优化实验教学从探索性随堂实验中培养学生的科学探究能力

优化实验授课，从研究性随堂实验中培养学生的科学研究能力上海市桐柏高级中学金丽雯实验是物理学的基础，在物理授课中合理、合适地运用实验，可给学生学习物理创立一个优异的思想、学习环境，使学生能主动地获取物理知识和发展能力，促进学生科学质量和世界观的形成。中学物理授课必定以实验为基础，这是由实验自己特点及其在物理授课中的作用所决定的。新版《上海市中学物理课程标准》中（以下简称《标准》），物理实验和科学研究相同，是物理课程和物理授课中的一个重要组成部分。科学研究原指科学家们研究自然世界所用的各种方法。作为一种求知过程，也能够指学生们用以获取悉识、领悟科学思想、领悟科学方法，实现科学态度和科学精神而进行的各种活动。学生研究科学知识的过程和科学家所从事的研究活动和思想过程在实质上是相同的，都是经过正视新的问题和新的现象，经过收集资料，提出并考据假设来成立科学的知识，获取科学的方法和养成科学的态度。学生在研究科学知识的过程中所需要的能力（包括观察能力、实验能力，思想能力，想象能力，运用科学方法的能力，判断决策的能力，表达、交流、合作的能力等），在研究过程中得以表现和发展。科学研究的一般过程为：实验自己就是一种基本的科学研究方法。那么，怎样在实验授课中培养学生的科学研究能力呢？我们应努力创立实验条件，以新的方法去运用实验，用新的着力点去研究实验授课，打破以掌握知识为目的的传统授课方法；侧重学生的研究过程，将课堂授课与实验授课完满结合，形成研究性随堂实验授课。在教师的精心组织和指导下，学生经过亲自着手操作、观察现象、解析数据、归纳总结、考据反思、得出结论。这样不但能够充分调动学生学习的积极性和主动性，而且使学生的科学研究能力能够在此过程中得以培养和发展。几年来，我从以下几个方面经过研究性随堂实验，来培养学生的研究能力。一、将演示实验变为研究性随堂实验，培养学生科学研究能力物理授课中的演示实验是十分重要的，让学生对演示实验加以观察、解析、总结，这对成立清楚的看法、揭穿现象实质、培养学生观察能力和思想能力是必不能少的。但是，演示实验常常将学生至于“看”或“听”的地位，学生的实验能力，特别是着手能力得不到进一步提高。心理学研究表示：听能够记住10%的信息；看能够记住30%的信息；动手做能够记住90%的信息。因此，在条件赞同的情况下，尽量将一些授课演示实验改为学生随堂实验,变学生“看”,为学生“做”，这样能充分激发学生的兴趣，提高学生办理问题能力。比方：向心力是匀速圆周运动中的重要看法，向心力演示实验是引出向心力计算公式的基础。在条件赞同的情况下，我将此实验改成了研究性随堂实验：1．课前准备：在学习匀速圆周运动的线速度和角速度，研究同轴转动和异轴传动的问题时，将向心力演示器作为解析实例，研究在同一转动盘的不相同地址线速度之间的关系，传达带在变速盘不相同挡位左右盘角速度之比。2．课堂上提出两个问题思虑：1）猜想：向心力的大小可能会跟哪些要素相关？2）怎样经过此实验装置研究向心力与这些要素之间的关系？由于向心力演示器是首次与学生见面。当学生最后猜想得出向心力可能跟m、ω（v）、相关后，就开始着手于研究实验器材，熟悉操练器材，解析各部件的功用，并同时思虑：A.“当金属球放在横臂挡板边，变速盘转动时，小球碰到的向心力由什么来供应？”若是是演示实验，那么学生可能看不清楚器材构造，对标尺上的刻度反响了小球碰到向心力的大小这一看法的感觉就比较模糊，经过8人一组的学生随堂实验，学生经过亲手操作，很快就能理解挡板对小球的作用力与标尺刻度的关系。B.“依照此实验器材，你怎样研究向心力和相关物理量的关系？”