中学物理探索性实验的教学模式初探

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1、 中学物理探索性实验的教学模式初探中学物理探索性实验的教学模式初探摘要：物理实验及其教学是物理课程和物理教学的重要组成部分。本文对比现行中学物理实验的教学模式，针对性地提出探索性实验教学模式，并把该模式的课堂教学部分具体化，配以案例说明。关键词：探索性实验 教学模式1.引言如何有效地利用学科教学的主渠道培养学生创新精神和实践能力，这是当前有关学科教学的探究中形成的一个热门话题。对实验性较强的物理学科而言，实验教学可作为创新教育的切入点，因为研究物理科学最基本的方法是观察和实验，实验不仅能培养学生的动手能力、观察能力、思维能力和创造能力，而且能培养学生实事求是严肃认真的科学态度和科学研究方法。为

2、了正确认识物理实验教学在物理教学中的地位和对学生发展的关键作用，关于中学物理实验教学的研究就显得尤为重要。2现行中学物理实验的教学模式分析现行中学物理实验的教学模式可大致分为三个阶段。1.准备阶段：使学生弄清实验目的、内容及其有关的原理，了解实验仪器及其使用方法，做好实验记录的准备工作。2.操作阶段：学生按照实验步骤进行实验操作，观察实验现象，获得实验数据，教师指导学生操作，注意避免和协助学生排除实验中出现的故障。3.总结阶段：对测得的实验数据整理归纳，去伪存真，实事求是的分析实验结果，完成实验报告。图 1 是其教学模式图。学生 明确目的 实验操作 处理数据行为 熟悉内容原理 观察现象 分析结

3、果了解仪器 获得数据 完成报告 准备阶段 操作阶段 总结阶段 教师 准备仪器 指导操作 批改报告行为 图 1现行中学物理实验是在实验前将实验原理、实验步骤、实验器材等等全部呈现给学生，学生在实验过程中无需探索研究，只需按部就班，学生在实验时，没有问题情境，没有以实验本身为诱因的认知需要，实验没法激发学生的探究欲，没有让学生体会科学研究的过程，无法培养学生的科学态度和科学精神。而且，实验只为学生提供唯一的实验方案，要求学生达到统一的标准，限制了学生思考的自由空间，不能发挥学生主体的创造性。3探索性实验的教学模式3.1 教学模式探索性实验是指学生围绕一定问题，在教师的指导下，设计实验方案，并反复研

4、究实验方案，通过一个或几个实践过程，最终得出一定结果，解决一定问题，以发展学生创新能力和态度的一种学生主体性教学活动。探索性实验体现兴趣培养和适应合作学习的需要，自主设计和完成，在探索实践活动中培养学生创新精神和实践能力。探索性实验实际上属于研究性学习内容的一部分，它的教学模式有着探究式教学的特点。结合探究式教学模式和物理实验特点，充分发挥探索性实验的功能，本文提出探索性实验的教学模式（如图 2） 。教师 收集处理反馈信息 组织协调 营造气氛 因势利导 提供条件行为 编写实验导学 点拨指导 评价指导 归纳总结 答疑反 准备实验阶段初步实验阶段深入实验阶段终结实验阶段完善实验阶段 馈 学生 认真

5、阅读实验导学 自由思考交流 设计验证观察 交流探索 补习完善行为 进行自学研究 共探实验方案 如实记录分析 得出结论 探索提高辅助 提供相关资料 合理安排 实验仪器设备 鼓励促进 开放实验室手段 加强指导 学生实验分组 相关参考书 图 21.准备实验阶段这是该模式的起始环节，学生课前向教师提出感兴趣的问题，教师收集处理反馈信息，并根据教学需要确定探索性实验的题目，编写一分质量较高的实验导学。实验导学包含以下几方面的内容。 （1）探索性实验的题目，研究的问题。 （2）明确提出探索性实验的目标任务。 （3）给学生课前自学研究以引导。实验导学在实验课前两、三天发给学生。学生在实验课前认真阅读实验导学

