初中物理实验教学的探究思想

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  物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的科学,物理学实验是科学研究的基础,初中物理教学中,物理实验不仅能够提供丰富的感性材料,帮助学生理解物理现象和物理规律,而且能够提供科学的思维方法,训练学生的操作技能和创新思想,加深学生对物理基础知识的认识程度,激发学生的学习兴趣和求知欲,培养学生探索世界的能力,物理新课程提倡学生学习的“自主、合作和探究”,要求用探究性的思想处理实验问题。
  1 物理教学中的探究思想
  美国教育家施瓦布是探究教学的发起和传播者,施瓦布认为,学生的学习过程类似于科学家的研究过程,学生的学习需要经历探究问题的过程,感悟知识的产生、形成为发展,得到知识的同时训练思想,接受科学价值观和科学方法的熏陶,开发创新能力,教师将知识作为预先确定的东西呈现给学生,要求学生无条件接受,不利于学生对知识的认识和理解,无助于学生处理问题思想的形成和发展,教师要关注学生如何在原有知识、经验基础上,构建起新的更完善的知识和经验体系,从而把握解决问题的过程,探究性思想强调学习过程中,学生自主获取知识,体验科学的过程和科学思维方向。
  物理学作为一门以实验为基础的自然科学,动脑思考、动手操作是学科研究的基本特征,探究思想渗透到实验教学,强调引领学生感受实验情境、经历实验过程,通过提出问题、假设与猜想、设计实验、动手操作、分析得出结论、交流讨论等环节,明晰实验原理和过程,把握实验思想和方法,培养创新意识和能力,沪科物理新教材8年级共安排探究性实验26个,苏科物理新教材8年级共安排探究性实验67个,体现初中物理课程“提高全体学生的科学素质”培养目标,课程标准的内容标准由科学探究和科学内容组成,随着新课程的全面展开,科学探究的思想越来越显示其强大的生命力,科学探究既是物理课程的目标,又是物理教学的重要内容,更是学生掌握物理知识的方法。
  2 探究思想对传统物理实验教学的影响
  传统物理实验教学的终结性目标很强,均属于验证性实验,实验教学由理论讲授、动手操作、问题训练三个阶段完成。
  理论讲授阶段,教师讲解实验原理、实验要求、实验步骤、实验操作注意事项,给出所用的实验器材,对专用器材的使用方法进行规范,要求学生从理论层面熟悉实验操作的全过程,明确所要观察的现象,设计好记录数据的表格,实验数据可能出现差错的原因及避免方法,动手操作阶段,学生按照老师预设的实验步骤进行操作,获得的实验数据基本与给定的结论相符,略有出入便会被舍去,问题训练阶段,学生解答教师针对实验过程所编制的习题,强化实验步骤、注意事项的机械识记,掌握实验数据的处理技巧和实验结论,能正确分析实验误差产生的原因等等。
  验证性实验教学,与实验相关的思想与行为均被转化为知识,要求学生强性识记,实验过程中真正由学生自己探索问题、解决问题、总结实验观点、实验结论的太少,学生经历实验过程虽然也可以获得知识,但掌握的知识难以巩固,不是学生的直接经验,更缺乏问题生成,实验过程不存在知识的探究过程,学生主动学习很难体现,更谈不上学会学习,结果导致实验在教学中的地位被逐渐淡化,无助于培养学生的科学素养,调整学生的知识和能力结构,学生的综合素质得不到发展。
  探究性思想以其思维的递进激发学生的好奇心,以其探究的自主性呵护学生的创新意识,用探究的思想处理实验教学,探究性实验注重学生自主动手能力的开发,生动形象、形式多样,蕴藏着非常活跃的积极因素,能开放思路,训练思维空间,活化知识结构,增强理解力,为学生的个性发展拓展空间、夯实基础。
  验证性实验教学忽视新知识本身所蕴藏的潜在价值,对新知识的组织形式和呈现方式探讨不够,不能够从情感上充分调动学生学习的兴趣,大大削弱了学生学习的主动性、积极性和创造性,以实验作为探究思想的载体,充分体现学生学习中的“自主、合作、探究”的主体地位,引导学生运用已有的知识技能,通过实验亲自体验发现问题、探究问题和解决问题的过程,获得成功的经验和失败的教训,逐步累积成就感,达到激发学生研究问题的兴趣和积极的学习动机,给学生构建一片可以自由飞翔的学习空间,使教学不在仅仅局限于科学知识本身,还可以揭示其中的科学思想和科学方法。
  探究性实验教学要求教师改变传统的“以讲代做,以教代学”的教学策略,学习是学生自己的事,教师不能包办代替,实验教学要打破“实验目的一实验原理一实验器材一实验步骤一验证结论”的机械模式,采用科学家探究问题的“提出问题一猜想假设一制订计划和设计实验一进行实验和收集证据一分析和论证一评估一交流与合作”新思路,强调学生经历探究新知的思维过程和获得新知的体验,为学生真正把握知识提供足够的直接经验,实现结果和过程要求并重,更好培养学生的科学素养。
  3 初中物理探究性实验指导研究
  3.1验证性实验的探究
  验证性实验是既有给定的实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤和可能的结论的动手操作过程,验证性实验教学要求学生理解实验原理,按照教师预设的实验过程完成经历实验过程,如光的折射实验教学,验证性实验教学首先给出光的折射所遵循的规律一光的折射定律,然后展示准备好的器材,要求学生利用准备好的器材动手操作,证明光的折射定律是正确的。