学生拟定实验计划，运用“控制变量法”这一科学方法，依照自己对器材的解析，有的组谈论出用控制变量法研究向心力和m、ω、r的关系，有的组谈论出用控制变量法研究向心力和m、v、r的关系。学生在相互讨论交流和自行设计、操作实验的过程中，不相同组设计并得出不相同的方案，并设计表格（以下所示）也大体得出向心力与m、ω（v）、r的关系。这样做，不但增加了学生实验的机遇，而且培养了学生的实验操作能力，思想能力，表达、交流、合作能力等。同时也表现出科学研究过程的矫捷性，多样性。控制量操作结果1．控制____不变2．控制____不变3．____变化1．____________________________________2.______________________________________3.结论1：二、将考据性实验变为研究性随堂实验，培养学生的科学研究能力传统的学生物理实验大体可分为两类：一类是考据性实验，如“平抛运动”等，另一类是知识的应用性实验，如“测定电源的电动势和内阻”等。这两类实验都是在学生掌握相关的知识后进行的，因此，学生失去对实验的“奇特”和研究欲望。因此我感觉在授课过程中，某些考据性实验能够超前于知识授课进行，经过教师引导或点拨，让学生自己来操作、观察、解析和研究，使学生成为知识的再发现者而不是接受者。这样，不但能激发学生学习的主动性，而且能够使学生亲自体验与参加研究过程，有利于学生牢固掌握相应的科学技术和方法。比方：在《电磁感觉现象》这一节的授课中，把《电磁感觉现象》的学生实验改编成研究性随堂实验的形式。把“磁怎样生电”这一较难理解的问题，经过教师由浅入深，层层递进的引导，渐渐加大研究力度，使学生得出正确的结论。图1图3图2图4开始，绝大部分学生面对桌上的一堆实验器材毫无眉目，表达法拉第的实验(图1)启示学生，让学生理解电磁感觉现象是怎么回事。尔后，从实验渐渐惹起学生对于“产生感应电流的条件”的思虑。学生刚开始发现条形磁铁只有相对副线圈运动才能产生感觉电流（图2）。当我问道：“若是没有条形磁铁，依照桌上给出的实验器材，能够用什么来取代条形磁铁？”学生开始试一试用通电原线圈取代条形磁铁(图3)，渐渐发现当原线圈不动，经过打开（或闭合）电键；改变滑动变阻器滑片的地址；抽出（或插入）软铁棒等方法改变原线圈的电流，也能使副线圈中产生感觉电流。于是，他们自己修正了产生感觉电流的条件，认为是磁场发生变化才会产生感觉电流。我又问“若是磁场是匀强磁场，不能够变化，能不能够使线圈中产生感觉电流？”学生又开始进行谈论和研究实践。最后，当学生用线框在匀强磁场中切割磁感线(图4)，发现磁场不变，闭合回路在磁场中的有效面积发生变化，也能产生感觉电流时，才对产生感觉电流的条件闭合回路的磁通量发生变化有了最后的深刻认识。在实验过程中，学生发现矫捷电流计的指针会向不相同方向偏转，而且有时随着操作图通，指针偏转角度也会不相同，这一问题的发现，为本章的后续知识的学习打下了伏笔。学生的研究欲望也并没有由于这节课的结束而冷却下来。在教师的启示，点拨下，学生思想上经历了“提出问题猜想假设实验研究现象观察归纳解析得出结论”的研究过程，在享受实验成功的欢乐同时，科学研究能力获取进一步的培养和发展。实质操作中经历了“实践理论再实践”的过程，能够培养学生脚扎实地的科学态度和优异作风。三、引导学生自行设计实验，培养科学研究能力的灵便性和独创性学生的科学研究能力的培养不是一蹴而就的。在高中物理授课过程中，创立机遇让学生体验科学研究过程。经过引导，使学生依照实验目的和原理自行设计、进行、独立完成相关实验，不仅好有效地培养、锻炼他们的实验能力，而且在设计实验过程中，能够培养他们科学研究的独创性。授课过程中，能够配合章节的授课目的、主题，引导学生自行设计实验。