做好自主探究实验,敲开物理规律之门

2019-08-20 15:10

做好自主探究实验,敲开物理规律之门

----我是如何指导高中学生做好物理探究性实验的

安徽省灵璧中学/陈凭心

摘自:《安徽省灵璧中学》

物理是一门以实验为基础的科学,学生实验是学生探究物理规律、获取物理知识验证物理规律及应用物理知识过程中的一个有机组成部分。学生实验可分为基本仪器使用的实验、验证性实验和探究性实验。探究性实验在物理实验中是较高档次的实验,其教学模式是学生自主进行,或在教师的启发引导下通过亲自实验去研究事物、探索新知的一种模式,它是培养学生的动手能力、探究能力、发现物理规律的有效手段,真正体现新课改精神。

探究性实验教学模式的思想核心,就是在整个教学过程中充分发挥学生的主体作用。学生在探究目标的吸引下,产生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望,从而积极、主动、创造性地投入探究实验。学生在实验探索过程中,在获取新知识的同时,更主要的是实验能力、观察能力、思维能力、创新能力、发现新知的能力得到培养和提高,科学方法得到训练,创造精神得到激发。避免进行刻板的技能训练和机械化的程序操作。

(一)探究性实验教学的一般程序

1.老师对一些探究的物理问题创设一些情境,使学生萌发出科学问题。如探究加与力和质量的关系时,可创设情境:为什么风车容易吹起来,而火车不容易推起来?骑单车是带人容易骑起来还是不带人容易骑起来?学生会猜想到加速度与力有关,与质量有关,从而主动探入到探究加速度与力和质量关系中来。

2.学生根据教学目的,提出探索目标,制定探究计划,选择优化方法,形成探究方案,确定科学、合理的实验步骤,预设实验中可能出现的问题。如探究功与速度关系,教材提供两个方案,用橡皮筋做实验,存在很多系统误差和偶然误差,而设计新的方案,让较小勾码下落h2h3h表示做功为W2W2W就要好得多。

3.带着问题探索,通过探索发现指导学生进行实验,正确操作,排除故障,观察现象,收集信息,在观察和体验中所有发现。如学生做完探究“自由落体中物体机械能守恒”实验,有的学生就提出自由落体是匀变速直线运动,根据⊿h=gT2,可以用折纸带法,看⊿h是否相同而确定纸带的优劣;还有的同学用打出的纸带测重力加速度;还有的同学提出不需要必须用1-2两点间距为2毫米的纸带,只要有四个清晰点的纸带都可用;还有的同学利用打出纸带探究功与速度关系;也还有的同学利用纸带测重力加速度,都表现出学生积极探究的热情。

4.根据探索目标,组织学生对探究的过程和结果讨论、交流。

5.引导学生依据实验的物理事实进行归纳、整理,概括出正确的实验结论,进行科学解释及评价。如“探究加速度与力及质量关系”,作出图象,引导学生对图象不过原点,图线弯曲进行解释,对实验进行评价。研究匀变速直线运动,引导学生作出斜面上小车运动的速度----时间图象,并在以后教学中,用此图象研究匀变速直线运动的速度公式和位移公式。

6.利用文字、表格、图象、公式等对结果陈述,特别是引导学生利用测量数据,实事求是地作出图象,由图象探究物理规律。如探究功与速度关系,不能只让学生研究功与速度平方关系,应让学生作速度与功关系图象,速度三次方与功关系,速度二次方根与功关系,在众多关系图象中去发现规律。

()探究性实验教学模式的教学要求

(1)学生必须有明确的探索目的,设计正确的探索方案。目的明确才能提高探索的积极性、方向性、自觉性和准确性,方法正确才能避免错误和太大的偏差,提高学习效率。

(2)教学结构的组织必须为实现目的服务。合理地安排教学结构,使整个教学过程具有严密的计划性和组织性(但不要限制太死,否则会论为程序式实验),才能以较少的时间和精力取得最佳的教学效果。

(3)探究性实验必须坚持“学生为主体”的地位,教师不要预设特定的程序、方法和表格,这些都应由学生设计,在自行设计有困难或设计方案有问题时教师有作以必要的指导。

确立学生主体地位,可营造师生和睦的气氛,探究与发现法强调以学生为中心,充分发挥学生的学习积极性、主动性。正如汉森所说:“探究学习给人印象最深的前提条件是学生的自主性。”“教师必须让学生按他们自己的方法自由地,必须容许学生形成他们自己的见解,容许他们寻找各种方法去阐明他们所观察到的东西。甚至论题和疑问都由学生自己提出,而不是教师提出。”斯特里克也指出:“尽管教师在学生探究中要充当支持者、鼓励者的角色,但教师不能替代学生进行探究”。