6、，明确探索性实验的目标任务，结合自身情况复习相关知识，并积极思考研究，为课上的小组实验作准备。2.初步实验阶段这个阶段是实验的开始，教师简明扼要地引入新课，明确地提出研究问题及其目的要求。激发学生兴趣、求知欲，为指导学生进行探索营造良好的心理氛围。学生根据自愿原则，2 至 3 人组成一个实验小组。小组成立后，各组员根据自己课前研究思考情况相互交流讨论，其后教师引导学生对讨论加以总结，寻找实验中关键之处。根据讨论结果，小组确定一个总体实验方案。研究过程中有小组讨论无法解决的问题，可以向教师反映和教师进行讨论。如果是普遍问题，教师应保留问题待全班讨论时在做研究。这一阶段的探究，主要是让学生在自学研

7、究的基础上，通过小组讨论对研究的问题有一个更清楚全面的认识并确定实验大致方案。3.深入实验阶段这一阶段是整个探索性实验的关键。小组成员根据待研究的问题，提出解决问题的实验方案，实验方案可能是多元化的也可能是单元化的。所谓多元化即围绕一个实验研究问题，将其分解为若干子问题，设计一系列实验方案一步一步解决问题。对于多元化的实验方案，需要在进行实验方案总体构思后，进行局部实验设计，再进行局部实验的细节设计。而所谓单元化即围绕一个实验研究问题只需要设计一个实验方案。对于单元化的实验方案，则在进行实验方案总体构思后，直接进行实验细节设计。设计的内容包括实验原理，实验器材、步骤、注意事项等。方案设计好后，

8、教师要和学生一道对实验方案进行评价。各小组组长上台简单介绍本组实验设计方案，针对不同的实验方案，学生可以提问讨论，指出各个方案的优缺点。教师对学生未发现的问题加以补充。实验方案讨论以后，各小组针对自己组的实验方案调整改进，然后开始按实验步骤作实验。观察实验现象，记录实验数据。对实验中出现的问题，先在组内讨论思考解决，如实在解决不了可以要求教师参与到小组讨论中，师生共同探讨解决。有时实验方案在实际操作上会出现一定的问题，有时与预期效果不太一致，则都需要及时调整实验方案，重新实验。学生实验后，得出系列实验数据。对于教师来说，在评价实验方案时，要调动学生的积极性，不是教师讲，学生听，教师教，学生学，

9、应在民主的气氛中师生平等共同探讨。有时学生可能提出一些各种各样的问题，教师千万不能批评学生“离奇古怪” ，而应充分肯定他们独到的见解，鼓励保护学生的创造意识，为培养学生的创造能力服务。 4.终结实验阶段学生得到系列实验数据，并开始尝试在数据中总结结论，当然学生的方法各异。较快完成实验的小组，在等其他组完成实验时，组里成员可以对照实验问题进行进一步回顾和思考，为下一阶段全班性的总结交流作准备。在三分之二以上的小组完成实验以后，教师引导全体学生进行总结。各个小组将各自小组的数据处理方法由组长为代表作一个简单介绍，并说明实验研究的结果。教师再次引导学生讨论各种实验数据处理方法，帮助学生找出对于该实验

10、最优的数据处理方式，得出正确的实验结论。最后教师作整体总结，总结从下面几方面进行。 （1）从知识学习的角度：要让学生回顾知识是如何产生与发展的；要让学生回顾与所学实验方法相对应的物理事实；要让学生去领悟不同实验方法最本质的特点。（2）从研究方法的角度：要让学生去领悟实验研究的总体思路；要让学生去领悟实验研究过程中的物理思想和方法。总结使学生从设计到探求出结果的整个过程中提高认识。5.完善实验阶段探索性实验课结束以后，对于课上遗留的个别问题，同学之间可以交流讨论，也可以与教师共同讨论。有兴趣的学生还可以对实验内容进行更进一步的研究和拓宽。教师为学生提供开放实验室，满足学生的需要。根据探索性实验的