《标准》中，“科学研究”有提出问题、作出假设、使用工具和收集凭据、办理数据和讲解问题、表达与交流这六个基本要素。由于条件的限制性，其实不是说每个内容都要由这六个要素组成。在详尽授课中，依照不相同的内容、章节、目标、要求，能够有所重视，也许只浸透其中的一项或几项要素。比方：在《气体》这一章的授课中，三个定律都是在实验的基础上得出的。利用这个主题，请学生做一次小小科学家，自行设计实验。让学生在明确研究目的和已知条件的情况下，思虑实验原理，拟定合适的计划，设计出合理的实验方案，确定研究所需实验器材和设备。在学习《查理定律》以前，能够要修业生依照密闭气体质量必然，体积不变的条件，设计实验来研究压强和温度的关系。在学生毫无眉目的情况下，先引导学生思：，怎样选择所需要的器材：经过温度计来记录温度，能够经过电热丝来加热改变气体的温度等。再引导学生思虑：怎样经过控制实验条件来达到实验目的。最初学生设计方案如图1所示。由于认识到要赌气体体积保持不变，因此应在活塞最初地址做出记号，进行纪录；当温度发生改变使活塞搬动后，经过叠加重物使活塞回到原来的地址（如图2），经过

计算出压强。经过谈论，学生发现：加物体很难实现任意温度都能正好回到原来的地址。于是有的学生决定，固定活塞，用金属压强计来测压强（如图3），也有同学想出了用U型管也能测量压强（如图4）。也有同学认为直接用烧瓶、烧杯也许铁罐子之类的密闭容器来取代气缸等等。就对于图4怎样使左管的液面回到原处，学生也谈论出不相同可行方案：有的认为能够在右管中滴入液体，可使左管液面回到原处；有的认为能够经过调治右管的高度来达到目的。在设计过程中学生提出了多个研究方案，选择不相同的实验器材，不但培养了学生的设计实验方案的能力，而且培养了学生科学研究的独创性和灵便性。经过此次设计，在今后的等压、等温过程的实验设计中，学生就已经驾轻就熟了。四、将研究性随堂实验向课外研究性学习活动发展，进一步促进学生科学研究能力的发展学习科学的过程应该是生动的，与生活亲近相连的，这样才能激倡导学生长远的研究热情。课堂终究不是真切的科学研究、科学研究的实验室。在课堂里，师生们所追求的目标与在实验室里科学家们所追求的目标也不尽一致。由于课堂授课在时间上和空间上存在限制性，开发课外研究性学习活动，使研究性学习称为课堂学习的延伸，对填充课堂授课的不足，激发情味、拓宽视野，进一步开发学生的科学研究能力大有补益。比方：在《气体》这一章的学习后，提出“估测压力锅内水的温度”的研究课题，获取课题后学生们设计了各种方案。有的认为改装压力锅，直接用温度计测量，但是这种方案不太符合实质。有人想到水的沸点与气压相关，这完好能够经过查阅资料来获取。于是学生们决定变换要测量的物理量，用计算压力锅中气体的压强来估测水温。课题确定后，学生分小组进行：有的负责查阅资料，研究水的沸点随压强变化的关系；有的找来不相同品牌及大小的压力锅，先测量出压力锅喷嘴的直径、限压阀的质量，再依照，求出水沸腾时的压强。最后小组资料汇总，得出结论。在活动中，学生进行了从直接测量水温到经过压强来测量水温的过程，表现了“巧妙变换”的测量思想，提高了确定研究课题的能力和设计实验方案的能力。学生经过各种不相同的路子查阅资料，不但提高了搜集相关数据、资料的能力，而且查阅的过程中，认识了第一只高压锅“帕平锅”的来历，拓宽了知识面。学生们先分头行动，再进行汇总，在相互交流的过程中增进学生间合作、交流能力。这些富饶挑战性的又与生活亲近相关的研究课题，使学生既游弋于研究的过程之中，又有方向、有目的地渐渐领悟到科学研究的智慧和方法，学生的科学研究能力获取进一步的促进和发展。综上所述，作为基础教育中的高中物理授课，在授课