学生的主体地位确立后,就需要进一步实现师生关系的民主化。只有在民主的轻松愉快的课堂气氛里,学生才能独立进行实验探索、大胆地发表意见,并在此基础上自行地发现和自由地创造。任何对学生压服、压抑及教师独断都将窒息学生发现和创造的萌芽。在探究实验中,“教师要为学生创设一种自由探究、和睦相处、相互支持的气氛”。如“测电源电动势和内电阻,老师提示探究根据是全电路欧姆定律,必须测量两组数据才能达到探究目标,学生会选择电流表、电压表、滑动变阻器,电压表和电阻箱,电流差和电阻箱等不同的方案。

(4)学生在实验操作过程中教师要巡视、检查指导;要帮助学生解决实验中遇到的困难,但不能越俎代庖;对共性的、倾向性问题可做必要的补充说明及指导,关键性问题作简要点拨,有创新性的给予充分肯定。如用半偏法测电流表内电阻,有的学生提出为减小实验误差不用满偏和半偏,而用半偏和四分之一偏,这是很好的创意,应给以肯定和表扬,并引导其讨论这样测量实验误差减小的程度。

(5)肯定学生的主体作用,绝不意味着否定或贬低教师的主导作用。教师主导作用的重要性表现在对学生学习的有目的、有系统的指导上,表现在经教师点拨的指引,学生有愿望有能力进行探索性实验。

探究性实验能否取得实效,关键的因素是看教师能否善于引导和指导。事实证明,教师的引导和帮助是学生顺利做好探究性实验的重要保障。

教师的引导应保证让学生在有意义的思考路线上进行有意义的探索活动,从而避免学生盲目的猜测和无效的活动。但是,教师的引导不能太具体,应该含而不露,指而不代,开而不达,引而不替,从而给学生留下自我选择、判断、联想、创造的思维空间。因此,在提供各种理论资料、实验设备和问题情境基础上,还可给学生提供思维上的线索。但是“常常有一种诱惑力,还没到必要的时候,教师就想把答案告诉学生;教师要顶住这种诱惑力,并且不要给学生做各种非语言的暗示”。

(6)探索性实验教学符合“实践----认识----再实践----再认识……”的规律,对于学生辩证思维方法的形成和实践第一的观点的确立具有良好的促进作用。

(7)探索性实验教学使学生始终处于自我探索和自我发现状态之中,增强了学习的主动性和积极性,课堂气氛异常活跃,人人动口、动手、动脑,课堂效率大大提高。学生在获得知识的同时,智能也得到发展,培养科学态度,掌握科学方法。

(8)探究性实验不要贫大求全,以趣味小实验为主(如利和玩具、文具、饮具、学具等做实验),可以活跃课堂气氛,允许失败,允许出错,但要及时纠偏。

(9)创设问题情境,培养学生问题意识。

学生的探究、发现过程往往围绕着问题而展开,因此教师首先要把学生的学习内容巧妙地转化成为问题情境。一般说来,教师设置的问题要有目的性、适应性和新异性。目的性指问题要针对一定的教学目标提出来;适应性指问题的难易程度要适合全班学生的实际水平;新异性指问题的设计和表述具有新颖性和生动性。这样的问题才会成为学生感知和思维的对象,从而给学生心理造成一种求知状态,随之而产生问题意识。问题意识就是指意识到问题存在并尝试去解决它的一种心理状态。有了问题意识,就会激发学生强烈的学习愿望,使之高度集中注意力,积极主动地进行探究和发现。因此,卡拉汉和克拉克强调指出:“在探究和发现学习过程中,教师必须向学生提出问题、课题,以满足学生的兴趣,激发他们去思考,鼓励他们去探究。”贾罗默利克说:“教师要能够熟练地提出各种问题,去发展学生批判性思维和解决问题能力。”布鲁纳说得好:“亲自查明或发现事物的特性的真正态度与活动,看来必具有使材料更容易记忆的效果。”

(三)探究式实验教学的基本原则

探究式实验教学的基本原则是由学生自己亲自制定实验的计划,教学任务有利于激发内在动机,学生认知策略及探究能力都得到发展。在这个学习过程中,学生还认识到探究能力和知识是的获取和发现是可以自主完成的,从而把学习过程看作是自主探究、自我发现和自我发展的过程,它既要以现有的学习方法和实验方法为基础,又要不断地加以改进和不断完善探究的主题和过程。具体地说:

1、统整性原则:从整体出发,对探究性实验的目标、内容、环境、过程、评价等作周密安排,各个要素紧紧地围绕为实现探究目标服务,并注意各个要素如教师、学生、材料、媒介等之间的内在联系和作用。

2、主体性原则:发展学生自主思考、自主探究、自己创新的能力,发挥学生的主体性探究是教学的主要特色,在探究实验过程中教师注意激发学生探究兴趣和热情,密切关注学生的探究实验过程,及时评价探究成果及参与程度和科学态度,给学生创造宽松的机会。

3、可操作性原则:探究性实验既含有探究成份,又含有发现的成份,是在探究中发现的过程,不同于广义的科学探究,探究教学设计要十分具体,便于教学中操作,从教学目标设计到教学内容设计、探究过程设计、评价标准都要采用一定变式,控制一定变量,使之成为具体的可操作程序(但也不能束缚学生手脚),以便学生能够把探究活动顺利进行下去。

