物理教学中深度培养学生的实验探究能力

摘 要：《义务教育物理课程标准》中指出，在义务教育阶段，物理教学不仅要注意学科知识的传授，更应该注重科学探究能力、科学精神的培养.因此，教师在物理教学过程中，在传授理论知识的同时，要深度挖掘教材内容，让学生自己动手进行深度的探究，使知识内化，从而提高学生的科学素养.
关键词：深度；能力；科学探究
作者简介：修金文（1983-），男，福建长汀人，大学本科，中学一级教师，研究方向：物理课堂教学.
在物理教学过程中，教师除了讲解教材涉及的理论知识，更重要的是营造宽松的教学环境，深度的培养学生的实验探究能力.要达到这个目的，对教师提出了更高的要求：必须要精心设计科学问题、引导学生学会正确的进行猜想、简单的故障排除、收集处理数据、对所做的实验进行评估，以及实验的改进和课外拓展.
1 案例一：电阻的教学
教材中引入电阻的概念是用水在水管中的流动会受到阻碍，类比得到，导体存在电阻.笔者认为，这样引入新课过于抽象，很难激发学生的学习兴趣.笔者是这样处理的：让同学们利用电子百拼，按照使用说明，先连接一个报警电路（如图1）.当学生连接成功后，闭合开并，电路发出报警声，小灯泡同时发光，这时学生的视觉、听觉受到强大的冲击，好奇心一下子被吸引，接着让学生把其中一根导线换成铁线，重新闭合开关，这时会发现报警声减弱、灯泡也随之变暗.这样让学生很自然的知道是该现象产生的原因是导体存在电阻.
在猜想与假设阶段，可以让学生先通过教师展示的三幅图片（1）汽车在高速公路和泥泞小路上的行使情况.（2）汽车在单行道和多行道上的行驶情况.（3）选择不同路径从教室步行到学校图书馆的时间.再让学生思考电阻大小的影响因素.这样学生的猜想不会盲目，变得很有方向性.最后，拓展阶段，让学生探究温度对导体电阻的影响，可以利用热敏电阻连接电路（如图2所示）.把热敏电阻放入热水中，这时电流表的示数变化非常明显，学生对温度会对电阻产生影响有一个非常深刻的认识.
2 案例二：伏安法测电阻的教学
学生通过自己课前预习了解了测量电阻大小的实验原理，并且制定了相应的实验计划.在实验探究过程中，各实验小组经常会出现电路连接故障.这是非常好的教学素材，因为这些故障源于学生自己的亲身体验，印象会非常深刻.师生可以一起利用所学知识分析故障产生的原因，并排除故障.排除故障的过程可以讓学生体验获得成功的喜悦，增加学生的探索欲望.
在排除故障后学生测得的数据如表2：
数据处理：
方法一：多次测量取平均值
（1）用欧姆定律变形公式R=UI，分别计算出R1、R2、R3、R4
（2）取平均值R=R1+R2+R3+R44=3.85+3.82+3.83+3.864≈3.84Ω
方法二：利用excel来对实验数据来进行数据处理（以office2007为例）
（1）将所测得的数据输入excel表.
（2）选中数据，点击插入——折线图——XY（散点图）——带直线和数据标点的散点图，这样就会生成如图3所示的图形.
（3）求出图像的斜率，斜率的大小等于待测电阻的阻值.
误差分析：
如图4所示，Rx=UI2=UI-I1，由于电压表的分流作用，所以测得的阻值偏大.
方法一：替代测量法
（1）如图5所示，根据电路图连接电路，关闭开关前滑变阻器滑动到最大电阻值.其中S为单刀双掷开关，Rx为待测电阻，R1为电阻箱，R2为滑动变阻.
（2）开关切换到a，调整滑动变阻器的滑片，使电流表的指针指向刻度盘中心，并记录电流表的数值.
（3）开关切换到b，调节电阻箱R1，使电流表的示数等于刚才记录的数值.
（4）记录此时电阻箱R1的阻值，则待测电阻的阻值Rx=R1
方法二：比较法
（1）如图6所示，按电路图连接电路，其中R1、R2、R3是电阻箱，Rx是待测电阻，是灵敏电流计.
（2）闭合开关，调节R1、R2、R3，使灵敏电流计的指针不发生偏转，即Ig=0.
（3）记录R1、R2、R3的阻值大小.此时，UAB=UAC，UBD=UCD，I1=Ix，I2=I3
由欧姆定律得：I1R1=I2R2，IxRx=I3R3
两式相除得R1Rx=R2R3
整理后得Rx=R1R3R2
方法三：多用表测电阻
当然，还有其它方法可以减小实验误差，如补偿法、双臂电桥法等，可让同学们在课后查阅相关资料，学习相关的理论知识和操作方法，使自己的实验探究能力得到进一步的升华.
知识拓展：将本次实验中阻值约为4Ω的电阻改为“2.5V 0.2A”的小灯泡.逐渐移动滑动变阻器的滑片，增大滑动变阻器接入电路中的阻值，进而改变小灯泡两端的电压和流经小灯泡的电流.请同学们再测几组数据，利用公式R=UI计算出相应的电阻.然后同学们思考：（1）为什么小灯泡的电阻会随小灯泡电两端电压的减小，亮度的减弱而减小.（2）当小灯泡两端的电压为0时，小灯泡是否还存在电阻.
3 案例三：家庭用电
课题的引入部分笔者采用的是学生自己拍摄的安全用电的视频——人触电后该怎么办？主要内容讲的是同学们下课期间在班级玩耍，发面墙角插座接线裸露，由于好奇心驱使，该同学直接用手去碰触电线，导致触电倒地.同学发现有人触电后，由于没有安全意识，徒手去施救，导致二次触电的故事.因为这是本班同学自己拍摄的视频，所以一下就引起同学们的学习兴趣，很接地气的引入的家庭用电的知识.学生也有了探究欲望，急切的想了解家庭用电中如何做到安全用电，教师在教学中真正做到从生活走向物理.在学习家庭电路的组成时，保险丝的作用要让学生进行实验探究，因为，在日常生活，电路跳闸是经常发生的事情.在探究过程中学生发现，当逐渐加大电流强度，保险丝作用演示仪上的导线绝缘层冒出黑烟，并发出刺鼻的气味，保险丝随之熔断，保护了电路.这个实验效果非常明显，对于保险丝熔断的原因，学生的印象也非常深刻.教师再进一步拓展得到现在家庭电路中，空气开关的作用.
总之，教师在教学活动中，要营造宽松的教学环境，让学生在科学探究的各个环节深入体验，提高学生的科学素养.只有这样，学生才能全面、系统地理解和应用自己所学的知识.在今后的学习过程中，遇到问题不会束手无措，能独立自主的找到解决问题办法，这才是教育的最终目的所在.
参考文献：
[1]吴桂玺.物理实验[M].电子科技大学出版社，2006.
[2]周上游.物理实验教学探索[M].上海社会科学院出版社，2013.