浅谈高中物理实验探究性教学

谢敏华

摘要：针对当前高中物理实验探究教学存在的一些问题，本文以高一《影响加速度的因素》（粤教版）一课的教学为例阐述如何更加有效地进行教学设计和探究教学。

关键词：高中物理；实验探究；探究教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)5(S)-0070-3

探究性实验是在假设的指引下获取支持或推翻假设的科学实证过程；是以实验为载体探究科学规律的过程；是在教师的指导下，学生运用已学知识与技能，把自己当作新知识的探索者和发现者，通过实验发现问题、解决问题，从而提高探究能力和科学素养的过程。

高中物理新课标指出，高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养其科学探究能力，使其逐步具备一定的科学态度和科学精神。

但是，目前在应试教育的影响下，物理实验的作用并没有被充分发掘，存在教师示范而学生模仿、重结果而轻过程等现象。许多教师认为“做实验不如看实验（录像），看实验（录像）不如讲实验”,很少动手做实验，有些根本不愿花时间从事实验教学，实验只被作为应付考试的工具。学生实验形成了“教师讲、学生做、教师示范、学生模仿”的教学，学生成为被动的接受者，以至于学生很少提出问题。大多数学生重结果而轻过程，为了得到期望的结果，甚至修改实验数据，这样就很难具备实事求是的科学态度和学会解决问题的科学方法，也很难产生主动探究的欲望和热情，学生的主体地位没有受到应有的重视，从而忽视了实验对学生科学思维方法和创新能力的培养。

本文以《影响加速度的因素》一课（粤教版）的教学为例，谈谈设计探究教学、进行教学改革实验的一点体会。

1 创设物理情景，对探究实验进行猜想和假设

恰当的课堂引入有着承上启下的作用，可以为新课和探究实验做好铺垫，使教师能更有效地开展教学。

新课引入：通过前面对伽利略的理想实验和牛顿定律的学习，我们已经知道，力是改变物体运动状态的原因。

问：那么，物体的运动状态改变是指哪个物理量改变呢？（速度发生了改变，包括大小改变和方向改变）

问：速度发生了改变又说明了什么呢？（产生了加速度 ）

由此我们知道，力是产生加速度的原因。因此，我们可以把“物体受到力的作用，运动状态怎样改变”这样的抽象问题转换成研究加速度与所受外力等物理量之间的关系。

问：那么，影响加速度的大小的因素是不是只有力的作用呢？我们探究物体受力与运动之间的规律的出发点是考虑加速度和哪些因素有关，请猜想。（学生讨论交流后，得出结论：由日常生活的经验不难猜想，物体所获得的加速度和物体的受力情况和物体的质量有关）。

2 明确实验探究目的，确立实验设计方法

每个物理实验都是围绕实验目的而精心设计的，包含实验方法的设计。许多实验方法具有启迪性和创造性，也有一定的规律。

问：要验证我们的猜想，需要探究哪些物理量之间的关系？（加速度a与合外力F、物体质量m三者关系）

问：a同时与F、m两因素有关，可用什么方法来确定三者关系呢？（控制变量法）

3 设计实验方案，展现实验思想

实验的实施方案是为了解决问题而设计的，我们不能采取简单的“拿来主义”，照方抓药、机械操作，而应该通过创设问题情境，有意识地营造一种探索的氛围，尽量展现实验的设计过程，以此来渗透物理实验思想，启迪学生思考。

在提供实验器材后，可以先提出以下几个问题，引导学生自由选出所需器材，并设计实验。包括实验目的、实验器材、实验步骤的设计。

讨论与交流：

①如何测量加速度？有什么方法？

②如何确定物体所受的合外力？

③怎样改变物体质量而保持合外力不变？

④怎样改变物体的合外力而保持物体的质量不变？

⑤加速度与合外力都是矢量，在记录时还应该记录其方向。如何记录？

⑥实验都有误差存在，如何减小误差？

4 拓展实验内容

物理规律的表现形式是多层次、多侧面的，各种物理现象也是丰富的、立体的，但教材提供

的实验方案却往往着眼于单层次、单侧面的实验内容，因而有着一定的局限性或单调性。为此，有必要对原有的实验内容和方案进行适当的拓展和补充，积极创设问题情境，尽量让学生能多层次、全方位地认识物理规律。

我们给学生如下的实验器材：附有刻度尺的带滑轮的长木板、木块、小车、细绳、秒表、打点计时器、电源、天平、钩码、弹簧秤、牛顿第二定律演示仪、刻度尺等。不限制学生的思维活动，让他们自由选出所需的器材，自己考虑如何使用所给器材进行实验，并设计实验方案等。