  探究性实验思想,要求光的折射实验教学经过的探究过程是:(1)观察光射到两种透明介质(如空气和玻璃)的分界面时发生的折射现象,改变入射光线的方向,观察到折射光线的方向同时发生变化,由此提出问题一光的折射有什么样的规律?(2)借助研究光的反射规律的经验,对与光的折射有关的概念进行界定,同时明确探究的方向——研究折射光线与入射光线、法线间的关系,折射角与入射角间的关系;(3)选择实验器材(测量工具),设计实验方案——制定实验步骤;(4)动手实验,收集实验数据;(5)分析实验数据,得到光折射遵循的规律;(6)合作交流,评价实验过程、实验数据的科学性,实验过程注重彰显学生的自主性,关注实验思想一“多次实验总结规律”的渗透,实验过程的每个环节,教师提出有针对性的问题进行引导,以激发学生的创新思维,发展学生的好奇心,而不是告诉学生的具体做法或结论,为学生创设思考的平台,学生边实验边思考,而不是单纯硬套、照搬现存的结论。
  3.2探究性实验的指导
  苏联心理学家维果斯基的“最近发展区理论”认为,学生的发展水平有两种,一种是现有水平,指独立活动所能达到的解决问题的水平;另一种是可能的发展水平,也就是通过学习所获得的潜力,两者之间的差异就是最近发展区,教师的指导作用应着眼于学生的最近发展区,为学生提供带有难度的学习内容,调动学生的学习积极性,发挥其潜能,超越其最近发展区而达到其发展的水平,然后在此基础上进行下一个发展区的发展。
  教师对探究性实验的指导,就是建立符合学情的最近发 展区,学生探究性实验课题与所学习的知识紧密联系在一起,教材中对探究性实验从问题的提出到交流讨论分析实验数据,均会给出指导性的意见,但是由于课堂教学所面对的学生,思维层次、学习习惯等均有较大的差异,所以教学在指导学生进行实验探究时,一定要密切联系学生的学习实际,针对探究的每一个环节,给出符合学情的引导性问题如物质的密度一节,探究物体的质量与体积之间的关系时,教材明确给出探究课题,并且借助“测量一个金属回形针质量”的实验,提出质量与体积成正比的猜想,但由于思维水平的差异,学生在设计实验方案时存在两方面需要指导的问题,其一是由“同种物质组成的不同物体,体积越大,质量越大”,想到“物体各自的质量与体积的比值”,进而提出该比值可能相同,其二是将“质量与体积的比值”与单位体积的质量等同起来,教师在指导这类问题时,既不能轻易地将结论告诉学生,更不能强调探究的自主性,放弃对学生进行指导,教师要通过设置符合学生“最近发展区”的问题进行铺垫和引导,让学生体验到挑战性和创造性,获得成就感。
  学生动手实验时,教师要关注学生规范使用托盘天平和量筒,讨论“向量筒里加入适量的水”中“适量”的含义;处理实验数据时要渗透多次测量、通过比较发现物理规律的思想;引导学生学会准确读数、正确记数、科学分析实验数据,这样学生经历实验过程,才能感悟探究实验的内涵和其中蕴藏的科学方法,提高实验素养。
  探究性实验构建的是学生自主学习、合作学习的平台,追求的教学目标是让学生获得理解知识的实践经验,达到科学素养的培养,既不能为探究而探究,也不能将实验探究全部交给学生,忽视教师的指导作用。
  3.3探究性实验的开放性
  探究性实验的开放性包含两方面含义:其一是实验探究的七要素,不是所有探究过程均必不可少的,“交流合作”、“分析论证”等可在任何阶段发生;其二是实验探究每一环节的开放度可因学生的水平层次,做不同程度的自主性开放,从探究课题的选择和确定(问题的选取或生成)、实验方案的制定、实验的操作与结果的分析处理,到结果的总结、交流和展示,均可以给学生以很大的自生性,比较长的探究时间,教师在帮助学生明确探究课题的基础上,可允许学生组成不同的合作小组、选用不同的实验器材、拟定不同的实验步骤进行实验,在实验中,学生需要动脑思考,对与实验有关的多种因素进行取舍,对所得到的信息进行筛选,教师要指导学生在确定的目标下有全局观点,要善于妥协,学会合作,在不同的情况下提出有针对性的处理方法,培养学生的应变能力,促进学生分析能力、抽象概括能力和结合实际的表达能力的发展,如学习摩擦力知识,要求学生综合日常生活中对摩擦力的认识,探究影响滑动摩擦力大小的因素,可组织学生以课外兴趣活动小组的形式,利用课余时间展开,时间可以是一星期或一个月,要求各兴趣小组写出实验探究报告,然后进行讨论和交流、展示和总结,探究过程学生获得充分的动脑、动手和动口机会,主体作用得到充分发挥,从而有利于激发学生的创造性思维,调动学生的好奇心、个性和自主性,增强主人翁意识,实现由被动接受知识到主动获取知识的转化。
  总之,探究性实验教学对学生思想、行为的训练作用是不言自明的,引领学生亲历探究过程,感悟知识获得过程中的喜怒哀乐,形成学生的自主、合作、探究的良好学习习惯,能提高学生的物理素养和学习物理的兴趣,调动学生学习的主动性、积极性,充分发挥学生的主体作用,为学生的可持续发展奠定雄厚的基础。
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