探究性实验在高中物理教学中的应用与学生实验能力培养研究

探究性实验在高中物理教学中的应用与学生实验能力培养研究

管正勇 

江西省广丰中学 江西省 上饶市 334600

摘要：传统的物理教学往往偏向于理论知识的传授，忽视了学生对实际应用和实验方法的理解。而探究性实验强调学生的主动参与和实践经验，通过自主设计实验方案，观察和分析实际现象，促使学生在实践中建构知识，培养科学思维和实验能力。本研究旨在深入了解探究性实验在高中物理教学中的应用，并通过分析学生在这一教学模式下的表现，探讨其对学生实验能力培养的具体影响。通过揭示探究性实验在高中物理教学中的实际效果，能够为提升物理教学质量提供有力的理论支持和实践指导。

关键词：探究性实验；高中物理；应用；实验能力

通过参与探究性实验，学生不仅仅是知识的接受者，更是实验过程中的主动参与者和探究者。这种参与培养了学生的实际操作技能、数据分析能力以及对实验过程的深入理解，为其实验能力的全面提升奠定了基础。

一、探究性实验对高中物理学科教学的影响

（一）提高学科理解与深度学习

探究性实验的独特之处在于，它为学生提供了实质性的实践机会，通过自主设计实验方案，学生亲身参与并观察物理现象。在这过程中，他们不仅仅局限于表面的知识记忆，而是深入剖析实验结果背后的物理原理。通过迭代的实验设计，学生逐渐建构起更为丰富和深刻的知识结构，促使他们对高中物理学科有更为全面和深度的理解。

（二）培养科学探究与解决问题的能力

探究性实验培养学生成为真正的科学家，他们需要提出具体而有挑战性的问题，合理设计实验步骤，并有效地利用仪器和工具进行数据采集。通过面对实验过程中的未知和变数，学生不仅仅是接触理论知识，更是在解决问题的过程中形成系统性的科学思维。这种培养过程远远超越了传统教学中简单的知识传递，使学生具备更为全面和灵活的解决问题的能力。

（三）激发兴趣与提升学习动机

探究性实验为学生提供了更加个性化和引人入胜的学习体验。通过参与实验设计和实施，学生成为知识的创造者和发现者，这种积极的参与激发了他们对学科的浓厚兴趣。实验中所涉及的真实问题和挑战性任务，使学生在解决问题的过程中感受到学科的实际应用，从而提升了他们的学习动机和对知识的深层次理解。《实验：验证机械能守恒定律》

二、探究性实验在高中物理教学中如何来培养学生的实验能力

（一）实验前培养

在进行探究性实验之前，通过课堂讨论、小组讨论或阅读材料的方式，引导学生了解相关的理论知识和实验背景。这有助于学生建立起对实验主题的初步认知，为实验设计打下基础。并且提供必要的实验技能培训，包括仪器使用、数据记录和分析方法。通过模拟实验或小规模实验演练，学生可以熟悉实验过程中可能涉及的操作技能，增强其实验操作的独立性和准确性。

以学习《实验：探究小车速度随时间变化的规律》这个探究性实验为例，在开始探究性实验前，引导学生回顾与实验相关的基础物理知识，如速度、运动规律等。通过课堂讨论或简短的小组活动，让学生提前了解与实验主题相关的理论概念，以便在实验中更好地理解和解释观察到的现象。在课前，教师可以与学生一起回顾速度的定义、计算公式，并简要介绍与小车运动相关的基本物理概念。这为学生在实验中准确理解和解释测得的数据提供了理论基础。在实验前，进行技能培训，确保学生具备实验所需的基本技能。这可能包括使用测量工具（如计时器、测距仪）、操作小车和记录数据的技能。通过模拟实验或小规模练习，学生能够熟悉实验工具和培养操作的独立性。在实验前的课堂中，教师演示如何正确使用计时器测量小车运动时间，使用测距仪测量小车运动距离，并向学生提供机会模拟这些操作。这有助于学生在实验中更加自信地进行测量和记录。

（二）实验中培养

这需要强调实验中的合作与沟通，鼓励学生在小组内分享观察、数据和想法。通过共同参与实验设计和数据收集，学生能够相互交流并从不同角度思考问题，培养团队合作和沟通技能。同时强调准确的观察和详细的记录对实验结果的关键性作用。通过指导学生注意实验现象的微小变化、使用适当的测量工具、并准确记录数据，培养学生系统性观察和记录的技能，提高实验数据的可靠性。

以学习《实验：探究加速度与力、质量的关系》这个探究性实验为例，学生可以分工合作，一个负责施加力，一个记录加速度的变化，另一个记录所施加的力大小。通过共同参与实验设计和数据收集，学生培养团队合作和沟通技能。例如学生分成小组，在实验中轮流担任不同的角色，例如力的施加者、负责记录数据的学生，以及观察小组成员的学生。通过共同努力完成实验，他们能够有效沟通并理解实验中的每个步骤，促进团队协作。学生需要仔细观察加速度的变化，并准确记录所施加的力大小以及质量的变化。这有助于培养学生系统性观察和记录的技能，提高实验数据的可靠性。在实验中，学生需要使用合适的仪器观察小车运动的加速度，并记录在不同施加力和质量条件下的数据。通过强调准确观察和记录的重要性，学生能够培养实验中数据采集的技能。

（三）实验后培养

在实验完成后，引导学生分析收集到的数据，并帮助他们从中提炼关键信息。通过让学生思考实验结果的科学意义，培养他们对数据分析和结论得出的能力。并且鼓励学生对整个实验过程进行反思和总结，包括实验设计的合理性、实验中遇到的问题以及改进的可能性。通过反思，学生可以更深入地理解实验的科学价值，并在下次实验中应用所学的经验教训。

以学习《实验：探究平抛运动的特点》这个探究性实验为例，教师引导学生使用收集到的实验数据进行分析，计算平抛运动中的初速度、飞行时间、水平位移等关键参数。通过与理论模型进行比较，学生能够深入理解平抛运动的特点，培养他们对数据分析和结论提炼的能力。例如学生在实验后，通过计算实验数据，确定平抛运动的初速度和飞行时间。他们比较实验得到的结果与理论预测值的差异，并讨论可能的误差来源。这有助于培养学生独立分析实验数据和从中得出科学结论的能力。最后通过自我评估和小组讨论，学生能够从实验中汲取经验，改善实验设计，培养对实验方法的批判性思维。例如学生在小组中分享实验中遇到的困难、取得的成功和改进的建议。教师可以引导学生思考实验设计的优点和不足，以及如何改进下一次实验。这种反思过程有助于培养学生对实验方法的批判性思考和不断改进的意识。

三、结束语

总之，通过对实验的设计、实施和分析，发现探究性实验不仅能够激发学生的学科兴趣，更在实验能力培养方面发挥了显著作用。尽管本研究取得了一些有益的发现，但仍有许多方面需要进一步研究和完善。未来，将关注更多细致的实验设计、不同学生群体的实验效果差异以及教师在指导探究性实验中的关键角色等方面展开更深入的研究。

参考文献：

[1] 胡均宇,董玉红. 基于"浅易"实验的高中物理核心素养养成与发展的实践研究[J]. 中学物理教学参考,2023,52(7):12-17.

[2] 高刚刚. 核心素养下高中物理实验开发与实验教学的研究[J]. 新课程,2022(16):36.

[3] 潘祉易. 基于HPS理念的中学物理实验教学研究[D]. 湖南理工学院,2023.