屬性進行研究.指導(dǎo)學(xué)生利用該方法展開猜想，重點在于尋找待分析對象的共性.比如敲擊鼓面其可通過振動發(fā)聲，手拉皮筋也可振動發(fā)聲，如此猜想所有物體都可以通過振動方式發(fā)聲.

第二，對比法.選擇兩個或兩個以上研究對象，保持其他條件不變，將兩個事物相互對比提出猜想.如條件相同環(huán)境之下，對于一滴酒精、一滴平鋪酒精的蒸發(fā)速度進行觀察，判斷液體形狀變化對于其蒸發(fā)速度的影響.

第三，推理法.該方法的運用需要學(xué)生具備知識經(jīng)驗，根據(jù)已有研究成果，對于這內(nèi)容進行判斷，總結(jié)結(jié)論.比如通電導(dǎo)體會產(chǎn)生熱量，學(xué)生結(jié)合已經(jīng)掌握的電流知識，能夠知道由于電流做功導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱.利用W=UIt和U=IR等公式，可以推導(dǎo)W=I2Rt.按照最終公式當中出現(xiàn)的物理量作為猜想切入點，帶領(lǐng)學(xué)生展開合理猜想.

3 學(xué)生實驗設(shè)計能力培養(yǎng)

實驗設(shè)計有兩個環(huán)節(jié)，先確定實驗步驟，后選擇實驗器材.實驗設(shè)計以后，教師還需要對學(xué)生實驗過程遇到的困難進行預(yù)想，充分考慮突發(fā)情況，對于實驗器材進行合理選擇，確認實驗方法.

選擇控制變量法，因為物理實驗過程探究對象可能和不同的物理因素相關(guān)，所以為了準確判斷實驗對象、物理因素現(xiàn)在的關(guān)聯(lián)，要將其中一個因素改變，保持其他對象不變，對于研究對象發(fā)生變化進行分析.比如對于壓力作用效果進行探究，可以保持壓力大小不變，分析受力面積；還可以保持受力面積不變，分析壓力大小；探究滑動摩擦力大小影響因素，可以保持壓力大小不變，分析接觸面的粗糙程度，或者保持粗糙程度相同，判斷壓力大小.

選擇替代法完成實驗設(shè)計，需要突出替代等效性.利用等效物體對于研究對象進行替代，常規(guī)情況之下，難以直接測量物理量都可在不影響實驗效果前提下選擇等效物進行替代.比如電路知識的學(xué)習(xí)，可以選擇合適電阻進行等效替換，不影響電路研究結(jié)果.

選擇轉(zhuǎn)換法也是物理實驗的重要方法之一，通常而言，物理量測量可能受到測量物體本身因素的影響，難以直接測量.比如音叉振動實驗可以轉(zhuǎn)換為乒乓球彈跳；電磁鐵磁性的強弱實驗可以轉(zhuǎn)化為用電磁鐵吸引大頭針，根據(jù)對大頭針吸引數(shù)量判斷；加強大小實驗的探究，可以利用人手擊細沙，根據(jù)人產(chǎn)生的疼痛感和細沙凹陷程度進行判斷；分子運動實驗的探究，可以根據(jù)轉(zhuǎn)化為墨水擴散實驗.

4 學(xué)生觀察操作能力培養(yǎng)

實驗探究環(huán)節(jié)，需要教師注重學(xué)生觀察能力、動手能力的培養(yǎng)，使其在實驗過程中能夠精準選擇實驗器材，檢驗學(xué)生對知識的掌握情況，培養(yǎng)其觀察和操作能力.

4.1 多次觀察

實驗演示過程，教師需要逐漸將實驗步驟增加，或者將觀察次數(shù)增加，為學(xué)生預(yù)留思考空間，使其能夠?qū)嶒灛F(xiàn)象進行分析，得到結(jié)論.比如凸透鏡成像規(guī)律的研究階段，學(xué)生掌握凸透鏡具備匯聚作用之后，需要教師提前準備實驗器材，讓儀器中心所處相同水平面，先將蠟燭遠離凸透鏡，后將蠟燭靠近凸透鏡，讓兩次成像有明顯區(qū)別，之后縮短蠟燭、透鏡距離.注意指導(dǎo)學(xué)生觀察物體透鏡距離變化，并提出相關(guān)問題，提示學(xué)生仔細觀察，培養(yǎng)其觀察能力.

