高中物理探究性实验组织策略探析

【关键词】高中物理;探究性实验;实验教学

作者简介：姜科举（1984.03—），男，安徽省亳州市渦阳县第三中学，一级教师，本科，研究方向：中学教学。

随着社会的发展，人们更加注重对创新型人才的培养。但从实际情况来看，在长期以来的高中物理教学中，教师所沿用的通常是“灌输式”教学模式。对于物理课程中的概念与规律，教师会反复进行讲解与总结，以此在有限的课堂时间内渗透更多的知识。这种教学方式不但会对学生的知识建构产生不利影响，还会束缚学生的思维，从而妨碍学生的创新能力的发展。教师应对这一问题最直接的解决方式就是引导学生参与探究活动，以此来促进学生思维的发散。在物理课程中，实验是引导学生探究物理知识的有效途径，也是转变学生接受式的学习方式的重要方法，因此，在高中物理教学中，教师应该准确把握实验教学的现状，了解实验教学中存在的问题，在此基础上，要根据学生的认知特点不断探索探究性实验的组织方法，这样一来，有利于逐步达到最优的高中物理实验教学效果，从而逐步促进学生的物理能力的发展。

一、高中物理实验教学组织原则

探究性物理实验具有极为突出的优势，教师在教学中需要精心设计教学方案。为了避免教学过程的盲目性，教师需要遵循一定的教学原则。具体来讲，主要包括以下几个方面：

第一，主体性原则。在探究性实验当中，主体性是指对教学过程和教学内容的设计以及教学活动的安排都要以学生为主体。在实验过程中，教师是一个引导者，探究活动的主要内容需要由学生自主设计。对于学生来说，主体性的发挥能够充分激发其思维活力，使其在富有挑战性的实验中感受到物理学习的乐趣;同时，也有利于使学生掌握学习方法，从而理解知识的本质内涵，加深学生对知识的理解与感受。

第二，情境性原则。物理实验中的探究性是指根据实验的需要创设富有启发性的问题情境。需要指出的是，问题情境需要具有直观、有趣、真实的特点，这样一来，可以使学生充分感知问题，并在实验中发现和提出问题。同时，教师所提的问题要能充分引发学生的兴趣，激发学生的求知意愿。此外，相关的情境需要与生活联系，符合社会发展实际以及学生的认知特点。这样的情境，才能使学生以某个问题作为突破点，通过质疑、分析、调查、探究等多种方式展开学习活动，从而达到理想的实验效果。

第三，开放性原则。根据物理学科的特点，物理实验需要具有一定的开放性。由于不同学生的物理水平存在一定的差异，看问题的视角也不同，所以对问题的猜想、实验方案的设计和数据的处理方式并不是统一的。在实验过程当中，教师应避免提出过于严苛的实验要求，而需要打破传统的教学模式，鼓励学生大胆创新，为学生提供更加自由宽松的学习氛围，让学生更加自由地进行发挥。遵循开放性的原则，有利于激发学生的发散思维，培养学生的创新意识。在这一过程中，教师要给学生提供更加开阔的思路，并对学生的奇思妙想给予充分的鼓励。

第四，科学性原则。科学性是指实验教学的设计过程要非常严谨，所设计的内容要体现科学方法与科学思想，以此培养学生尊重科学事实的态度。教师在探究性物理实验当中，要引导学生逐步形成科学的物理思想，并运用恰当的方法对问题加以分析和解决。比如，利用图像法处理实验数据，以及通过观察、判断、比较、推理作出假设等。这些思想和方法在实验问题的解决过程中可以作为诱因或发挥刺激的作用，促使学生发现和思考问题，从而使探究性实验的积极作用真正得到发挥。

第五，效益性原则。效益性原则要求实验活动的组织过程要从物理学科自身的特点出发。长期以来的物理教学往往更加关注知识获取的结果，而忽视了知识获取的过程。这导致教学活动过于关注“效率”而忽视效益。而效益性原则通常更加关注学生在学习的全过程中的表现。所以在探究性实验当中，教师不仅要引导学生获得正确的结论，还要帮助学生掌握更加科学的物理学习方法，从而促进学生的物理素养的发展，唯有如此，才能切实保障实验教学的效果。