4、易控性原则:能够较精确地控制实验的操作过程,把握探究过程,不致于走过多的弯路耗时过多或误入歧途而导致失败。

5、创造性原则:对教学内容及时进行再设计,以适应用探究的方法教学;对媒介进行改造,借助于一定的课外书面材料、视频课件、信息资源、实验仪器等辅助教学,充分利用现代技术和广泛的教育资源,如进行电脑模拟实验,电脑合成,电脑制图等。

6、开放性原则:教师不能设计过多的实验程序来干预学生探究的过程,以充分发挥学生的主体性,要给学生以自由创造的空间、充足的探究时间、丰富的信息资料,让学生自主安排活动方式、活动内容。但开放性并不意味着放任自流,整个探究过程必须处于教师的引导、指导、监控下进行,使学生的自主探究能够有序、有效地进行。

7、差异性原则:学生的探究能力是有差异的,教师要通过系统的教学设计以利于促进个体的发展,以个体的学习、探究为目标,尽量使所有的学生都有最充分地运用自己的潜能而进行探究的机会。既面向全体学生,又关注个别差异,特别是探究实验能力较差的学生,应给以特别的关照和指导,以使其完成探究的任务。

8、有效性原则:考虑到各种探究实验的可能后果,采取恰当措施,把无效劳动和实验的障碍降低到最低限度,提高探究实效,即使在实验中出现问题,也要使学生在探究过程中体验挫折与成功。

9、诱发性原则:在创设问题情境阶段,要注意到设计有诱发的问题情境,激发学生自身的好奇心,培养兴趣,增强求知欲,使学生的探究学习过程成为满足好奇心和兴趣需要,适应求知欲望。

10、自发性原则:创造条件由学生自发地进行探究,如自发地组成研究性学习小组,课外兴趣小组等,强调学生间的合作与交流。

11、灵活性原则:采取灵活多样的方式,发现的结论也应具有灵活性。

12、适应性原则:适合学生的知识储备、智力水平、实验能力、身心特征和教学环境。

如探究电磁波的存在,赫兹通过实验证明电磁波的存在,获得诺贝尔奖,如何让学生证明电磁波的存在,我指导学生用火花放电器火花放电产生的电磁波,用接收器输入示波器观察波形,操作方便,效果明显,还可以设计不用示波器,直接用收音收接收,也能听到啪啪的声音;还有的用氖管接收,激发氖管发光,都可以观察到电磁波的存在。

13、非正规性原则:可采取一切可行的方案做探究性实验,但不同于一般意义的科学探究,也不必一次性探究透、探究完,也允许没有结果或出现错误。

14、宽松性原则:创造宽松环境,由学生自由发挥,探究手段、方法要具有多样性,以防设计方案单调,影响学生自由发挥。

15、评价多元性原则:学生评价与老师评价相结合,以学生评价为主;不仅评价实验结果,重点评价实验过程;不仅评价发现的知识,重点评价学生的动手能力、创新能力、探究能力及合作交流能力。

(四)探究性实验,真正凸显新课改精神。

新一轮课程改革其核心精神是倡导学生“自主探究”,而“实验探究”是物理学的重要探究手段。

1、新课程中的绝大部分知识,都可以由学生自主探究而获得。如自由落体运动,其知识的呈现是观看钱毛管实验,再由匀变速直线运动的规律公式,经过演绎探究(从一般到个别的思维方法或推进形式),在初速度为零,加速度为重力加速度的特定条件下演绎而出。如果进行实验探究,则指导学生用打点计时器打出自由落体纸带,研究纸带连续相等时间间隔内位移变化量相等,探究出自由落体运动是匀变速直线运动;测量纸带和计算出自由落体的加速为重力加速度,或作速度----时间图象计算加速度和位移。

2、以探究性实验带动概念教学。如电磁感应部分教学,先演示用手摇交流发电机带动灯泡发光创设教学情境,激励学生自主探究电磁感应规律,充分让学生用磁铁在线圈当中运动,导体棒在磁场中切割磁感线运动或原副线圈做实验,不仅探究电磁感应产生的条件,而且引导学生探究感生电流大小的相关因素,比如用磁铁以不同的速度插入、取出螺经管,看电流表指针偏转角度,用不同根数磁铁插入或取出,观察感生电流的大小,探究发现法拉第电磁感应定律,以不同磁极插入或取出,看电流计指针偏转方向探究感生电流方向,抽象出楞次定律。以探究性实验,带动一章内容的教学。

3、可以将验证性实验改为探究性实验,将探究性实验做在规律概念教学之前。比如改“验证机械能守恒定律”为“探究机械能守恒定律”,笔者作了多次尝试,学生用自由落体实验或光滑斜面上滑实验,完全可以完成探究发现的学习任务,探究出机械能守恒定律。

4、以探究性实验整合并推进其它课程教学,如研究性学习、综合实践活动,很多活动的本身就需要通过探究性实验来完成,再如通用技术与物理最接近,通用技术课程的实施,大都是探究性实验,科技创新活动也是经过创新、探究来完成的。