论文部分内容阅读
通过“科学探究”训练学生物理实验基本能力，激发学生动手完成实验的兴趣，培养学生勤于思考、自主学习的习惯，增强学生的科学实验探究能力，形成科学素养与科学精神.本文以三个典型的实验教学案例为素材，来阐述“科学探究”的方法在高中物理实验教学中的应用.
1高中物理实验教学的现状
在传统的教学观念、思想方法和应试教育的束缚下，高中物理实验教学始终是物理教学中最薄弱环节之一.一方面，高中物理实验教学大多停留在呈现物理现象，观察物理实验过程，简单完成物理实验操作.学生实验停留在验证性实验、测量性实验、基本仪器使用的实验上，探究性的实验很少.另一方面，在物理实验教学中，学生仍然是被动地照搬、照抄实验册里的实验方法与步骤，缺乏实验探究与创新，这样导致学生科学探究问题的能力得不到训练，自己设计实验的能力得不到提高，从而使学生丧失观察、思考和做物理实验的兴趣.这样的教育观念、教学方式大大泯灭学生的探究能力，禁锢学生的创新思维，这与新课程教育理念是相违背的，十分不利学生思维和能力的发展.
2“科学探究”在高中物理实验教学中应用举例
什么是科学探究？科学探究就是人们在研究各类科学特别是自然科学问题时所采取的方法，它应该包括以下几个步骤：（1）提出问题，明确我们要研究的课题；（2）猜想假设，根据已有的理论或经验对问题的模型提出初步的设想；（3）接受检验，想办法用实验来验证我们的假设和猜想；（4）不断完善，根据实验表现出来的结果修改我们的设想，使之能最后能解释我们所面临的问题，甚至提出新的正确的理论.在科学探究中，学生要学会问，学会猜，学会做，学会想，还应学会相互合作.
【案例一】认知性的“科学探究”
以高一的静摩擦力的教学为例. “科学探究”的做法是：将同桌的两人分为一组，自备一根棉线、一块毛巾，提供一只弹簧秤.
提问：在水平桌面上，用弹簧秤钩通过棉线水平拉书本，当弹簧秤的示数很小时书不动.书本受到哪几个力的作用？
猜想：通过受力分析，认识一个陌生的力——静摩擦力.
提问：逐渐增大簧秤秤对书本的拉力，书仍不动，书受到的静摩擦力大小如何变化？
检验：静摩擦力随拉力的增大而增大.
提問：继续增大拉力到某个值，书刚欲滑动，此时的静摩擦力的值怎样？
猜想：达到最大，认识最大静摩擦力.
提问：在书本上加放重物，观察书本受到的最大静摩擦力如何变化？
检验：最大静摩擦力随压力的增大而增大.
提问：将毛巾平铺在桌面上，再把书本放在毛巾上，重复上面的过程，同学们有何新发现？
完善：静摩擦力大小与压力、接触面无关，最大静摩擦力与压力和接触面都有关.
本实验以分组实验进行，重点通过“提出问题”激发学生求知欲望，教师在采用“科学探究”的方法时，要引导学生善于提出问题，鼓励学生大胆提出问题.
【案例二】验证性的 “科学探究”
以“力的合成”教学为例.传统的做法是：教师用演示实验的方法告诉学生“力的合成遵循平行四边形定则”，然后再用一节学生分组实验课来验证该定则.这种的教材处理法容易使学生产生应付做实验的思想，影响对做物理实验的兴趣.而“科学探究”的做法是：把“验证力的平行四边形定则”的实验整合到“力的合成”规律理论教学的过程中.
提问：如何求互成角度两个分力的合力？
猜想：用等效的思想设计实验，即用一个力拉动橡皮筋到某一位置，作出这个力F的图示，再用两个力拉动橡皮筋到同一位置，作出这两个力F1、F2的图示.
提问：F、F1、F2三个力图示起点相同的情况下，它们的图示有什么几何关系？
检验：画辅助线，连接三个箭头末端.
提问：F、F1、F2分别是这个平行四边形的什么边？
猜想：分力F1、F2是邻边，合力F是对角线，自己猜想得出力的平行四边形定则.
通过学生边做边想，大胆猜测，由学生自己探索出“力的合成遵循平行四边形定则”，学生经历了新知识的形成过程中理论思维与物理实验整合互补的过程，不仅加深了对新知识的理解，更重要的的是训练了学生的科学探究能力.
