实验有效性提高
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摘要：教学的有效性可以衡量一个教师的教学能力，同样一个教学模式是否成功也要看它的教学有效性。《义务教育物理课程标准》突出强调了学生探究活动，那么如何提高物理探究活动──探究实验的有效性就成为值得思考的问题。
关键字：有效性实验探究学习卷
新世纪颁布的物理新课程标准，提出了崭新的课程标准与教学理念，强调了探究实验在物理教学中的作用；在新课程标准影响下，广大的物理教师干劲十足，大胆尝试，将各类型的物理实验探究化。现在我们冷静下来想想，我们的做法是否有点一窝蜂，有点走向极端？
我们不能否认不管是旧大纲，还是新课标，或者是现在满世界在讲的各种教学模式，它们的出现都是要满足当时的教学需要，为了提高教学的有效性。只不过现在推行的新课标强调的是学生的学习过程，着重培养学生的探究能力。那么在这个理念在是不是所有的物理实验都是适合学生探索？探究实验的有效性该如何衡量？
一、什么是探究实验的有效性
物理新课程的三维目标（知识与技能、过程和方法及情感态度与价值观）是判断探究实验有效性的最好依据。有效的探究实验必须是以学生为本，能突出实现三维目标中的一个或多个。
1．学生积极主动参与是有效探究的核心。
有效探究实验应以学生为本，能充分激发学生的探究兴趣与热情，使学生积极主动地参与活动。如果学生对所设置的活动内容缺乏兴趣或设置的活动内容脱离学生的知识背景，并得不到相应的材料资源的支持，学生就会对探究活动失去热情，活动只能停留于表面，缺乏思维的参与。虽然有时探究活动显得热闹，但学生一阵忙乱后，活动就成过眼云烟，学生的不到任何收获，这样的活动就成为一个无效探究活动。因此学生积极主动的参与是有效探究的核心。
2．有效探究活动至少能实现三维目标中的一个。
物理探究活动的基本模式是：发现问题──提出问题──确定解决问题的方案──收集资料（实验操作）──分析资料（或实验现象数据）──形成科学结论──交流讨论──提出新的问题。作为课堂探究活动，可以是上述过程的全部，也可以是过程中的一个片段或某一个环节，只要学生能通过探究活动掌握了一定的知识，或学会了某种科学的方法、技能或形成一种科学的态度和价值观，能很好地达到其中一个目的，这样的活动就可以称为一个有效的活动。应改变以通过探究的学生是否取得成果或得出正确的结论作为衡量探究活动有效性的标准的观念。
二、如何提高物理探究实验的有效性
1．明确探究任务和目标是提高探究实验有效性的重要措施。
我们要深知培养学生的探究能力不是单靠一两个实验就可以成功，每个探究实验应该有培养学生某项能力的作用。在设计探究实验时，教师要突出探究的问题，要凸显这次探究实验的目的，其余的不要延伸过长，混淆学生的视线。例如在探究“重力大小与什么因素有关”的实验中，三维目标是培养学生分析与处理数据的能力，所以实验探究活动时间应该放在“分析资料（或实验现象数据）”的环节上。因此，只有明确的探究目的和任务，探究活动才能做到有的放矢，提高活动的有效性。
2．把握学生探究实验的达成度是提高探究实验有效性的重要保证。
“凡是学生能探索的决不能替代，凡是学生能够思考的决不暗示。”这可以说是探究式教学引导的原则。我们要让学生经历探索过程，既要考虑他们的成功，也要考虑他们的失败，失败也是一种对生命的磨练。但是反复的失败对于学生这种幼嫩的心灵是无法承受的，经常的失败必将导致学生丧失探究的信心，相反如果轻易地探索就能得出结论，也会诱发学生浮躁态度的滋生，所以教师要把握学生探究的达成度。
首先，我们必须设计好探究实验情景的障碍。
探究源于问题，而问题又离不开具体的情境。因此问题情境的创设十分重要，它需要有适度的障碍性。适度障碍性指问题能造成一定的认知冲突，其难易程度适合全班学生的实际水平，以保证大多数学生在课堂上处于思维的活跃状态。所以创设的问题要基于学生经验又高于学生的经验，把问题难度设在学生的最近发展区。例如在探究“浮力大小”的实验中，我们先用两张同样大小锡纸分别作成船型和实心球形，放入水中。引导学生观察现象及猜想：浮力大小与它排开水的体积有关；然后再把船形锡纸放在盐水中，与刚才放在水中的情形进行比较及猜想，这时的情境已超出学生刚刚建立的感性认知，学生已不能很快地进行准确预测了，面对这个障碍学生已有的知识已不够，自然而然地就需要学习新的知识来解释这一现象。也使得下面的探究实验活动对学生来说更具吸引力。
其次，我们必须为探究实验搭建问题解决的“脚手架”。
