探究性实验的探究

来源:用户上传      作者: 方祖国

　　[摘 要] 本文就探究性实验的直接运用、类推应用、组合变化和实验过程中的误差等四个方面，论述实验探究法教学在激发学生学习动机、兴趣及培养探究创新的科学能力、严谨求实的科学精神和科学方法等方面起到的独特功能，同时还对实验探究法教学提出了三个值得注意的问题。
　　[关键词] 实验 探究 创新 求实
　　
　　创新思维和实践能力的培养是新一轮课程改革的核心目标。新一轮课程改革强调以学生发展为本，注重学生的主动参与，关注学生的学习兴趣、个性和创造力，并让学生亲身体验到通过自身的努力获得知识的快乐。正如布鲁纳认为的那样：“知识的获得是一个主动的过程，学习者不应是语言信息的被动接受者，而应该是知识获得过程的参与者。”实验探究法教学就是让学生参与教学的全过程，对提出的问题先运用已有的知识进行分析猜想，然后设计实验来进行探究、验证、归纳整理、得出结论。教学流程表示如下：
　　提出问题→发动猜想→设计实验（验证猜想）→实验探究→归纳整理得出结论→做出评价
　　本文就实验探究法在课堂教学中的应用进行了一些探究。
　　一、运用探究性实验，初步培养科学探究的能力
　　在建立概念和认识规律过程中，运用探究性实验进行探究法教学，能激发学生对将要研究的问题产生强烈的求知欲，主动建构知识。仅以“阿基米德定律”的教学为例――
　　1.提出问题
　　先让学生观察静止在水平桌面上的木块，说明它由于受到重力和桌面的竖直向上托力的作用而平衡，然后把木块和事先准备好的自制小船放在水里静止时让学生观察。通过类比说明静止在水面上的木块和小船也受到重力和水的竖直向上托力的作用，找出共性，归纳概括出什么是浮力。接着，启发学生思考在水中下沉的物体是否也受到浮力的作用，并让学生自己做实验来验证。首先让学生观察在空气中弹簧秤挂上金属块后的读数G，再让学生观察金属块浸没在水中弹簧秤的读数G1，让学生领悟测浮力的方法。教师给出计算公式F浮=G－G1。教师由演示实验提出问题：用弹簧秤测出同一物体（部分浸入、浸没）在同一液体里受到的浮力可能不同，在不同液体里受到浮力也可能不同，影响浮力大小的因素有哪些？
　　2.学生猜想
　　根据学生的生活经验，发动学生猜想影响浮力大小的因素可能有：物体的质量、物体的密度、物体的形状、物体的体积、物体的放置方式、液体的密度、物体全部浸没后浸入液体的深度等等。
　　3.设计实验，确定实验方案
　　要求各组（四人一组）选择桌上所给的器材，讨论设计实验方案。仪器有：弹簧秤、细线、烧杯、500ML的量筒一只、带盖的空瓶、铁块（能放进空瓶）、水、煤油、体积相同的铁、铝圆柱体、橡皮泥、小的网袋、铁架台带附件。设计实验时引导学生注意：如何控制变量；如何设计实验的程序；设计记录的表格。
　　4.评价、讨论
　　随机抽查四组，并把设计的结果展示给大家，通过自评、组与组的互评确定最佳实验方案，同时引导学生设计实验记录表格，使得后续的探究有了明确的目标和内容。
　　5.实验探究、记录实验结果
　　（表中的实验物体浸没在液体中）
　　6.分析归纳，得出初步结论
　　结论：物体浸没在液体中受到的浮力大小与物体的质量、密度、形状、放置方式以及在液体中的深度无关，而与物体的体积、液体的密度有关。
　　为了真正找出影响浮力大小的因素，继续用实验探究“物体所受到浮力的大小与其排开液体的体积是否有关”。大致教学程序为：⑴教师指导学生实验，将挂在弹簧秤上的长条物体慢慢浸入水中；⑵观察：物体逐渐入水中，弹簧秤读数逐渐减小；⑶思维（分析）：物体排开水的体积逐渐增大，物体浮力逐渐增大；⑷观察得出结论：物体浮力的大小与排水的体积有关；⑸思维（分析）：实验对液体没有特殊要求，对其他液体结论也应如此；⑹实验结论：物体浮力大小与排开液体的体积有关，与物体体积无关。最后，按课本上演示装置进行实验验证，总结出阿基米德定律的文字内容及数学表达式F＝G排液＝ρ液V排g。
　　浮力及阿基米德定律在初中力学中既是重点又是难点，如果只知其然不知其所以然，就易出错。通过以上实验探究，不仅使学生对阿基米德定律建立的背景过程有所体验，从而真正理解和掌握了定律，也为以后几节课的教学（浮力产生的原因、物体沉浮条件）打下扎实的基础。