二、高中物理探究性实验组织策略

（一）创设问题情境，激发探究意愿

“学起于思，思源于疑”，这一观点准确指出了问题在探究活动中的重要性。没有问题，探究活动的开展也就无从着手。同时，教师应该明白，探究性实验中的问题应避免以直白的方式提出，而应该结合实验内容创设一定的问题情境，这样一来，有利于增强问题对学生的吸引力，激发学生的实验探究热情，从而使学生更加积极地参与到实验当中。唯有如此，才能为高中物理探究性实验的顺利开展奠定坚实的基础。

以“楞次定律”为例，笔者没有直接组织学生进行实验活动，而是通过演示性的实验创设了教学情境，以此引出了问题。演示一：取两根上下开口且长度相同的铜管与塑料管，让小磁铁分别从相同位置由静止状态落下，使其从管底出来，观察小磁铁在哪根管子中下落的时间更长？下落时间更长的原因是什么？演示二：在一个支架的两端均挂上质量较轻的铝环。其中，左边的铝环是闭合的，右边的铝环是断开的。同时，这个支架的横梁能够绕中间的支点转动。用磁铁的S极或者N极靠近左边，以此演示“来拒去留”。将演示三：将四块磁铁在螺线管内插入和拔出，学生明白插入和拔出时螺线管产生的感应电流的方向是不同的，并思考哪些因素可以对感应电流的方向产生影响。笔者之所以设计这些演示实验，是因为主要意图是吸引学生的注意力，引导学生认真观察，并利用问题启发学生进行积极的思考，这样一来，不但可以更加自然地引出实验内容，而且能够激发学生的实验热情。由此可见，在探究性实验当中，合理创设问题情境是一种行之有效的教学手段。

（二）尊重学生主体，引导自主实验

正如前文所述，主体性是探究性实验需要遵循的基本原则。在这一原则的指导下，教师需要及时转变“灌输式”教学模式，引导学生参与到知识建构的全过程中，以使学生的自主性得到充分的发挥。因此，在探究性实验当中，教师应避免代替学生思考，而需要给学生提供更加自由的时间与空间，以此来组织学生进行自主实验。通常来讲，学生在自主实验时需要经历两个基本的环节：（1）问题—猜测。猜想和假设是探究性学习过程中的重要一环，是对未知的物理问题产生的初步看法，也是对相关问题作出的假设性回答。（2）思维—设计。完成假设之后，需要设计实验对猜想假设的正确性加以验证。

以“探究自由落体运动规律”的实验为例，這个实验的主要目标是引导学生了解自由落体运动的概念，探究自由落体运动的规律，明确自由落体的加速度及其大小与方向。学生针对实验中的不同探究内容，自主进行实验猜想与方案设计。比如在探究物体下落快慢的影响因素时，学生首先结合自己的生活经验与知识积累进行了猜想，然后利用控制变量法进行了实验方案的设计。方案一：取一枚硬币以及一张与其大小相同的纸片，让它们同时从同等高度下落，观察和记录实验现象。方案二：取大小相同的两张纸片，一张铺开，一张揉成团，让它们同时从同等高度下落，观察和记录实验现象。方案三：对方案一进行改进，将纸片揉成团，让它们同时从同等高度下落，观察和记录实验现象。教师利用这样的实验方案，有利于帮助学生初步得出自由落体运动的模型。

（三）注重因材施教，开展分层教学

从实际情况来看，在高中阶段的物理学习中，不同学生的动手能力、知识水平等会逐渐产生较为明显的差异。有些学生很容易就能完成实验方案的设计，而有些学生即使绞尽脑汁也无法设计出。为此，教师应该充分发挥主导与辅助作用，并在实验探究过程中进行针对性的指导。在指导过程中，教师只有从学生的实际情况以及个体差异出发，充分发挥学生的长处，弥补学生的不足，才能有效满足学生的学习需求，从而使不同情况的学生均可以取得一定的进步。