“脚手架”理论是近代教学模式的一种创新。它特别强调根据学生的认知规律和以旧探新的需要，使大部分学生较好地开展探究活动，教师要不断再现学生已有知识，这种铺垫主要为学生提供背景资料，指导学生正确使用某种学习方法或提出若干思考问题，在提供思维的材料和方法上给予学生以帮助。（1）唤醒已有经验。课上教师可通过这样的提问：“对这个物体（或现象）你已经知道什么，你还想知道些什么？”、“这个实验你们以前做过，现在还能做吗，想一想以前是怎么做的？”等等，唤醒学生对这方面的已有知识，激活内存。（2）提供辅助工具，体验方法科学化。例如在八年级上声音的特征一节，利用传统的示波器演示《声波的特征》很难进行实验探究，我们就利用了HPCI—1物理实验微机辅助教学系统、声传感器让学生探究了各种声源特征。如下图，实验结果直接明了。
搭建脚手架就是教师为学生的有效探实验设计一个操作方案，为学生适度地指明学习方法与策略，以给学生提供更多的学习资源和更大的探究空间。
第三，大胆进行课程整合及改进实验器材为提高物理探究实验的有效性创造了可能。
新课程下初中物理教材有一个凸出的特点，就是探究性实验特别多，一些过去是验证性实验现在也改为了探究性实验。探究时间多了必然导致教学时间不够用。另外也不是所有的实验都适合学生探究。在对教材使用情况的调查中我们可以看到：九年级课本“探究斜面的机械效率”由于探究引入比较生硬，缺乏情景创设，实验中易出现错误结论因而不适合探究的问题存在。所以笔者认为要提高物理探究实验的有效性必须对教材及实验仪器进行改进。例如在探究电阻大小与什么因素有关的实验中，实验室所配套的仪器效果不明显，因此我们改装了实验器材，如图所示，从上倒下分别铜丝、镍丝、短的镍丝、粗的镍丝，实验效果明显，适合学生分组探究。
第四，归纳总结及反馈练习是验证物理探究实验有效性的途径。
我们对教材及实验进行改进的目的除了给学生留下对实验数据进行收集记录、分析和处理的时间外，更重要的是给学生消化知识的时间。在探究实验中得到的理论要通过反馈练习来吸收。而且在应用物理知识解决实际问题时，一般或多或少总要进行数学运算和推理的，处理的问题愈高深，应用的数学也愈多。所以在中学物理教学中要重视培养学生运用数学工具表达和处理物理问题的能力。要求学生能根据具体物理问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论。要学会运用图像进行表述、分析和处理问题。这里的所说数学运算，既包括数字运算，也包括符号运算。既要重视定量计算，也要重视定性分析和推理。这些能力都的需要大量的基础练习来培养。只有学生能利用探究实验的结果解决出实际问题，物理探究实验才有具有效性。例如天河区05年期末物理测试23题：
电阻R中的电流与它两端的电压的关系如图（1）。将电阻R与“6V、1．5W”的灯泡L串联后接如图（2）所示的电路，此时灯泡L刚好正常发光。求
A、电阻R的阻值；
B、灯泡L正常发光时的电路中通过的电流；
C、店员的电压；
D、灯泡L正常发光时，电阻R消耗的电功率
三、以学习卷为载体，提高探究实验的有效性
为了实现探究实验的有效性，我们在物理探究实验课中引入了学习卷，具体做法借用例子说明。
例：探究导体的电阻与什么因素有关。如图所示学生分组使用自制电阻定律演示仪进行探究。
学习卷
编写意图
1、猜想：导体电阻大小可能和材料有关
实验表格：
导线
材料
横截面积
长度
灯泡亮暗
电流大小
电阻大小
AB
相同
相同
CD
相同
相同
实验结论：
通过实验表格规范学生的实验行为，使实验目的明确化，并利用表格引导学生观察实验现象，通过表格记录的信息总结实验结论，培养学生观察现象和处理信息的能力。
2、猜想：导体电阻大小可能和长度有关
实验表格：
导线
材料
横截面积
长度
灯泡亮暗
电流大小
电阻大小
相同
相同
相同
相同
实验结论：导体电阻大小与长度。
横截面积相同的导体，长度越长，电阻越。
此实验表格与上面实验表格是递进关系，学生通过选择导体，逐步引导学生学会物理的实验方法──控制变量法，并通过对表格记录的信息进行分析，可明确得出在材料和粗细一定时，导体长度越长，电阻越大。
3、猜想：导体电阻大小可能和横截面积有关
实验表格：
导线
材料
横截面积
长度
灯泡亮暗
电流大小
电阻大小
实验结论：
此处，实验要求比上个实验更进一步，要求学生完成实验及填写表格后能较好地体会控制变量法和培养学生物理语言表达能力。
4、猜想：导体电阻大小可能和温度有关