4.2 細節(jié)觀察

學(xué)生觀察習(xí)慣的形成也十分重要.教師可為學(xué)生預(yù)留課后觀察問題，在生活中的現(xiàn)象，要求學(xué)生觀察學(xué)習(xí)，達到鞏固知識目的.比如“物態(tài)變化”內(nèi)容學(xué)習(xí)，可以為學(xué)生留觀察作業(yè)，使其能夠?qū)ι町斨形飸B(tài)變化有更深刻地認識.可以觀察河面冰融化成水；冬季水面結(jié)冰；夏季洗的衣服曬干；燈泡鎢絲發(fā)黑等，用生活中的物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生仔細觀察的習(xí)慣.

4.3 器材轉(zhuǎn)化

物理實驗階段，演示實驗十分重要，也是學(xué)生對于現(xiàn)象觀察的重點.演示過程可以適當將實驗器材轉(zhuǎn)變，選擇生活當中的文具用品、生活用品，通過簡單制作，變?yōu)閷嶒炑b置，為學(xué)生展示物理實驗.在此階段，還可鼓勵學(xué)生積極發(fā)言，思考實驗裝置的組裝方法.比如研究“浮力大小和體積之間關(guān)系”，教師可準備橡皮泥，為每個學(xué)生準備質(zhì)量相同橡皮泥，通過橡皮泥形狀的改變，對于物體體積大小和浮力關(guān)系展開探究.在研究“二力平衡”條件的時候，教材當中給出的實驗為水平面上放著一輛小車，并在其兩側(cè)放有托盤，將砝碼加入到托盤內(nèi)，對于二力平衡所需條件進行探討.教師可以轉(zhuǎn)變教材當中的實驗方式，選擇繩索輔助實驗探究，要求學(xué)生站在繩子兩側(cè)，同時用力拉，保持繩子位置水平.如果兩名學(xué)生用力方向相反，繩子會被拉直，用力大小不相等，那么學(xué)生就會被拉走.將實驗器材轉(zhuǎn)變，通過學(xué)生操作，其對于二力平衡條件有更深刻地了解.

5 學(xué)生分析結(jié)論能力培養(yǎng)

如果實驗?zāi)康氖菍δ愁惉F(xiàn)象進行驗證，通常會利用歸納、推理以及對比方法.在實驗現(xiàn)象的結(jié)論分析方面，需要教師引領(lǐng)學(xué)生透過物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題.比如“對于摩擦力大小影響因素”進行分析，通常會利用歸納方法，總結(jié)實驗現(xiàn)象當中存在的問題.實驗過程，選擇控制變量這種方法，利于學(xué)生觀察現(xiàn)象，提出問題.在實驗之前，準備小車、斜面等材料，要求小車從相同高度、初速度為0狀態(tài)下滑，當小車行走到水平位置的時候，可以選擇光滑桌面、細沙等輔助實驗.觀察實驗現(xiàn)象，總結(jié)出結(jié)論“小車、斜面、高度、初速度等均相同，小車水平接觸面不同，在下滑過程行走的水平距離也各不相同”.由實驗條件和實驗現(xiàn)象可以總結(jié)出“接觸面粗糙程度能夠影響滑動摩擦力大小”.

綜上分析，初中物理實驗課堂，教學(xué)過程為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，需要從提問、猜想、設(shè)計、觀察、分析、交流等能力的培養(yǎng)入手.在教師的引領(lǐng)下從生活中的問題入手，讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，創(chuàng)設(shè)情境，輔助其提出合理猜想，師生共同整理實驗思路，提出合理假設(shè)，制定實驗計劃，讓學(xué)生在實驗階段互動交流，對于實驗現(xiàn)象全面分析，通過合作學(xué)習(xí)解決問題，提高其科學(xué)探究能力.