浅谈初中物理实验教学中科学探究能力的培养

　　物理是一门以实验为基础的学科，随着素质教育的深化，我们国家不少专家学者和广大物理教师对中学物理实验重要性的认识逐步加深，物理实验教学改革也正在紧锣密鼓地进行着。新一轮课程改革更是把提高中学生的科学探究能力放在首要地位。但是结合我市实际，到现在为止，物理实验教学的现状还是不容乐观的。部分学校存在追求升学率而重理论轻实践的情况，有的学校为应付实验操作考试才开展实验，而不是贯穿在平时物理教学中。科学探究的教育目的就是让学生亲身经历和体验科学知识的获得过程，并在此过程中运用科学的方法发现问题、提出问题、以及寻求证据、材料解决问题，体验探究过程中的辛酸与喜悦，从而使学生能够在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面得到全面发展，以应对现代社会和未来发展的挑战。基于物理实验教学本身的这些特点，在中学物理实验教学中恰当的进行科学探究能力的培养，能够收到事半功倍的效果。

　　一 、科学探究内涵

　　科学探究的本意是指科学家们运用科学的方法研究自然界的科学事物及规律时所进行的科学研究活动。运用到教育中的科学探究的具体含义是：“学生在学习课程和现实生活的情境中，通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能、方法情感态度与价值观的学习方式和学习过程”。课程标准明确指出：“将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神”。

　　二 、物理实验教学对科学探究能力培养的作用

　　1. 物理实验教学能够激发学生的科学探究兴趣

　　心理学认为：“兴趣是积极探究某种事物的认知倾向，它是人的一种带有趋向性的心理特征”。科学探究兴趣是学生进行科学探究的一个重要条件，是学生探究的一种推动力。物理学是一门以实验为主基础的自然科学，利用实验可以直观的把物理现象和物理事实呈现在学生们的面前，从而激发学生的直觉兴趣。大量的教育事实表明学生对各种操作性实验和演示实验都感到新鲜而有趣，这也是中学生们愿意上物理实验课的一个心理原因，所以我们就要抓住学生的这个心理因素，充分利用好实验激发学生的科学探究兴趣。

　　2.物理实验能够使学生学会并运用物理科学思维方法

　　“当代科学教育理论认为，科学探究没有固定的模式，但有一些可辨别的要素，比如提出问题、进行猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验、收集数据、提出理论或建立模型、进行评估与交流等”。这些同样也是物理实验中经常用到的科学思维方法。只学习理论，而不把学到的理论应用到实践不是真正地学会了理论。通过物理实验学生们可以直接应用这些科学思维方法，从而使学生真正地掌握这些科学思维方法，成为终身必备的知识与技能，这样才是真正地实现了科学思维方法教育，提高了学生科学探究的能力。所以说物理实验教学能够使学生真正地学会并掌握科学探究的思维方法。

　　3. 物理实验能够培养学生的科学态度

　　今天的教育不仅要关注学生的智力发展，更要注重学生的非智力因素的发展。每一个物理概念、规律的发现和证实都离不开物理学家们的坚持不懈、一往直前的科学探索精神。在这一点上物理实验教学表现的尤为突出，因为今天我们所做的实验都是在研究和体验物理学家们的“实验”。我们不仅要让学生们掌握和创新物理学家们的“成果”，更要让学生们体验物理学家们在发现物理问题和解决物理问题上的酸甜苦辣，从而通过实验教学培养学生的探索精神、意志品质和实事求是的科学态度。

　　三、 通过物理实验教学促进科学探究能力培养的具体措施

　　1.改进和优化演示实验，突出科学探究

　　教学实践中，我将光的反射定律、欧姆定律等演示实验都设计成了探索性的学生实验。例如：在“大气压的测定”这节课的教学中，如果教师按教材依葫芦画瓢，直接运用托里拆利实验获得结论，虽然能测得大气压值，但这种生硬的灌输式的教学，学生只知其然，达不到知其所以然的目的，我设计成探究式教学，教学效果则有很大不同：(1)将装满水的瓶子，安上一个带玻璃管的塞子，分析为什么吸不到水?(2)让学生自己设计实验测定大气压的值。(3)将两端开口的玻璃管插入水槽中，分析为什么管内外水面相平?(4)把玻璃管中安上活塞，排出管内空气，向上拉动活塞，分析为什么水柱能上升?(5)分析若玻璃管足够长时，水柱是否会一直随着上升?(6)在水柱不随活塞上升而上升时，你能从中悟出什么?(7)设想一下，怎样使管内水面以上部分达到真空状态，从而精确地测出大气压的值?(8)这个实验能否换用酒精或水银等其它液体来完成?选用哪种液体最合适?按此“质疑、实验、探索、解疑”的探索方式进行教学，使学生像科学家一样亲自参与科学探究与发现，这不仅有利于调动学习思维的积极性，激发灵感、产生顿悟，而且还可以使他们的创造性思维得到培养。

