物理实验教学中学生探究能力的培养

朱宗奎

物理学是一门以观察、实验为基础的科学，实验是物理教学的基础.探究性学习作为与接受性学习相对应的一种学习方式，是进行创新教育的载体，是学习科学的核心方法.探究教学实质是将科学领域的探究模式引入课堂，使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种特殊的教学方法.利用物理实验开展探究教学有助于学生加深对知识的理解，有利于提高学生探索问题和解决问题的能力，发展学生的创造能力.

一、发掘演示实验的有效因素，培养质疑能力

质疑是经过较充分分析后提出的问题.质疑是思维的开始，也是有所发现的前提.在具有创见性的质疑的过程中，学生提出的问题有一定的深度和广度，往往击中关键，具有“揭示规律”、“独创”、“发现”之特征.质疑能力和其他能力一样，可通过学习、培养和训练不断提高的.实验是物理学的基础，物理实验探究教学是发展学生质疑能力的有效途径.教学“物体内能的变化、热和功”时有个演示实验：压缩厚玻璃筒中的空气，使空气内能增加，温度升高，从而使筒内易燃物着火.实验中明亮的火花给学生以深刻的印象，然而实验过后，不少学生提出:实验的研究对象是什么？如何判断它是否变化？实验的目的是什么？如果改变教材一举成功的做法，而是实验时在厚玻璃筒内先不放易燃物，压缩筒内的空气，要求学生仔细观察筒内空气的内能有无增加.学生感到困惑:空气内能增加与否怎能看得见？此时自然引出一个实验设计的问题情境;如何判断筒内空气内能是否变化？顺着这个思路组织实验教学，由于实验是学生主动参与设计的，设计目的明确，实验后学生无论对实验所揭示的结论还是实验的设计思想均留下深刻认识和理解，甚至终身难忘.可见，没有质疑，就没有新问题的提出，探究也就没有开始的根据.

二、运用物理实验图景，培养猜想能力

原子物理部分知识，涉及到较多“科学猜想”，我们要充分发掘科学猜想这一因素进行教学.如“原子核的人工转变” 粒子轰击氮核的教学中， 粒子轰击氮核产生的新粒子是质子.教学中不是马上给出结论，而是根据实验图景，首先提出两种设想方案:一是质子是 粒子直接从氮核中打出的；二是 粒子被氮核俘获后形成一个新核，又分裂出质子来.介绍这两种方案，然后要求每位学生作出自己的猜想，判断哪一种设想正确.由于现教材没有介绍这个问题，大部分同学都按习惯的思路猜想，质子是从氮核中打出来的，对此，再介绍布拉凯特从云室拍摄的照片，强调照片中看到的是 粒子撞击氮核的过程中得到三条径迹的事实，然后进一步鼓励学生论证自己的猜想的正确性.

三、分析学生实验中发现的异常现象，培养分析和解决问题的能力

对学生实验中出现的异常现象的捕捉和分析的处理是培养学生的独立性和创造性的有效途径.例如“用单摆测定重力加速度”的实验中，学生自以为测量L和T都较准确，但实验测出的g偏大.针对这一实验问题，教师检查学生测L和T的方法及数据确定正确无误，发现问题出现在没有保证单摆在一竖直平面内振动，而是形成了一个圆锥摆.教师可指导学生推出圆锥摆的周期公式为T=2πlcosθg(l为摆长， θ为偏角)，它小于同样摆长的单摆周期，用它代入单摆周期公式求g=4π2lT2，g值偏大，这样即解释了实验误差来源，又得出了圆锥摆的周期公式.又如用斜面法验证“机械能守恒定律”的实验中，学生设计用小车拖动纸带在斜面上由静止滑下的实验，发现在各个对应的位置时12v2与glsinθ(l为斜面长，θ为倾角)相差较大.接着指导学生根据所收集的数据，用a=v22l与glsinθ进行比较，测出摩擦阻力，继而计算出阻力的功fL，发现在误差允许的范围内，阻力的功fL正是mgsinθ与12mv2的差值.这样不但加深了对定律的理解，而且从猜想、分析到利用实验验证，已经很接近科学家研究物理问题时“提出假设并验证假设”的科学方法，培养了学生分析和解决问题的能力.

四、利用设计性实验，培养创新思维能力

所谓设计性实验，要求学生自己设计实验方案的实验.这涉及到实验方案的确定、步骤的安排、表格的设计和误差的分析等，具体地:(1)教师指明实验目的.从弄清实验原理、方案设计到器材选择、装备操作、收集及处理信息和数据、得出结论等都是由学生自主完成，教师适当指导.(2)组织学生讨论各人(组)的设计方案，选出数组认为可行的方案分别实验，并从中找出最佳方案.(3)实验后再组织学生讨论各方案的成功或失败原因、误差来源及如何减少误差等.如要求学生设计测重力加速度g的实验，显然这是一个灵活性较强的开放性问题，它可以引起学生从不同的角度思考，得出不同的实验方案.(1)利用重力和质量的关系G=mg测g；(2)用落球法测g：让小球自由下落，测出球下落的高度h和时间t，由g=2ht2得g；(3)用纸带法测g：利用“验证机械能守恒定律”的实验装置及重物自由下落中打出的纸带测g;(4)利用单摆测g；(5)用物体在光滑的斜面上从静止开始下滑的运动,由s=12gt2sinθ得g（s、t、θ分别是物体运动的位移、时间和斜面的倾角)；(6)利用跨过定滑轮悬挂的两物体的运动,由h=12M-mM+mgt2得g.在实验前，学生还要把实验方案具体化，学生还要面临很多问题要解决.实验结果发现各组测出的g值相差较大，这时引导学生对每个方案以及实验过程进行分析，找出原因，通过比较得出较理想的方案.通过这些自由度大、自主能力强的实验，学生能学到许多知识，又能培养学生的观察力、动手能力和思维能力，更以其趣味性和探索性在培养学生创新精神方面发挥其独特的功能和作用.学生在实验过程中有时不可能一步到位，需要反复修正，这些过程本身能从多方面锻炼学生的实验能力，使他们的发散思维得到充分发展.

总之，为适应时代和学生发展的需要，每位物理教师应当努力提高自身素质，转变教育教学观念，改进教学方法，营造良好的育人环境，培养出富有科学精神和实践能力的开拓型人才