第1个回答 2017-01-14
目前在应试教育的影响下，物理实验教学难以发挥它应有的作用。许多教师很少做实验，不愿花时间从事实验教学，实验只被作为收集数据，验证理论，应付考试的工具。学生实验形成了教师讲，学生做，教师示范，学生模仿的教学，学生成为被动的接受者，以至于学生很少提出问题。大多数学生重结果而轻过程，为了得到期望的结果，甚至修改实验数据。没有养成实事求是的科学态度，没有学会解决问题的科学方法，学生的主体地位远没有得到重视，学生缺乏主动探究的欲望和热情，忽视了实验对学生科学思维方法和创新能力的培养。
新课标指出高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实验，勤于思考。通过多样的教学方式，帮助学生学习物理知识和技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度和科学精神，因此，高中物理实验教学迫切需要改革。探究性实验由于其重视过程和方法，有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，培养与他人合作的精神，养成实事求是的科学态度，有利于学生创新能力的提高和主体性的发挥。强调通过实验探究提高学生的科学素养，已成为当前实验教学改革的主要方向。
实验探究是物理实验教学改革的主要方向：以沪科教版新课标教材(上海科技教育出版社，2003年版)和现行教材(人民教育出版社，2001年版)力学部分相同章节的物理实验部分进行对比，新课标教材共有实验探究25个，其中完整的探究实验7个，不完整的探究18个。现行教材相应部分共有演示实验13个，学生分组实验7个。从这部分实验的对比可以看出，新课标教材无论从实验的内容、呈现形式，还是对实验的要求上，都有了很大的变化。高中物理实验改革的主要方向是由验证性实验向探究性实验的方向转变。
现行教材的实验基本上都是验证性实验，实验的原理、使用的器材等都做出了规定。实验的前提是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。新课标教材上的物理实验，从内容、数量到形式都有较大的改革。把过去很多固定模式、统一装置、验证性的实验改为探究性实验，注入较多的探究式内容，包括让学生经历设计方案，选择仪器、制订步骤、设计表格、收集信息、处理数据、得出结论并进行评价等过程，突出了科学探究的物理课程理念。只有验证机械能守恒定律的实验是验证性实验，即使是验证性实验也体现了探究的部分要素。
探究性实验由于其重视过程和方法，有利于学生对知识的真正理解，有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，培养与他人合作的精神，养成实事求是的科学态度，更有利于学生创新能力的提高和主体性的发挥。强调通过实验探究提高学生的科学素养，已成为当前实验教学改革的主要方向。
探究性实验教学的理论基础：在国外，探究式教学在西方国家有较长的研究历史，美国著名教育家施瓦布从教学方法的侧面，展开他的探究学习理论，提出了生物科学探究模式。他认为:如果学生想要了解科学研究方法，还有什么方式比自己积极参与的过程更好呢?他的观点启示教师应该以探究的方式将科学呈现给学生，学生也应该以探究的方式学习科学知识。萨其曼通过观察、分析科学家的创造性探索活动之后，结合教学法的因素概括出探究训练模式。他强调必须培养学生探究的能力，不是靠教师的讲解，而是要教给他们去发现的方法，就是要让学生树立假设的方法，通过实验验证假设的方法，解释结果的方法。加涅于1963年发表了题为《旨在探究的学习条件》为探究学习的实践研究奠定了理论基础。他认为传统教学的特点是大量灌输权威性的事实或有关科学原则的教条，至于这些知识和结论是怎样产生的问题则往往被忽视。另外传统教学几乎不考虑如何使学生掌握探究的态度和方法，不过他认为学生要有效进行探究的前提是要具备一定的知识和能力。
建构主义认为知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料通过意义建构的方式获得的。学习是学习者主动地建构知识的过程，不是被动地吸收信息，学习者以自己的方式建构对事物的理解，学习是一个交流和合作的互动过程。其中"情景"、"协作"、"交流"和"意义建构"是建构主义学习理论的四大要素。重视教学活动中学生的主体性、师生之间和学生之间的"协作"、"交流"和"反思"。
探究性实验教学的特征：探究性实验教学是根据教学的需要，由教师提出实验课题，学生自主选择实验原理，拟定实验方案，制定实验步骤，自主实验，主动探究，最终得出结论的一种实验方式。探究性实验在激发学生的学习兴趣，训练学生的动手操作能力，特别是对培养学生的创造性思维和科学态度方面是非常重要的。
探究性实验除具有一般物理实验的基本特征外，还具有下列本质特征:
