物理探索性实验的教学体会

随着中学物理教学研究的不断深入和发展，探索性实验的作用越来越为人们所认识。探索性实验作为近年来崭露头角的一种新型实验，它在激发学生学习兴趣、训练动手操作能力，特别是在培养学生创造性思维能力方面有着很好的作用。我通过自己设计的探索实验在物理教学中的实施，有以下几点体会。　　

一、高中物理探索性实验的设计指导思想　　

探索性实验作为物理实验的一种形式，它既有别于测定性实验，又有别于一般的验证实验。探索性实验的目的在于使学生获得物理实验研究方法的训练，让学生接触探索、发明、发现的过程和方法。在探索发现的过程中，发展学生理性的、批判的思想方法，体验学者研究的苦衷和愉悦，培养他们的发现、探究能力。而要达到这种目的，首先要求教师树立正确会设计指导思想。那么，探索性实验的设计应该该具备什么样的指导思想呢？　　

探索性实验设计首先要足够“新颖”。正是这种“新颖”的刺激，才会激发学生对探索的兴趣，才能引起学生探索的欲望。设计的“新颖”要达到什么程度呢？这涉及一个“度”的问题，一个人既不注意太熟悉的东西，因为已经司空见惯了，他也不注意太不熟悉的东西，为了引起学生认知上的冲突，引起最佳或最大限度的不平衡，探索性实验的设计还要遵循“适度”原则。“适度”是指设计既要与学生已有的知识经验有一定联系，同时又要有一定的难度。这样的设计如同树上的果子一样，学生必须“跳一跳”才能摘下来，这样就最大限度地激发了学生的求知欲和好奇心。当他们依靠已有的知识解决了一个新问题时，往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足。这种求知欲满足后，又会产生新的刺激，激励他们进一步去探索新的课题，从而转化为学习上的一种内驱力。概括以上两个方面可知，探索性实验的设计指导思想应该是“新颖、适度”。 我们如何才能做到呢？我们可以移植演示实验，改造原有实验。如研究自由落体运动中教材是通过频闪照片来分析运动性质，而一般的学校没有条件做这个实验，这时我们可以选用打点计时器来研究。首先，在以前的学生实验中我们使用过打点计器的纸带来分析运动性质。第二，我们没有让学生运用它来解决过具体的运动。这样设计一个“探索自由落体的运动性质”的实验就有一定的“新颖”，也比较“适度”。　　

二、高中物理探索性实验设计应遵循的原则：　　

（一）探索性设计原则　　

　　探索性设计原则是指：所设计的实验包含的物理规律往往隐藏在较深的层次，需要学生去挖掘；实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离，需要学生去跨越；解决问题的方法与途径往往不太明确，需要学生通过尝试错误，提出假设并验证假设来寻找。因此，探索性实验的性质本身要求我们的设计要在条件与目的之间设置“障碍”，学生在越障的过程中，实际上是通过思维的中介在条件与目的之间架起一座认知“桥梁”。这种越障过程既包括发散性思维，同时又包括辐合思维。发散性思维不直接加工信息，它主要提供解决问题的方向与方法，它属于执行控制过程，它属于影响问题求解过程的认知策略范畴。待问题求解的方向与方法确定后，又需要辐合思维进行逻辑推理，按已确定的方向深入下去直至解决问题，从而在这一探究的过程中培养学生的创造性思维。由于探索性实验是建构学生良好认知结构的手段与方式，其信息刺激是一种新颖、适宜的刺激，因而，决定了实验设计一定要具有探索性。探索性的意义在于它给出的新颖、适宜的刺激能在学生的头脑中引起认知冲突和危机，从而促使学生积极、主动地建构他们的认知结构。特别需要指出的是，学生的探究行为作为一种动作或活动，它不同于演示实验中学生的观察，也不同于学生分组实验中的操作。上述观察和操作虽都包含物质动作和精神动作。如：初中教学中要求学生探索“牛顿第一定律”需要构建光滑平面，而理想和现实存在差距，这就需要学生不断改进实验器材，而器材的选取就是一种思维探索，要跨越这个障碍需大胆假设猜想，得到结论。　　