　　从实践效果来看，实验探究法不仅使得课堂变活，也有效地培养了学生的创新能力、动手能力、解决实际问题的能力和方法及团队合作精神，初步培养了学生的探究能力，符合新一轮课程改革的总目标。
　　二、利用类推性实验，培养不断追求新知的能力
　　深化和巩固知识的环节，利用类推性实验进行探究法教学，能培养学生运用实验验证知识和运用已有的知识探究新知识的能力。通过实验探究、分析、归纳得出阿基米德定律，那么阿基米德定律是否也适用于气体？在前面实验的基础上继续进行探究。具体程序如下：
　　（1）一只新的塑料袋罩在点燃蜡烛火焰的上方，松手后塑料袋向上浮起。再演示氢气球上浮的实验，揭示空气对热空气球和氢气球有浮力作用，并猜想：浮力是否等于排开的空气重？
　　（2）讨论设计近似验证空气产生浮力等于物体排开空气重的实验方案（略）。
　　（3）实验操作、计算（放在课外兴趣中进行）。
　　（4）归纳整理得出浸在空气中的物体受到的浮力也等于物体排开气体所受的重力。所以，阿基米德定律也适用于气体。
　　通过此类实验的探究活动，发展了学生对阿基米德定律的认知结构，特别是使学生在运用实验和已有知识去验证知识探究新知识方面受到启发，激发学生的认知冲突，使其思维处于高度自觉和主动的地位，给课堂教学注入了新的活力。
　　三、通过组合变异性实验，培养求异创新的品质
　　组合变异性实验就是让学生运用已掌握的基础知识和已知的实验重新组合，发散出或设计出多个设想或解决问题的方案，然后通过教师的指导、学生的相互评价，从操作的简繁、误差的大小等各种因素做出正确的评价。在科学知识应用的环节中，通过组合变异性实验进行探究法教学，能开拓学生的思维空间。
　　例如问题：有一个6伏的蓄电池，正负极标记已经不清，你怎样来判别出蓄电池的正负极？请你写出判别的方法和步骤。此问题解法多，思路广，能将教材中的前后知识有机巧妙地组合起来。学生设计出了八种方案（具体方法略）。
　　设计实验的组合变异教学，更是训练了学生的发散思维，提高了学生的求异创新素养。
　　四、探究实验误差，培养严谨求实的科学素养
　　不论何实验，由于受到实验方法、器材及偶然因素的干扰，实验结果总会出现一定的误差。指导学生分析误差的原因，掌握尽量减少误差的方法，对其今后在实际工作中全面细致地分析问题、考虑问题有着很大的作用。因此在条件允许的情况下，教师都应要求学生分析误差产生的原因，考虑减少误差的办法，教学中应针对学生实际情况，从如何选择实验到如何选择仪器，从实验过程的安排到误差分析和结果分析，进行有目的的指导。
　　五、实验探究法教学要注意的几个问题
　　1.实施条件问题。进行实验探究法教学是通过教师引导，师生共同讨论，设计并操作实验，发现新的问题，因此对师生的要求都比较高。学生要有一定的知识基础、思维能力和实验操作技能；教师要精心设计教程，善于引导，并具有一定的教学机智，否则会延误时间或探究失败。
　　2.教学环节。为了能在课堂上进行有效的探究活动，教师应精心设计探究过程的每个环节。
　　3.进行实验探究法教学要适时适度。实验探究教学基本目的就是通过问题的展示对学生进行深刻思维、灵活思维、创新思维、批判思维的培养，帮助学生在学习过程中认识、理解、掌握基本概念和规律。所以进行探究性实验教学应适时适度。在教学过程中，首先必须确立教师导学、学生自主学的观点；其次要明确教师的责任是要让学生无疑而生疑，有疑而思疑，思疑而解疑，解疑而能否生疑。
　　总之，通过初步探究与实践，我体会到，进行实验探究法教学，学生对探究的问题容易产生兴趣，思维活动也处于自觉和主动地位，能较顺利地实现教学目标的达成，使学生从中学到获取和运用知识的方法以及一些实验的设计方法，促进学生的发展。可见，课堂教学中应用实验探究法教学，是提高学生科学创新能力、科学素养和教学质量的有效途径。
　　
　　（作者单位：浙江省私立诸暨高级中学）

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