在学生讨论、提出方案的过程中，老师根据上述提出的问题进一步启发与点拨。

方案一：

实验器材：带刻度尺的长木板、小车、秒表。

讨论与交流：

①利用a=2s/t²间接测量加速度。问：操作时需要注意满足什么条件？（从斜面上由静止开始释放）

②分析小车所受合外力：F=mgsinθ-f。（f可以忽略）

③通过增减砝码改变小车的质量，F也将发生改变，要调整斜面θ让F保持不变。问：怎样简单而准确地进行调整呢？（利用弹簧秤直接读出）

④保持小车的质量不变，改变斜面θ而改变物体的合外力。

⑤加速度与合外力都是矢量，在记录时还应该记录其方向。（小车在斜面上做匀加速直线运动）

⑥实验误差主要存在于摩擦力f上，用小车（滚动摩擦）而不用木块（滑动摩擦），还要注意时间测量的精确度。

本方案也可用打点计时器测时间和位移。

方案二：

实验器材：带刻度尺和滑轮的长木板、小车、打点计时器、纸带、细绳、钩码。

实验装置如图1所示。

讨论与交流：

①利用打点计时器测量时间和位移，计算加速度。

②小车所受合外力近似为：F=mg（m是细绳所吊钩码的质量）。

③保持细绳所吊钩码的质量m不变，通过增减砝码改变小车的质量M。

④保持小车的质量M不变，改变细绳所吊钩码的质量m。

⑤同方案一中⑤。

⑥减小误差的方法：

a)为了克服小车所受摩擦力的影响，台面可稍微倾斜，使小车的重力沿斜面的分力与摩擦力平衡。

b)绳子的拉力更接近于所吊钩码的重力，应使钩码的质量m远小于小车的总质量M，且加速度不能太大。

方案三：

实验器材：牛顿第二定律演示仪。

实验装置如图2所示。

讨论与交流：

①利用演示仪的同时性，只需比较两小车的位移即可比较加速度的大小。

②③④⑤同方案二。

⑥减小误差的方法：调整轨道，平衡摩擦力，使小车近似做匀速运动。

这样，在追求既定目标的过程中，允许学生设计不同的实验方案，使学生有全局的观点，加深理解实验原理和相关知识，能掌握多种实验方法，同时学会处理一些实验问题，懂得取舍，在不同情况下善于分析，使学生 “方法和知识”的迁移能力得到提高，使学生的创新精神和创新能力得到有效培养。

5 优选实验方案，分析实验现象

让学生在不同的实验方案中优选并进行优化实验过程，大致意见采用方案三，然后进行演示实验。演示实验教学是培养学生观察能力的最重要途径之一。教师做演示实验时，除交代实验器材、实验目的外，更重要的是提出观察的重点，使简单的实验“观看”过程变为实验“观察”过程，以培养学生的观察能力。为使学生养成细致观察的习惯，培养他们的观察能力，教师应该在没有提出思考问题时让学生自由观察，待观察一段时间后，教师再让学生回答以上问题。当然，有部分观察细致的学生可能马上能回答，但肯定有部分学生由于观察方法不当，或观察缺乏针对性，无法当即得出结论。这时，教师可指导学生重新观察，这样做可以激发学生的求知欲，使其掌握正确的观察方法。

演示实验完毕后，要以实验现象为依据，创设问题情境，启发学生运用逻辑推理及归纳法对现象进行分析、综合、抽象和概括，透过物理现象寻找物理本质，帮助学生形成正确的物理概念或发现物理规律。

方案三：

①两小车质量相同，合外力相同，同时释放，同时制动。

实验现象：_______________。

实验结论：_______________。

②保持质量不变，改变物体所受的合外力，研究a与合外力的关系，同时释放，同时制动。

实验现象：_______________。

实验结论：_______________。

③保持合外力不变，改变物体的质量，研究加速度和质量的关系，同时释放，同时制动。

实验现象：_______________。

实验结论：_______________。

学生得到结论：

物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力一定时，物体的质量越大，加速度越小。

6 扩展实验成果

实验完成之后，不但要引导学生对实验进行分析、总结，并且要对实验进行恰当的拓展，尽可能扩展实验的成果，通过创设问题情境来借题发挥，从不同角度，用不同方法进行变式，克服思维定势，促进知识的迁移和运用。

讨论和拓展：

a)实验结果中是否一定要强调合外力？请说明理由。

b)实验中哪些物理量对探究结果有影响？

c)所有物体的重力加速度都是g，是否说明加速度与质量无关，是否矛盾？

d)战斗机追赶敌人的时候必须丢掉副油箱，为什么？

e)F与a是否正比，M与a是否反比？

这些新的问题再次激发了学生的热情，深化了学生对物理知识的理解，优化了学生的认知结构，对学生创新能力的培养也有一定作用。

由此可见，本节课不重在结果，而在于科学探究的思想和过程。学生们的积极讨论、奇思妙想，无不闪烁着创新的火花，这样的学习过程是人类了解自然规律的一般思维过程，对学生来说，是一次探究性实验的成功体验。

(栏目编辑张正严)