在物理实验教学中培养学生的探究能力

程建敏

摘要：科学探究源于人类自身与生俱来的认知热情，人类正是由于有永不满足的求知欲才区别于其他所有动物。科学探究一般经历以下环节：提出问题，猜想与假设，设计实验与制定计划，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作。显然，实验探究是探究能力培养的重要而有效的途径。

关键词：物理实验教学;探究能力;有效培养

中图分类号：G633.7   文献标识码：A   文章编号：1992-7711（2018）12-0085

一、创设问题情境，培养观察能力，激发探究动力

创设问题情境就是引起主体内心的冲突，动摇主体已有的认知结构的平衡状态，从而唤起思维，使学生进入问题探索者的角色，参与到探究活动中。新课标教材中设置了若干活动和探究、信息快递、生活·物理·社会等板块，很好地利用这些内容，可以培养学生发现问题、提出问题的能力。新课程标准要求学生有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的物理问题，要敢于质疑。学生在参与实验的过程中能够发现问题，首先说明他已积极投入到实验探究活动中，同时更重要的是，学生在动手的同时积极动脑思考，能够不断激发探究的动机与欲望。

教师是整个教学过程的设计者，是问题情境创设的领导者、组织者。好的问题情境，能够不断撞击学生心扉，启迪学生思维，使之受到强烈的震撼。在问题情景的设置中，应牢牢抓住学生的好奇心，用新颖的事例，超乎寻常的问题点燃学生的求知欲望。例如，在进行“影响摩擦力大小因素”的教学时，可以设置这样的情景：“在光滑的水平面上放着一个50kg的大钢球，一只蚂蚁能将它推动吗？”学生看到这个问题后，有的说蚂蚁力气太小不能推动，有的说表面是光滑的能够推动，有的则是陷入冥思苦想之中……思维的波浪此起彼伏，大大调动了学生的探究欲望。在教学过程中，教师可以利用学生的直觉思维，运用有趣的小实验或差异性实验调动学生的科学探究兴趣。在“大气压”的教学时，教师可模仿气功大师的表演，演示“手掌吸碗”。在进行有关蒸发知识的教学时，教师可让学生作如下的吹气实验：第一次让学生将手掌摊开放在离口15cm的地方，张开嘴慢慢地对手掌呵气，学生会感觉手“暖烘烘”的;第二次请学生将手掌摊开放在同样位置，先闭嘴，然后留条小缝，用力向手掌吹气，学生会感觉到手掌“凉飕飕”的。学生面对这些有趣的实验，倍感惊奇，教师可围绕实验促进学生积极主动地参与到科学探究活动中。

问题使学生有多感兴趣、激发作用有多强烈，探究欲望就有多强烈，保持时间就有多长，积极探究直至完成探究的耐力就有多大。

二、设计实验方案，培养大胆猜想和科学设计实验能力

当学生在学习活动中发现并提出问题时，其重大的愿望就是能够通过亲手实验来解决问题，这是最能获得满足感的，收获也是最大的，而实验成功的前提当然是科学的实验设计。教师应指导学生从理论入手，充分考虑各方面的因素，理论联系实际，设计出科学合理的探究方案，为探究实验提供可靠保证，使实验更具说服力。同时，这一环节也是对所学知识的综合检阅。

例如，在探究“影响电热大小的因素中”，针对猜想“电流通过导体产生热量与电流的大小、导体的电阻及通电时间有关”，学生都知道可以采用控制变量法进行设计实验来探究。小刚同学设计了如图1（a）所示的电路，他认为此图可以完成探究电热与电阻和时间的关系，并且为了能较好地反映实验效果，在选择电阻电阻R1、R2时，应该使两个电阻的阻值大小相差较大;小明设计了如图1（b）所示的电路，他认为此图可以完成探究电热与电流和时间的关系，图中的滑动变阻器除了对电路有保护作用外，还可以调节电路中的电流大小。小惠认为她设计的电路（图c）更新颖，具有创意，她认为此图可以完成探究电热与电阻、电流、时间的关系，当滑动变阻器的滑片P在某位置不动时，可以探究电热与电阻、时间的关系;改变滑片P的位置，改变电路中的电流大小，观察同一个电阻两次在相同的时间内产生的电热，可以探究电热与电流的关系。而为了反映电热的大小，采用电阻丝通电产生热量给液体加热，通过比较质量相等的同种液体升高的温度不同来比较电阻丝发热量的多少，为此必须采用比热容较小的煤油作为被加热的液体。