11、教学模式，将其实验教学课堂教学部分具体化，如图 3。对于单元化和多元化的实验方案在实验过程中有所差别。明确实验目的要求学生初步 分组 实验 学生交流讨论自学结果阶段 师生共同探讨实验关键决定实验策略总体构思确定局部课题深入 局部实验设计 多元化 单元化 实验细节设计实验 实验细节设计阶段 师生评价实验方案学生调整方案实践操作终结 获得实验数据并处理实验 师生共探实验结果阶段 总结整个实验图 3现以探索性实验“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”为例，对探索性实验教学模式加以说明。3.2 教学案例研究弹簧振子的周期和小球质量的关系（在学习了简谐振动的知识后，学生不知道弹簧振子的振动周期和小球质量

12、的定量关系，可以确定以研究弹簧振子的周期与小球质量的关系为主题的探索性实验。 ）2.2.1 准备实验阶段1.教师根据实验的具体情况编写一份实验导学，内容如下：第一 实验的题目“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系” 。第二 实验的任务和目标。 （1）说出弹簧振子的运动特点（2）初步确定弹簧振子的振动周期与小球质量是否有关系（3）设计实验确定它们之间的关系（4）评价你的方案的优缺点（5）具体操作实验，得出你的结论（6）对所研究的内容作一个回顾和总结。第三 请你从以下几个方面来准备：（1）复习相关简谐振动的物理知识：简谐振动的定义、运动特点等。 （2）熟悉数据处理的多种方法。 （3）熟练使用实验器材

13、，如天平，秒表等。（实验导学在实验前两三天发放给学生。要求他们认真学习实验导学的内容，并按自己的情况复习回顾有关知识，也可借助图书馆查阅相关资料，并进行自学研究。 ）2.学生根据实验导学进行自学研究。2.2.2 初步实验阶段1.实验开始时，教师简单地引入研究实验的课题“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系” ，并向学生明确实验的要求，即通过实验得出弹簧振子的周期与小球质量之间的定量关系。学生根据自愿 2 至 3 人组成一个小组，并推荐小组长。各组员结合自己课前研究情况交流讨论，相互补充，共同提高。教师巡视教室。2.讨论一段时间后，教师引导全班学生共同总结讨论结果。对学生争论的焦点问题加引导，寻找

14、本实验主要的关键问题。学生争论的中心问题有以下几个：其一，确定物理量之间的定量关系的研究方法；其二，弹簧振子装置的选取；其三，测量周期的方法；其四，小球质量选取。3.总结讨论结果之后，各小组初步拟定实验方案，对实验进行总体构思。选用不同质量的小球，测出不同弹簧振子的周期，通过实验数据的处理总结，找出 T 与 m 的关系。 （附学生设计的数据记录表格表 1）表 1小球质量 m（千克）振动次数 n 测得时间 t（秒）周期 T（秒）周期的平均值 T （秒）1 2 3 2.2.3 实验深入阶段实验总体构思以后，小组根据讨论结果，开始从三个方面来设计实验中的具体细节。（1）弹簧振子装置的选取。可以取水平振动方向的装置，也可以取竖直振动方向的装置。 （附学生选择的几种装置如图 1、图 2、图 3）（2）测量周期的方法。学生采用测量多次振动周期后的时间，然后进行计算；测量位置学生出现在振幅最大处测量和在振幅最小处测量两种选择。（3）选用的小球质量的范围。可能普遍偏大可能偏小。2.各个小组都已设计好实验方案，教师引导全班师生共同讨论各种实验方案。各小组在实验的总体构思上没有出现太大分歧，教师肯定大家构思的正确性。但在实验细节设计上有差异性，教师跟学生一起针对设计细节逐个进行讨论。一定要注意讨论中充分调动学生的积极性，教师只是因势利导。讨论结果加以总结。图