教师在遵循因材施教的原则组织探究性实验时，通常需要关注以下几点：第一，全面了解学生的实际情况，对学生进行适当的分层。具体来讲，要了解学生在智力因素和非智力因素等方面的表现，并对学生的学习类型进行划分。同时，要充分了解学生在学习中的优缺点。第二，科学划分实验小组。高中物理实验通常需要以小组为单位进行，为此，教师需要根据学生的差异将学生进行合理的搭配，以使学生实现优势互补。之后，教师还要帮助学生做好小组内的实验分工，除了整体讨论，还要有小组成员分别负责组织工作、资料搜集工作、实验记录工作。第三，使实验要求差异化。对于教师而言，除了要鼓励学生完成小组整体的实验任务，还需要对学生进行针对性的点拨，以使学生获得更好的发展。第四，动态调整。因材施教的前提是学生存在差异，而学生之间的差异通常是不断发展变化的，因此，在探究性实验中，对于学生的具体要求也需要进行动态的调整。

（四）运用信息技术，优化实验流程

信息技术日益发展，并且更加紧密地融入了教育活动当中。从具体形式来看，信息技术融合了图像、声音、文字等多种要素，能够使实验内容的呈现方式更加丰富。因此，教师应该准确掌握现代教育技术的应用方法，并合理地将其融入探究性实验的组织过程中，这样一来，有利于优化高中物理实验流程。

一般来说，信息技术在探究性实验中的应用方式主要包括以下几种：第一，利用信息技术创设教学情境。在实验教学的起始阶段，教师可以利用信息技术对学生进行趣味性的引导，调动学生的多种感官，从而激发学生的实验热情。第二，化抽象为具体。尽管物理实验现象是可以直接观察的，但其中蕴含的物理规律是比较抽象的。对此，教师可以利用信息技术构建完整的物理图景，从而让学生实现感性认识向理性认识的飞跃。第三，化静态为动态。物理实验中的动态变化过程是比较难以观察的，教师可以利用信息技术帮助学生突破思维障碍。以“平抛物体的运动”为例，教材中的频闪照片难以形象地表现出平抛的小球在各点的分运动状态。对于这一过程，教师可以利用多媒体设备进行动态演示。第四，教师利用信息技术搜集丰富的实验材料，以此来扩展学生的认识。

（五）引导实验改进，促进思维发散

从教学内容来看，教材中的实验内容通常相对固化。尽管探究性实验鼓励学生主动参与和自主探究，但它的实验过程依然具有一定的局限性。为此，教师应该有意识地引导学生对常规实验进行改进。这样，教师不但可以进一步优化教学流程，而且能够促进学生思维的发散，并在实验改进中锻炼学生的动手操作能力。

实验改进包括多个方面的内容，以对实验器材的改进为例，教师需要关注以下几个方面：第一，设计或者仿制替代性的仪器。由于学校可能在一些实验中缺少完善的实验设备，所以教师可以引导学生根据实验教学的要求设计一些简单的替代性装置，以促进实验活动的开展。第二，改进现有实验仪器的性能。如果现有的实验仪器的功能不完善，或者实验中的现象不够明显，那么教师可以引导学生对实验仪器进行改进，比如调整实验装置的组装方法。第三，设计新仪器。教师根据实验内容的特点和实验教学的要求，可以适当地设计一些新的实验用具，以此来设计新的实验内容。这样不但可以提高学生的实验质量，而且能够锻炼学生的创新能力。

（六）拓展实验内容，延伸探究活动

实验作为探究物理知识的有效途径，不但在课内学习中具有重要的应用价值，而且也是进行课外学习的重要方法。从实际情况来看，高中物理教材中的知识是比较有限的，仅仅利用课内实验，很难真正提高学生的实验探究能力，所以教师需要对实验内容进行拓展与延伸，从而逐步提高实验质量。

课外实验通常包含多种类型，比如有以下几种：第一，观察性实验。物理课程与实际生活存在极为密切的联系，很多生活场景中都蕴含着极为丰富的物理知识。为此，教师可以设置一些相关的课题，组织学生进行观察性的实验。第二，课外小实验。教师结合课内的物理知识，可以组织学生进行一些相关的小实验。比如教师可以鼓励学生用几种不同的方法测量重力加速度，以此来深化学生对相关概念的理解。第三，课外制作与发明。趣味性的课外制作不但可以使学生充分感受物理学习的乐趣，而且能够培养学生的科学态度。

综上，在现阶段的高中物理课程中，开展探究性实验逐渐成为最重要的教学模式之一。这种教学模式既符合物理课程的特点，也契合新课改的要求。因此，教师应该准确把握探究性实验的组织原则，并合理设计教学过程，从而逐步达到最优的教学效果。

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