实验设计本身就是综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程。在这个过程中，学生可以从不同角度、不同层面，采用不同方法进行设计，制定计划和设计实验。只有设计合理，才能进行实验、搜集数据;从而进行分析论证，进而交流和评估。通过学生对实验设计方案的讨论，可以互相取长补短，完善设计方案，丰富设计内容。学生的启示和教师的点拨丰富了解题思路，启迪了思维，通过交流点拨能促进学生对问题的理解更加全面和深入，实验设计能力从本质上得到了很大提高。

三、进行实验探究，培养探究技能

只要经过探究实验检验成功的设计，才能证明是科学合理的设计，同时探究实验过程又是对不完善的实验设计的修正和补充。探究实验的目的是使学生通过自主参与探究活动全过程，在获得知识与技能的同时，进一步理解科学探究的意义，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受物理世界的奇妙与和谐，学会科学研究必须具備的科学方法，逐渐提高探究能力，形成积极实践的科学态度。

例如，在设计“探究电流与电压、电阻的关系时”，学生已经知道了一节干电池和2.5V的小灯泡串联使灯泡发光，和两节干电池和2.5V的小灯泡串联，使灯泡发光的亮度不同;两节干电池和6.3V的小灯泡串联，灯泡发光的亮度与2.5V的小灯泡亮度也不同。这就说明：灯不变时，电压大，电流可能越大，灯越亮。电压不变时，电阻大的电流越小，电阻小的电流越大。那么怎么设计实验来探究电流与电压、电阻的关系呢？教师提供相关知识，师生共同设计实验，并亲手进行了实验探究。

师：在图2中选择灯泡来进行实验合适吗？

生：在探究电流与电压的关系时，必须保持电阻不变。而灯泡的亮度变化会引起温度变化，从而使其电阻发生变化。故需选择定值电阻来进行实验。

师：在图3中怎么实现改变电阻两端的电压呢？

生1：通过改变电池个数改变电压，观察电压改变后电流的情况。

生2：如果使用学生电源，可以通过改变电源的输出电压，观察电压改变后电流的变化情况。

生3：通过改变滑动变阻器改变电压（如图4），观察电压改变后电流的情况。

（1）保持电阻不变，研究电流随电压的变化。保持电阻R不变，调节滑动变阻器，使电压成整数倍增加，观察电流的变化。将每次电压和电流值记入表中。

（2）保持电压不变，研究电流随电阻的变化。先后将不同阻值的电阻接入电路，然后调节滑动变阻器，保持电阻R两端的电压不变，观察电流随电阻的变化。将每次的电阻、电流值记入表中。

实验结果及分析：

当电阻不变时，电流与电压成正比;当电压不变时，电流与电阻成反比。

通过这些自由度大、自主力强的实验，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，这些过程本身能很好地锻炼学生的实验能力，使他们的探究能力得到充分发展。

四、总结探究结果，提升探究能力

探究实验过程往往是预设之外的智慧的火花，应将探究实验的问题、设计、实施过程、结论体会及时记录下来，这就是科学探究的重要组成部分，没有总结的探究实验是毫无意义的。同时，将实验教学中进行的科学探究撰写成科技小论文，更可以使学生获得成就感，激励其进一步发现问题、解决問题，对学生探究能力的培养大有好处，是探究能力培养的又一次升华。

指导学生进行实验证据收集、分析与论证、评估、交流是探究能力培养的具体操作。学生在探究实验过程中常常会注意到一些新的实验现象却不知记录，更不知记录相关证据，实验结束则一哄而散，什么都没留下。在分析和论证环节如果能够充分调动学生自己总结实验成败，分析失败原因，总结成功经验，就可以不断提高学生的探究能力，而且这种分析和论证过程本身就是一种很好的交流，学生之间可以相互借鉴，相互提高。重视探究能力培养，在实验教学中，学生的探究能力就处处可以培养，时时可以提高。

（作者单位：江苏省南京市溧水区第一初级中学 211200）