　　又如：将阿基米德原理的演示实验改为学生实验，进行科学探究：

　　【提出问题】一艘满载货物的万吨巨轮正在大海中航行，海水对它的浮力有多大呢?很显然，这个问题已经无法用前面学过的用弹簧秤测量浮力的方法来解决，问题的提出在学生心中激起了求知的欲望。为了解决轮船在海中航行时所受浮力大小的问题，必须先研究和浮力大小有关的因素。

　　【猜想与假设】浮力大小究竟和哪些因素有关，大家可以猜想，发表自己的见解，并说出理由。这时课堂气氛顿时活跃，同学们根据以往学过的知识、生活经验进行猜测、讨论。教师将学生提出的各种猜测进行归纳：浮力大小可能与物体的密度、物体的体积、物体的形状、浸入液体深度、液体密度大小有关。

　　【制定计划与设计实验】猜想是否正确，还需要动手实验去验证。浮力大小可能与其中一个还是几个因素有关?如何进行实验研究?于是学生自己设计实验，选择器材，并自觉地运用了控制变量法进行实验。

　　【进行实验与收集证据】学生进行了如下的实验操作：

　　a.用弹簧秤测出体积相同而密度不同的铜块和铝块浸入水中时所受的浮力大小，并比较。

　　b.用弹簧秤测质量相同而形状不同的橡皮泥浸没水中时所受的浮力大小，并比较。

　　c.观察橡皮泥分别浸没在酒精和水中相同深度处弹簧秤的示数。

　　d.观察橡皮逐渐进入水中弹簧秤的示数和浸没水中后，在不同深度处弹簧秤的示数。

　　【分析与论证】通过上述实验，学生分析得出浮力的大小与物体密度、形状和深度都无关，与液体的密度和排开液体的体积有关。

　　【提出新问题】我们已经探究出浮力大小和液体密度、排开液体的体积有关，那么它们之间有没有确定的数量关系呢?

　　【设计并进行实验】请同学们设计方案，怎样使物体放入水中后，既能测出浮力的大小，又能收集起物体排出的水。学生选用了自制的溢水杯进行实验，进一步收集证据。在教师的引导下，学生通过实验发现体积小的金属块浸没在水中时，弹簧秤读数变化小(浮力小)，排开的水也少;体积大的金属块浸没在水中时，弹簧秤读数变化大(浮力大)，排开的水也多。既然浮力大排开的水多，浮力小排开的水少，那么浮力的大小和排开水的多少是否有着必然的联系?从而引导学生去秤一秤排开液体所受重力有多大?看它和浮力大小究竟是什么关系?

　　【分析与论证】学生惊奇的发现，浸在液体里的物体所受的浮力，竟和排开的水所受重力正好相等。从而进一步通过实验(浸没、部分浸入、漂浮)得出了阿基米德原理。这在阿基米德是灵感思维，对学生则是在老师指导下，经过探究活动后发现的。

　　2.以探究的思想改进学生分组实验

　　教学中我把部分学生实验改成探索性实验，并增加了一些探索实验内容，以拓展学生的思维领域。通常采用以全班讨论或小组讨论的形式进行。由于学生思考问题的方式和角度不同，讨论中可能出现多种实验方案，这些方案只要合理有效，就及时肯定，并让学生去做，不必要求设计的实验和书上给出的实验相同。例如：在“测小灯泡功率”的实验中教师没有给出具体的步骤，一切由学生自行完成，结果我在巡视实验的时候发现，各小组都有明确的实验步骤，并设计出了开放性的记录表格，记录了灯丝在不亮、较暗、正常发光、较亮、烧坏几种情况下的电压、电流和功率。实验后学生多方向、多角度的分析观察到的现象和数据，从而开放性地归纳出实验结论。

　　分组实验时强调小组成员要有明确分工，加强小组间的合作与讨论。实验结束后，各小组将自己的探究过程，收集的证据和作出的结论，包括没有解决的问题向全班报告，然后经过质疑答辨和讨论，作出结论，达成共识，使大家都分享到探究成果。

　　3.加强实验设计能力的培养

　　为培养学生的探究能力，让学生根据物理原理设计实验。我按学生不同程度确定实验设计的内容。采用的方法一是写出实验报告或提出实验方案，组织学生讨论比较，选择最佳的可行性方案，统一进行实验。二是师生自编或精选一些探索性、综合性强的实验问题，让学生自己去设计和操作实验。