（1） 探究性。学生在实验之前不知道实验结论，需要学生自己去发现，根据猜想和假设，由学生自己设计实验原理、实验方案、操作步骤，并通过实验检验假设，最终形成实验结论。物理实验的过程就是探究的过程，经历与科学工作者进行科学探究相似的过程。
（2）主体性。探究式学习的主体是学生，学生是一个积极的探索者、发现者，必须发挥他们的主动性、积极性。探究教学中教师的作用起组织者、指导者和促进者的作用，为学生创设一定的问题情境，提供必要的探究资源，引导学生解决探究中遇到的各种问题。学生的主动性和教师在教学过程中的培养和引导分不开的，不能忽视教师的主导作用。
（3） 创造性。探究性实验教学的问题是根据教材和学生的需要而定的，但问题的解决过程和探究的方法都是开放的，在猜想、设计实验、对数据的分析和处理中，问题始终贯穿于科学探究的过程。所以要允许学生从不同角度提出问题，允许学生对问题的解决存在不同方案，更鼓励学生创造性地解决问题。
（4） 探究的过程是一种“再发现”过程。这种再发现不是原原本本沿着科学家的发现过程进行的，而是要符合学生的认识规律，对学生本人来说，是新的发现学习。在这个过程中，通过探究活动，获得知识、技能、情感与态度的发展，特别是探索精神和创新能力的发展。
探究性实验教学的实践：新课标要求学生通过实验，探究加速度与力、质量的关系，强调让学生经历实验探究过程。牛顿第二定律是力学部分的核心内容，通过实验探究，培养学生的科学探究能力，加深对定律的理解，能更好地落实三维课程目标。下面以“探究加速度与质量的关系”为例，说明探究性实验教学的实践。
（1） 创设情境，提出问题
A．当一个乒乓球滚来时，用球拍轻轻一挡就能使它改变方向，一个网球以同样大小的速度滚来时，需用很大的力握住球拍去挡，才能使它改变方向。
B.把一辆原来静止的空车推动很容易，但用同样的力，很难推动一辆载重车。
提出问题:物体的加速度跟质量有什么关系?
（2）猜想与假设
引导学生把自己的猜想说出来，由小组讨论、交流(提示学生注意同样大小的力)，学生可能会猜测出:
A．质量越大，加速度越小，质量越小，加速度越大。
B．当F一定时，加速度与质量成反比。
C．当F一定时，加速度与质量的平方成反比。
最终那一种猜想正确，只有通过实验验证。
（3） 制订计划与设计实验
用实验进一步探究时，由于学生以前做定量实验较少，教师要加强指导，提示学生首先解决好以下问题。
A．怎样测量和改变物体的质量?
B．设计一种方法相当于物体只受一个恒力，在这个恒力作用下，研究a与m的关系。
C．如何测出物体的加速度?能否用其他较容易测量的物理量代替?
当讨论了上述问题以后，请写出你设计的实验操作方案，并与其他同学交流，从而确定本小组的实验方案。
学生选择的实验方案可能有以下几种：
方案1:因为我们探究的是a与m的比例关系，不测加速度的具体数值。比如用同时释放两辆小车，同时停止两辆小车，通过较容易测量的物理量如位移，进行比较。
方案2:用最直接的方法:用刻度尺测位移，并用秒表测时间，由a=2Xt2计算。
方案3:选择用打点计时器打出的纸带测加速度。
方案4:用气垫导轨、两个光电开关、数字计数器等，分别计算出滑快在两个光电开关间运动时的初、末速度，再计算出滑块的加速度a。
由学生讨论，从四种方案中选择一种最佳的实验方案进行实验。
（4）进行实验与数据收集。
由学生根据实验设计选择器材，进行实验，测出有关的数据，填入自己设计的表格。
根据不同的实验设计，有不同的数据处理方式，学生可能选择的数据处理方式。可以用计算器，也可以输入计算机用Excel软件来处理数据，拟合曲线。
对学生用图象法处理，教师要给予必要的指导，从测出的a和m中，很难看出a和m的定量关系，可以提示他们研究a和1m的关系，做出a与1m的关系图像。对于学生提出的每一种方案都是可行的，教师都应该给予充分的鼓励。
（5）分析和论证
通过对实验数据的分析，你得出的结论是什么?然后与你的猜想进行比较，并作出解释。
（6）评估与交流
你的结论是否可靠?请你从实验设计，操作过程，数据处理等方面分析，并对结论作出评价。提出改进方法，进一步完善，并与其他小组交流。
案例分析:
(1)在现行教材中，这个实验是以演示实验的形式出现的，由教师演示，学生观察。新课标教材克服了现行教材的不足，改为探究性实验。
(2)本节课是一堂探究式教学设计案例，突出了以实验探究的方式得出加速度、力和质量的关系。体现了新课标准所要求的科学探究的几个要素，整个设计贯穿了学生自主建构知识这一主线，抓住了探究学习的本质和核心。
(3)新课标教材基于这样的安排，从创设的问题情境中激发学生提出问题的能力，学生可以提出不同的猜想与假设，猜想是否正确，还有待与进一步的实验验证，突出学生的科学态度与科学精神的培养，培养了学生的问题意识。
(4)在小组内讨论实验设计方案，选择最佳的设计方案进行实验。教师应该清楚地知道每一种设计方案，实验误差大小等，并适时给学生以指导。
(5)对实验数据的处理环节，更体现了信息技术与物理实验的整合，由于实验数据的处理比较复杂，可以利用计算机处理实验数据，避免了烦琐的计算，同时还可以用Excel拟合曲线，为学生提供了探究式学习的机会。