（二）趣味性设计原则　　

　　探索性实验的设计要充分考虑学生的心理特点和认知水平，实验设计要求生动、有趣，能使学生在进行实验探索时，自始至终保持很高的兴趣。在探索性实验设计中强调趣味性原则是因为，探索性实验作为一种学习活动，不能依靠教师的督促使学生完成，而要通过设计良好的实验本身来激发学生的兴趣，使学生从好奇出发，进而发生兴趣，只有这样，才能使学生自觉自愿地参与实验探究活动。探索性实验作为学生探究行为的目标或诱因，它还具有诱发和激励主体的有目标指向行为的作用和功能。生动有趣的实验本身会使学生产生暂时性的兴趣，而解决问题的探究以及成功地解决问题，又会使学生的暂时性兴趣转化为持久兴趣。兴趣作为主体的一种内驱力，它刺激主体并引起反应（活动和动作），反应的结果则导致主体需要的满足。当需要（探索的愿望）和内驱力（兴趣）指向某种特定的目标（探索性实验）时，主体便获得了动机。如高中阶段可让学生利用多种方法来测量重力加速度，一个简单的物理量选用弹簧秤，打点计时器，斜面，单摆等进行测量，如此丰富的测量思想，相信学生会倍感兴趣的。　　

　 （三）理论联系实际设计原则　　

　　理论联系实际设计原则是：探索性物理实验的设计不仅有观察、测量的过程，而且需要建立物理模型，对实验的现象和结果用根据物理模型得出的表达式进行解释，从而培养学生运用理论解决实际问题的能力。存在着一种普遍的观点，认为实验是附属于理论、服务于理论的手段。实验的目的和作用常被归纳为正确观察、测量、读数和记录数据。根据实验数据验证物理规律。其实，物理实验不仅仅是用作训练技能，验证规律，而且它也是探索物理现象和规律的手段之一。它与物理理论相伴而行，密不可分。学了加速电场和偏转电场后，可设计让学生探索示波器的原理，并查找示波器的用途。　　

　　（四）简易性设计原则　　

　　 简易性设计原则是指；实验的设计要尽可能采用较少的仪器，所使用的仪器要尽可能简单，设计的选题要尽可能与日常生活实际相联系，实验的原理要尽可能在学中物理范围之内。　　

提出这个原则的理由基于以下几点。首先，探索性实验作为实验教学的一种形式，它由教师给出实验课题、提供实验器材、提出实验要求，让学生自己设计实验方案，并选取日常生活中的一些物品作实验器材，自制一些简单的仪器或零件。就地取材，用简单的器材做实验的方法还富于教育意义。因为这样做能使学生感到物理就在自己身边，研究物理并不神秘，从而调动学生的学习积极性、主动性，培养创造精神。如小孔成像实验可让学生收集纸盒完成。　　

　 （五）科学性设计原则　　

　　科学性设计原则是指：在探索性物理实验的设计中，首先，必须保证实验设计不出现科学性的错误，这是最根本的要求。其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的教育因素。为什么要提出这个原则呢？这是因为，我们对学生进行科学教育的基本要求就是要向学生传授科学知识，同时物理知识本身的科学性也要求我们在实验中尊重科学事实。一个较好的探索性实验设计本身就是一项小型科研，在选题及设计过程中对于设计者也是一种探究活动，其结果很难在设计之始加以预测。因此，如果在设计中没有科学的态度和方法，或者没有认真处理实验数据，往往稍有疏忽就会出现科学性错误。科学性原则在实验设计中的要求还在于，把科学的物理思想和方法渗透到设计之中，使学生在解决探索性实验的过程中，形成科学的物理思想，学会并运用科学的方法解决问题。比如，通过观察、比较、判断、推理提出假设的思想，以及把误差分析应用于实验之中的思想。这些思想与方法都有很好的科学性与思想性，在学生解决问题过程中，起着一种诱因或刺激作用，引导着他们去思考、去发现，从而使探索性实验真正起到培养科学思想与方法的目的。　　

    我根据以上思想曾设计过让学生探索“牛顿第一定律”、“自由落体运动的运动性质”、“多种方法测重力加速度”等的实验，效果较好，曾在市级及区上研究课上展示，深受同行好评。