　　例如：学生在学习了通电导体在磁场中会受力运动，通电线圈在磁场里会受力转动，这是电动机的原理后。有的同学提出：如果把通电的液体放入磁场中，结果会怎样?学生猜想之后自行设计实验进行探究，结果设计了多种实验，可以使通电液体在磁场中运动。例如将裸铜丝弯成封闭的圆环嵌入玻璃器的边沿作为一个电极、把一小段碳棒放入玻璃器的中央作为另一个电极，向玻璃器内倒入电解质(食盐水)，再把玻璃器的一半圆面“卡”在马蹄形的磁场中，用导线把学生电源、变阻器、裸铜环、碳棒串联起来。接通电源，闭合开关，移动变阻器的滑片，使其电阻逐渐减小，电流随之逐渐增大，会观察到盐水由慢到快的旋转起来，现象很明显。

　　问题可以由学生自己提出，也可以由教师提出。例如：在做完瓶吞鸡蛋的实验后，提问：如何把吞进瓶中的鸡蛋完整地取出来?引导学生分析压进瓶内，靠的是瓶内外的压力差，反过来也可再用瓶内外的压力差，将鸡蛋压出来，学生讨论得出一些切实可行的办法：①把瓶倒过来让鸡蛋堵住瓶口后，放入一个密封容器中减小容器内的气压，瓶内外的压力差使鸡蛋从瓶内吐出来。②把瓶子倒过来，让鸡蛋堵住瓶口，再给瓶子加热，使瓶内的气压高于瓶外气压，鸡蛋也会被吐出来。我发动学生课后进行实验探究，学生在实验中遇到很多的问题，他们不断地克服困难改进实验，结果学生把广口瓶换成150ml平底烧瓶，把去壳的熟鸡蛋换成去壳的熟鹌鹑蛋，实验时把一端浸过酒精棉的铁丝点燃后，迅速插入烧瓶中，待燃烧片刻后抽出铁丝，再迅速将鹌鹑蛋放在瓶口上，过一会即可看到鹌鹑蛋沿着烧瓶颈慢慢下滑到瓶底，这样改进可见度增大，生动形象地证明了大气压的存在。把烧瓶倒立，使鹌鹑蛋堵住瓶口(小头向下)，然后把烧瓶固定在铁架台上，用毛巾包住瓶底，并不断把热水慢慢注到毛巾上，一会烧瓶就会吐出鹌鹑蛋。

　　教材中的演示实验和学生实验的设计及操作方法虽然都是经过反复证明了的，但实验操作方法仍然存在着这样或那样的不足，而且方法都只有一种，不利于学生创新思维的培养。为此教师可以有意识地创造一种探索氛围，比如提出“应该进行怎样的设计”、“为什么要这么做”、“换一种方法能不能做”等问题并运用多角度思考法、缺点列举法、逆向思维法等方法，引导学生探索，对其不足加以改进。

　　4.在实验习题的教学中融入科学探究

　　对一些较复杂的练习题，笔者设计了一些随堂实验，以点拨学生的解题思路。例如：用重30牛的铁桶到井中提水，待桶内装满水后，用力提桶使它直立于井水中，既不露出水面，又不与井底接触，如果桶内水重100牛，那么，提桶的力量将小于30牛。但不少同学有疑问，提桶的力为什么不包括水重?我布置学生课后自己设计实验去探究，并让学生在课堂上将探究结果加以演示：取一小铁桶，将它直立于水中，记录下弹簧秤提桶的力的大小，然后再将小桶的口朝下，会发现弹簧秤提桶的力大小不变，说明了将桶直立于水中，提桶的力不包括水重。这个小实验很有说服力，加深了学生对阿基米德原理的理解。

　　5.开展课外活动，体验科学探究

　　课外活动是物理课堂教学的延伸和补充，是学生将物理知识应用于实践的重要途径。当学生完成规定的学习任务后，教师更应鼓励学生自己选择课题进行探究，以满足学生的个性发展需要。

　　在课外活动中，我校开放了实验室、图书馆、校园网等探究性场所，使学生能根据探究需要进行实验操作、资料收集和信息处理。初中物理课本中有32个小实验，在老师的引导下，学生在实验室利用自制仪器，自制潜水艇、针孔照相机、潜望镜、完成了纸锅烧水等小实验。有的小组自制仪器非常巧妙，指出书本上实验的不足，并加以改进，如改进了磁极间的相互作用规律、焦耳定律等。对那些富有创造精神的作品，我及时向学生推荐，让作者为老师同学表演，并将实验情况写出报告，组织评比，引导他们不断推陈出新。曾经有学生用可乐塑料瓶做“浮沉子”，实验效果很好，其他学生看后觉得有趣味，纷纷模仿制作，有的还进行了一些改进，使之变成精美的玩具，一旦成为玩具，更容易促进学生“玩”进物理世界，“玩”出学习方法及趣味。

　　总之，改革物理实验教学，培养学生科学探究能力，不仅有利于国家《科学课程标准》的贯彻落实，而且有助于培养学生分析、概括能力和应用科学知识解决问题的能力，培养科学探究精神和严谨的科学态度，使学生真正体验科学的奇妙和伟大，并不断在探究中提高、发展和创新，成为适应今后社会高速发展的开拓型人才。