在实验教学中开展研究性学习

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　　以实验为基础既是自然科学的基本特点，又是开展研究性学习的重要途径。实验能创设参与实践的情景，并且有激发兴趣、获取知识、寻求真理、形成科学品质的诸多功能，它与研究性学习的“自主性、研究性、开放性、综合性、多样性、实践性”等特征一样都有利于培养学生的创新意识、创造能力。物理实验的过程本身就是科学探究的过程，物理学的发展与突破都取决于物理科学实验，研究性学习中离不猜想与假说，实验则为猜想、假说的验证提供了有力的科学方法。
　　研究性学习作为一种新型课程，它以非实验形态存在于各学科的课堂教学中。只有以学科课程为依托，才不至于使研究性学习陷入孤立境地，因此，在物理实验教学中开展研究性学习有着可行性和必要性。
　　
　　一、实验教学方式，提高学生的科学探究水平
　　
　　科学的核心是探索，教学中，引导学生通过科学探究去理解知识，学习技能，体验物理过程与方法，形成科学态度、情感和价值观，培养创新意识与实验能力，因此，应将实验教学作为科学探究的手段，让学生亲历科学探究的过程，从而学会科学研究的方法，培养科学探索精神与实验能力。科学探究由以下内容构成：提出问题；假设与猜想；制定计划；实验及收集证据；分析与论证；评估；交流与合作。下面以“平抛运动”的实验为例，说明按科学探究的要求，如何改变教学方式以提高科学探究的水平。
　　提出问题：水平抛出的小球为什么不一直飞出，而是一边前进、一边下落呢？
　　猜想与假说：水平方向不受力，作匀速直线运动；竖直方向只受重力，作自由落体运动。
　　制定计划：可以用平抛运动演示器，演示出平抛运动的确是水平方向的匀速直线运动与竖直方向自由落体运动的合运动。准确地揭示出了平抛运动的实质与研究方法。
　　实验操作与收集数据：教师给学生提供方案中所需器材，与学生一起进行实验，强调必须使斜槽末端的切线是水平的、小球必须从斜槽同一高度由静止释放。
　　分析与论证：组织学生通过实验描出平抛物体运动的轨迹，分析现象并开展讨论，得出科学结论：平抛物体的运动可以看做是两个分运动的合运动，即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。
　　评估、交流与合作：全班交流讨论，教堂评估与小结。
　　再比如，讲“摩擦力”这一切内容按“科学探究”的形式组织教学，可以用引导提出示法指出我们要实验的问题和目的：摩擦力的大小与哪些因素有关系呢？组织学生讨论，让学生猜想，为了研究这个问题，我们调整吊盘上的重物的重量，使木块在桌面上作匀速直线运动，这时绳子对木块的拉力就等于木块与桌面间的摩擦力，这时发现，必须增加吊盘上的重物，使拉力增大，木块才能做匀速运动。可见增大木块与桌面之间的压力，木块与桌面之间的滑动摩擦力也增大，学生就很自然地得出“两个物体间的滑动摩擦力f的大小跟这两个物体之间的压力Ｎ大小成正比”的结论，f＝μＮ。然后进一步得出滑动摩擦因素与两接触物体的材料和它们接触面的粗糙程度有关。
　　
　　二、改变实验条件，提高运用科学方法解决实际问题的能力
　　
　　教材中设置的诸多实验都是反复筛选、精心设计而成的，因而具有科学性、典型性等特点，完成这些实验的教学在达到中学物理教学目标上起着极其重要的作用。尽管如此，许多实验的条件、方法和结论都是预先的、现成性的，因而具有一定的封闭性和制约性，在拓展学生的思维空间，增强实验的主动性、选择性和创造性等方面存在不足。通过改变实验条件和方法，进行研究与探索，在某种程度一更符合与体现研究性学习的特点，会有利于研究性学习目标的实现，提高综合利用所学知识解决实际问题的能力。物理学家麦克斯韦的见解：“一项演示实验，使用的材料越简单，学生越熟悉，就越想透彻地获得所验证的结果。”说明了就地取材、简单的代替性实验同样也能起着独到的作用。
　　例如，在讲授“平抛运动”这一节的内容时，我们可以选择的演示实验比较多。如抛出的粉笔头、桌上滚落的玻璃球、水流的喷射、平抛运动演示仪等，其目的就是让学生从平常熟悉的现象中认识“平抛运动可以看作是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成。”这一规律，我们利用演示实验都应清楚地显示演示内容的本质特征。当然实验时要增强实验的器材条件是：摆线细而弹性小；摆球质量大、体积小而且质量分布均匀。如改变实验的“理想化”条件，选用平常生活中所用的棉线为摆线，它有微小的伸缩性，从身边找到体积大而且质量分布不均匀、形状不规则的石块作为摆球。从而使实验的条件“平常化”、“生活化”和“简单化”。然后收导学生进行实验探索，要求测出当地的重力和速度。在教师的引导与提示下，采用打结法测出两个周期T1和T2，并用刻度尺测出摆和缩短的长度ΔL,再利用g=4π2ΔL/(T12―T22)算出。
　　
　　三、开展实验课题研究，注重培养学生运用知识能力与创新意识
　　
　　在高中开展课题研究，是全面培养学生综合运用所学知识的能力，收集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力，语言表达能力以及团结协作能力的重要环节，这项活动有利于培养学生独立思考的习惯，激发学生的创新意识。教师对课题研究进行指导，但要避免给出具体的步骤和方法。要鼓励学生采用不同的方法，提出不同见解。
　　实验课题研究包括探索性物理实验、科技制作等，教师要根据不同学生的特长和兴趣向学生推荐，不能要求全班学生做同样的课题。而以往的学生实验，除了某些单纯的技能训练性实验外，主要是验证性实验和知识的应用实验，这类实验的前题都是认为学生已经掌握了所涉及的知识，实验的目的不是探索新的知识。比如“研究弹簧振子的周期和小球质量的关系”。实验的前提是学生不知道振子的周期和小球质量的定量关系，做这个实验时，学生在测出若干组数据后列表，在坐标纸上描点，作出曲线，用相应的函数表达这条曲线，如果再换其他几个弹簧做这个实验，还可以进一步解释函数式中参数的物理学意义，有些学生尝试作出Ｔ２和m的关系曲线，在这之后就会明确地得到周期与小球质量的定量关系。还比如：研究影响滑动摩擦力的因素、研究材料的保温性能、科普报告：从电冰箱到臭氧层、温室效应等也是这样的课题。

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