【案例三】基本仪器使用中的“科学探究”
以《练习用多用表测电阻》教学为例.传统的做法是：教师先入为主，反复强调“欧姆档换档后再测电阻必须重新调零”、“欧姆档有×1，×10，×100，×1K的四个档”，以及测量的读数方法，学生是被迫接受新知识，学得很不开心.这种注入式教学是最不成功的.如果按“科学探究”的方法来设计实验，可大大提高教学效果，激发学生强烈的求知欲.
提问：学生动手把选择旋纽置于“×1K”档，调零后，换为“×100”档再短接两根表笔观察表针是否仍停在零欧姆处？
检验：表针不再停在零欧姆处，明白欧姆表换档必须重新调零.
提问：多用表的电压、电流表各档和欧姆表的四档量程有何不同？
检验：电压、电流表的不同档位的量程是不同的，欧姆表四档的量程相同，均为0～∞.
提问：欧姆档为何设置为×1，×10，×100，×1K的四个档呢？测量时选档的原则是什么？
设计方案：学生用电阻箱设置四个阻值各为几千欧、几百欧、几十欧、几欧的标准电阻，每个电阻分别用“×1，×10，×100，×1K”的四个档测量，从中测出十六个数据.
数据分析与处理：四个不同的档测量同一个标准电阻，测量误差大小不同，有的测量值与标准值相差较远.学生立刻明白要设置四个档的原理，档位选择的原则是测量误差最小的档.
提问：测量误差最小时表针所指的位置在哪？
结论：表针在中央刻度附近时误差最小，是测量电阻值的选档依据. 教师应用科学探究的方法，充分发挥了该实验的探究功能，正确引导学生对实验现象的原因进行分析，从而使学生掌握了科学探究的实验方法，激发了学生的学习兴趣.
3应用“科学探究”的方法进行实验教学要遵循的原则
3.1构建和谐宽松的“科学探究”实验教学课堂环境
传统教育把向学生传授知识作为教育的唯一目标，现代教育则以提高学生科学素养为宗旨，以培养学生创新意识、创新精神和创新能力为重点、以学生终生发展为教学行为的准则.只有转变教育思想观念，才能使实验教学功能的发掘、开发得以实现.教师只有破除“师道尊严”的旧观念，构建和谐宽松的实验教学课堂环境，树立以人为本，以学生为中心主动参与的学习转变，给学生创造和谐宽松的课堂环境，才能使学生敢于提问、敢于猜想、敢于动手实验.
3.2精心设计“科学探究”实验教学方案
第一、要有科学的教学目标.例如，在案例三中，教学目标从传统的学习记忆使用规则、使用要点，会用多用电表测电阻的单一技能目标，扩展为通过自身探究活动，从中受到科学方法和思維的训练，培养提出问题、分析问题、收集处理信息、创造性解决问题的能力，以及通过自身探究活动培养学生学习兴趣，实事求是的科学态度.第二、精心选择探究课题，构建学生主动学习平台.学生不是装知识的容器，而是主动学习，独立思考，勇于尝试，大胆质疑的学习主体；教师也应由“传道、授业、解惑”的满堂灌、一言堂的角色转化为为学生选择设计科学探究实验课题，构建学生主动学习、全面发展的平台.第三、要充分训练学生的思维.三个案例的实践教学过程，始终贯彻启发式的教学原则，以科学的设问对学生进行启发，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生对科学的兴趣.在教师精心设计、导演、调控下，大胆鼓励学生探究新知识，从中体验科学探究方法在不同问题中的应用.
3.3正确把握“教学”与“探究”的关系
学生在科学探究中需要有自主性，学生自主性的体现就是具有独立的探究行为，学生的探究行为的发生是其探究能力发展的关键.同时，学生探究活动的开展也要得到教师的引导.这样一来，教师的引导和学生的探究之间就构成了一对矛盾：学生要有自主性，教师就不宜过多引导；但教师不引导，探究有时就很难进展下去.
教师“教学”与学生“探究”的矛盾关系就是内因和外因的辩证关系，“教学”是外因，“探究”是内因，外因要靠内因起作用，强调教师主导作用就是为了保证学生的主体作用得到充分的发挥.中学生思维活跃，不受传统的定势思维束缚，敢于标新立异.在探究时，随时会提出一些有价值的问题.对这些问题，教师要根据教学内容和学生的实际情况放手让学生去讨论，不要急于表态，应让他们主动补充或争论.但教师绝不能放手不管，要仔细聆听，从学生的发言中捕捉一些新的哪怕是错误的信息给予及时的评判和解释，从而培养学生科学素养与科学态度.
