如何在实验课上开展科学探究

来源:用户上传      作者: 林国强

　　中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)07-0124-02
　　
　　轰轰烈烈的新课改在我校进行到现在已经快一个年头了，其间学校组织过多次针对课改新理念的学习与讨论，新课程标准的学习，以及教育专家的讲座辅导，还有公开课和开放周，对大多数教师来讲，教育理念得到了更新，也提高了教师的教育理论水平。
　　作为一名一线的物理教师，经过近一年探索和尝试，我总结了一下自己对新课程的一些理解和经验。物理实验和科学探究不仅是物理教学中的重要内容和学习方式，而且是物理教学中的教学目标。这里我就以一节物理实验探究课《向心力的大小》为例讲解一下实验探究课如何来开展。实验探究主要分成几个步骤展开：
　　
　　1 提出问题
　　1.1 能发现与物理学有关的问题。
　　发现问题是提出问题的前提，只有发现了问题，才可能提出问题。在高中物理教学中要发展学生提出问题的能力，应该从两个方面入手：一是养成仔细观察的习惯，善于捕捉新现象；二是不断地把新现象和自己的认知相联系，增强质疑的意识。
　　1.2 从物理学的角度较明确地表述这些问题。
　　明确表述所发现的问题，不仅使探究问题的内容有一个明确的主题，而且也使别人对该问题的核心有一个初步、大致的了解。
　　通过已前讨论、分析,使学生初步认识到做匀速圆周运动的物体一定受到向心力的作用。向心力指向圆心、方向不断变化.向心力的作用效果只改变运动物体的速度方向，不改变速度大小。
　　实验探究要求给学生提供真实而完整的问题情景，使学生产生认知上的需要，给学生亲身经历一个发现问题，解决问题的探究过程。这里通过学生分组实验：弹簧拉着铁球在光滑桌面上做圆周运动，体验向心力的存在，并通过动画模拟再现情境。
　　【让学生自己发现问题、提出问题】
　　向心力的大小与哪些因素有关？
　　这节实验探究课通过定性实验,让学生体验、猜测向心力的大小可能与哪些因素有关。
　　给每组学生提供用细绳联结的钢球、木球各一个.让学生拉住绳子一端，使小球在桌面上做圆周运动（尽量保持匀速），体验手的拉力大小（即向心力的大小）。自行改变实验条件，多做几次，猜测向心力大小可能与哪些因素有关？
　　
　　2 猜想与假设
　　2.1 对解决问题的方式和问题的答案提出假设
　　2.2 对物理实验结果进行预测
　　猜想与假设是科学思维的一种形式，是对所研究的问题根据已知事实材料和科学知识作出的一种猜测性陈述，对问题中事物的因果性、规律性作出的假定性解释。
　　【预测猜想】
　　学生通过观察和讨论：猜测向心力的大小可能与下列因素有关：
　　2.2.1 运动物体的形状
　　2.2.2 运动物体的质量
　　2.2.3 运动物体离圆心的距离
　　2.2.4 运动物体转动的快慢
　　2.2.5 运动物体的体积
　　在学生定性实验的基础上，引导学生探索、猜测出向心力的大小可能与m、ω、r等因素有关。
　　要发展学生猜想与假设的能力，就要增强学生应用自己的原有认知来审视所面对的事实的意识，学会仔细观察、分析事实，并在其中寻找跟原有经验和知识中相似的特征，尝试用自己的知识和经验对它作出解释。
　　
　　3 制定计划与设计实验
　　3.1 知道实验目的和已有条件，制订实验方案
　　根据探究假设来确定实验目的，根据实验目的来思考实验的原理，按照实验的原理，来设计实验的程序和步骤，这是构思实验方案的基本线索。
　　3.2 尝试选择实验方法及所需要的装置与器材
　　3.3 考虑实验的变量及其控制方法
　　【实验原理】
　　使物体做圆周运动所需的力叫向心力。向心力的大小与物体的质量、角速度的平方、半径成正比，即F= mrω2 。
　　【实验器材】向心力演示仪
　　【实验方法】控制变量法
　　【实验步骤】
　　3.3.1 用质量不同的钢球和铝球做实验，使两球运动的半径r和角速度ω相同.可以看出，向心力的大小与质量有关，质量越大，所需的向心力就越大。
　　3.3.2 换用两个质量相同的小球做实验，保持它们运动的半径相同。可以看出，向心力的大小与转动的快慢有关，角速度越大，所需向心力也越大。
　　3.3.3 仍用两个质量相同的小球做实验，保持小球运动角速度相同。可以看出，向心力的大小与小球运动的半径有关，运动半径越大，所需的向心力越大。
　　如果学校实验器材完善的话还可以通过定量实验，检验猜测的结论。学生通过感性认识知道了向心力大小与做匀速圆周运动物体的m、ω、r等因素有关，但它们间到底是什么数量关系,就必须进行定量的实验研究。可采用下列方案：（由于实验器材有限，在这节课我们只定性分析向心力的大小）
　　【实验器材】思迈Prodigy Lab 数据采集器、光电门传感器、力传感器、计算机、向心力实验器、铁架台等。
　　
　　4 进行实验和收集数据
　　观察是收集数据的重要方式，它是人们有目的、有计划地感知和描述客观事物的一种科学认识方法，是科学研究过程中的一种基本的认识活动。实验是收集数据的主要方式。
　　
　　5 分析与论证
　　5.1 对实验数据进行分析处理
　　5.2 尝试根据实验现象和数据得出结论
　　5.3 对实验结果进行解释和描述
　　通过实验探究实验：向心力的大小跟物体的质量m、圆周半径r和角速度ω都有关系。 可以证明，匀速圆周运动所需的向心力大小为
　　F＝mω2 r ＝ mv2／r
　　
　　6 评估
　　6.1 尝试分析假设与实验结论间的差异
　　6.2 注意探究过程中未解决的矛盾，发现新的问题
　　6.3 吸取经验教训，改进探究方案
　　7 交流与合作
　　7.1 能写出实验探究报告
　　7.2 在合作中注意既坚持原则又尊重他人
　　7.3 有合作精神
　　【课后思考】
　　回顾这堂课的教学，这节课能从物体做圆周运动的实例进行分析入手，从中引导启发学生认识到向心力的概念，并通过动手实验体验向心力。让学生亲自动手实验，调动学生参与探究学习的积极性，突出学生学习的主体地位，改变学生被动接受式的学习方式。创设实际物理问题情景，为学生创立“实践→认识→再实践→再认识”的解决问题的认识发展过程，逐渐形成正确的科学认识观。做到了学生能积极主动参与学习活动，乐于探究问题，进行交流合作来解决实际问题。
　　这节课也存在一些问题：由于学生知识水平和操作能力存在的差异，探究过程参差不齐，无法统一、控制教学进度。其次是教学时间难以把握。由于探究的知识和学生已有的知识和能力之间存在着一段差距，学生在实验过程中，碰到问题不得不停下来再思考讨论，走了不少弯路。我还担心，由于学生活动时间长，课堂练习的机会少，会不会造成教学质量下降等。
　　科学探究实验有助于启发学生的思维，加深学生对所学知识的理解，有助于开阔视野，培养创新意识和提高实践能力，还有助于引起学生对科学技术的兴趣，培养学生获取信息、加工信息的能力，所以我们应上好每一节科学探究实验课。

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