实验：把一根铅笔芯和一个电灯串联接入电路中，用酒精灯加热铅笔芯，观察灯泡亮暗。
实验结论：
归纳结论：影响电阻大小的因素是导体的、、和。
此实验为拓展实验，课标没作要求，但实验器材简单，效果明显，可让学生分组探究。此实验开阔了学生的知识面，激发了学生学习知识的兴趣和求知欲，并对后面的学习（伏安法求电阻）起到铺垫作用。
反馈练习
编写意图
A组：
1、仔细分析下表中数据，不难发现“导体的电阻与材料有关”。除此之外，还可发现导体的电阻与它的和等因素有关。
几种长1m，横截面积1mm2的金属导线在20℃时的阻值
导线
电阻R／Ω
铜
0．017
铝
0．027
镍铬合金
0．1
2、常温下，长度相同、粗细相同的铜导线和铅导线电阻大的是。粗细相同、长度不同的铁导线的电阻大。粗细不同、长度相同的铅导线的电阻大。
A组练习题是由基础练习及基本技能训练组成，用于重现知识点，反馈实验效果，让学生熟练本节课的基础知识，起到复习巩固作用，要求全体学生都要掌握。
B组：
1、在温度一定时，比较两根镍铬合金线电阻的大小，下列说法正确的是（）
A．长导线的电阻大
B．横截面积大的导线电阻大
C．长度相等时，粗导线的电阻大
D．横截面积相等时，长导线的电阻大
2、如图是探究“决定电阻大小的因素”的实验装置，AB、CD、EF等长，CD、EF、GH粗细相同但比AB细。
（1）为了研究电阻与导体的材料有关，应选用的两根导线是和。
（2）为了研究电阻与导体的长度有关，应选用的两根导线是和。
（3）为了研究电阻与导体的粗细有关，应选用的两根导线是和。
（4）这种研究物理问题的方法叫。
B组题是学生需要作适当思考的练习，让学生对公式、知识点进行再加工，这样能让学生加深对公式、概念、知识点的理解，区分易混淆的知识。题目可多出易错题和常见典型题，习题设计可遵从文字到图像，从模型到实物，从静态到动态的发展过程，多出现一些数据表格和图像，培养学生分析数据处理图像能力。
要求学生都随堂完成练习，老师当堂批改，及时反馈学生学习情况。
例1是对实验结论的理解，规范物理文字的表述。
例2此题与探究实验极相似，学生基本上都可完成此题，目的是检查学生掌握探究实验的情况以及对控制变量法的理解。
C组：
1、某同学为研究导体电阻与长度、材料、横截面积是否有关，他保持电路两端电压不变，把下表中合金线分别接人该电路中测出通过合金线的电流大小进行对比研究，则（）
A．采用序号1与2对比，是研究电阻是否与材料有关
B．采用序号1与3对比，是研究电阻是否与横截面积有关
C．采用序号2与4对比，是研究电阻是否与长度有关
D．采用序号3与4对比，是研究电阻是否与横截面积有关
序号
长度m
横截面积mm2
材料
1
1
0．1
镍铬
2
0．5
0．1
镍铬
3
1
0．2
镍铬
4
1
0．2
锰铜
2、下表列出了一些材料制成的长1m、横截面积为1mm2的导线在20℃时的电阻值。
导线
电阻R/Ω
银
0．016
铜
0．017
铝
0．027
钨
0．052
铁
0．096
锰铜合金
0．44
镍铬合金
1．1
根据表中数据回答：假如让你架设一条输电线路，在铝线和铁线之间，你应选用；
假如要选用一根金属丝来做滑动变阻器的电阻丝，在铁丝和锰铜丝之间，你应选用。
C组题主要编排的是拓展层次的练习，可选取历年中考题或与生活相联系，需要运用多个物理知识来解决的题目，培养学生综合分析、设计实验能力。
例1与B组例2目的相同，是上一题的拓展，在实验的基础上学生要运用控制变量法，学会分析数据得出结论。
例2与生活实际相结合，体现出物理源于生活。
教学反思：
根据大纲要求，此实验为演示实验，我觉得物理教学中的实验在条件允许的情况下应让学生亲自动手探究，这样做既培养了学生的动手能力，又突显了实施新课标的精髓。
本实验若采用学校实验室配置的电阻定律演示仪做，效果不明显。我改装了实验器材，这样做的好处是配合学习卷的使用引导学生自主完成实验，并且从实验中引导学生学会使用控制变量法研究物理问题。
四、对物理探究实验有效性的理解。
经过这几年的教学实践和对《义务教育物理课程标准》逐渐理解，要实现物理教学的有效性就要根据自己所教的学生的特点对现存的教学理念、教学方法和教材进行大胆的改革和创新。转变的主旨是将学习的重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生的被动接受知识向主动获得知识转化。但这些转化不能操之过急，简单的理解就是在教师的引导下学生能通过自己的探究获得能力的提高就实现了探究实验的有效性。