1高中物理实验教学的现状
在传统的教学观念、思想方法和应试教育的束缚下，高中物理实验教学始终是物理教学中最薄弱环节之一.一方面，高中物理实验教学大多停留在呈现物理现象，观察物理实验过程，简单完成物理实验操作.学生实验停留在验证性实验、测量性实验、基本仪器使用的实验上，探究性的实验很少.另一方面，在物理实验教学中，学生仍然是被动地照搬、照抄实验册里的实验方法与步骤，缺乏实验探究与创新，这样导致学生科学探究问题的能力得不到训练，自己设计实验的能力得不到提高，从而使学生丧失观察、思考和做物理实验的兴趣.这样的教育观念、教学方式大大泯灭学生的探究能力，禁锢学生的创新思维，这与新课程教育理念是相违背的，十分不利学生思维和能力的发展.
2“科学探究”在高中物理实验教学中应用举例
什么是科学探究？科学探究就是人们在研究各类科学特别是自然科学问题时所采取的方法，它应该包括以下几个步骤：（1）提出问题，明确我们要研究的课题；（2）猜想假设，根据已有的理论或经验对问题的模型提出初步的设想；（3）接受检验，想办法用实验来验证我们的假设和猜想；（4）不断完善，根据实验表现出来的结果修改我们的设想，使之能最后能解释我们所面临的问题，甚至提出新的正确的理论.在科学探究中，学生要学会问，学会猜，学会做，学会想，还应学会相互合作.
【案例一】认知性的“科学探究”
以高一的静摩擦力的教学为例. “科学探究”的做法是：将同桌的两人分为一组，自备一根棉线、一块毛巾，提供一只弹簧秤.
提问：在水平桌面上，用弹簧秤钩通过棉线水平拉书本，当弹簧秤的示数很小时书不动.书本受到哪几个力的作用？
猜想：通过受力分析，认识一个陌生的力——静摩擦力.
提问：逐渐增大簧秤秤对书本的拉力，书仍不动，书受到的静摩擦力大小如何变化？
检验：静摩擦力随拉力的增大而增大.
提問：继续增大拉力到某个值，书刚欲滑动，此时的静摩擦力的值怎样？
猜想：达到最大，认识最大静摩擦力.
提问：在书本上加放重物，观察书本受到的最大静摩擦力如何变化？
检验：最大静摩擦力随压力的增大而增大.
提问：将毛巾平铺在桌面上，再把书本放在毛巾上，重复上面的过程，同学们有何新发现？
完善：静摩擦力大小与压力、接触面无关，最大静摩擦力与压力和接触面都有关.
本实验以分组实验进行，重点通过“提出问题”激发学生求知欲望，教师在采用“科学探究”的方法时，要引导学生善于提出问题，鼓励学生大胆提出问题.
【案例二】验证性的 “科学探究”
以“力的合成”教学为例.传统的做法是：教师用演示实验的方法告诉学生“力的合成遵循平行四边形定则”，然后再用一节学生分组实验课来验证该定则.这种的教材处理法容易使学生产生应付做实验的思想，影响对做物理实验的兴趣.而“科学探究”的做法是：把“验证力的平行四边形定则”的实验整合到“力的合成”规律理论教学的过程中.
提问：如何求互成角度两个分力的合力？
猜想：用等效的思想设计实验，即用一个力拉动橡皮筋到某一位置，作出这个力F的图示，再用两个力拉动橡皮筋到同一位置，作出这两个力F1、F2的图示.
提问：F、F1、F2三个力图示起点相同的情况下，它们的图示有什么几何关系？
检验：画辅助线，连接三个箭头末端.
提问：F、F1、F2分别是这个平行四边形的什么边？
猜想：分力F1、F2是邻边，合力F是对角线，自己猜想得出力的平行四边形定则.
通过学生边做边想，大胆猜测，由学生自己探索出“力的合成遵循平行四边形定则”，学生经历了新知识的形成过程中理论思维与物理实验整合互补的过程，不仅加深了对新知识的理解，更重要的的是训练了学生的科学探究能力.
【案例三】基本仪器使用中的“科学探究”
以《练习用多用表测电阻》教学为例.传统的做法是：教师先入为主，反复强调“欧姆档换档后再测电阻必须重新调零”、“欧姆档有×1，×10，×100，×1K的四个档”，以及测量的读数方法，学生是被迫接受新知识，学得很不开心.这种注入式教学是最不成功的.如果按“科学探究”的方法来设计实验，可大大提高教学效果，激发学生强烈的求知欲.
提问：学生动手把选择旋纽置于“×1K”档，调零后，换为“×100”档再短接两根表笔观察表针是否仍停在零欧姆处？
检验：表针不再停在零欧姆处，明白欧姆表换档必须重新调零.
提问：多用表的电压、电流表各档和欧姆表的四档量程有何不同？
检验：电压、电流表的不同档位的量程是不同的，欧姆表四档的量程相同，均为0～∞.
提问：欧姆档为何设置为×1，×10，×100，×1K的四个档呢？测量时选档的原则是什么？
设计方案：学生用电阻箱设置四个阻值各为几千欧、几百欧、几十欧、几欧的标准电阻，每个电阻分别用“×1，×10，×100，×1K”的四个档测量，从中测出十六个数据.
数据分析与处理：四个不同的档测量同一个标准电阻，测量误差大小不同，有的测量值与标准值相差较远.学生立刻明白要设置四个档的原理，档位选择的原则是测量误差最小的档.
提问：测量误差最小时表针所指的位置在哪？
结论：表针在中央刻度附近时误差最小，是测量电阻值的选档依据. 教师应用科学探究的方法，充分发挥了该实验的探究功能，正确引导学生对实验现象的原因进行分析，从而使学生掌握了科学探究的实验方法，激发了学生的学习兴趣.
3应用“科学探究”的方法进行实验教学要遵循的原则
3.1构建和谐宽松的“科学探究”实验教学课堂环境
传统教育把向学生传授知识作为教育的唯一目标，现代教育则以提高学生科学素养为宗旨，以培养学生创新意识、创新精神和创新能力为重点、以学生终生发展为教学行为的准则.只有转变教育思想观念，才能使实验教学功能的发掘、开发得以实现.教师只有破除“师道尊严”的旧观念，构建和谐宽松的实验教学课堂环境，树立以人为本，以学生为中心主动参与的学习转变，给学生创造和谐宽松的课堂环境，才能使学生敢于提问、敢于猜想、敢于动手实验.
3.2精心设计“科学探究”实验教学方案
第一、要有科学的教学目标.例如，在案例三中，教学目标从传统的学习记忆使用规则、使用要点，会用多用电表测电阻的单一技能目标，扩展为通过自身探究活动，从中受到科学方法和思維的训练，培养提出问题、分析问题、收集处理信息、创造性解决问题的能力，以及通过自身探究活动培养学生学习兴趣，实事求是的科学态度.第二、精心选择探究课题，构建学生主动学习平台.学生不是装知识的容器，而是主动学习，独立思考，勇于尝试，大胆质疑的学习主体；教师也应由“传道、授业、解惑”的满堂灌、一言堂的角色转化为为学生选择设计科学探究实验课题，构建学生主动学习、全面发展的平台.第三、要充分训练学生的思维.三个案例的实践教学过程，始终贯彻启发式的教学原则，以科学的设问对学生进行启发，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生对科学的兴趣.在教师精心设计、导演、调控下，大胆鼓励学生探究新知识，从中体验科学探究方法在不同问题中的应用.
3.3正确把握“教学”与“探究”的关系
学生在科学探究中需要有自主性，学生自主性的体现就是具有独立的探究行为，学生的探究行为的发生是其探究能力发展的关键.同时，学生探究活动的开展也要得到教师的引导.这样一来，教师的引导和学生的探究之间就构成了一对矛盾：学生要有自主性，教师就不宜过多引导；但教师不引导，探究有时就很难进展下去.
教师“教学”与学生“探究”的矛盾关系就是内因和外因的辩证关系，“教学”是外因，“探究”是内因，外因要靠内因起作用，强调教师主导作用就是为了保证学生的主体作用得到充分的发挥.中学生思维活跃，不受传统的定势思维束缚，敢于标新立异.在探究时，随时会提出一些有价值的问题.对这些问题，教师要根据教学内容和学生的实际情况放手让学生去讨论，不要急于表态，应让他们主动补充或争论.但教师绝不能放手不管，要仔细聆听，从学生的发言中捕捉一些新的哪怕是错误的信息给予及时的评判和解释，从而培养学生科学素养与科学态度.