浅谈新课标下高中物理实验探究教学_高中物理实验探究教学

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浅谈新课标下高中物理实验探究教学

——以《摩擦力》教学为例

肃南一中

陈

鹏

邮编734400 关键词：新课标 高中物理实验探究教学 教学设计 摩擦力

摘 要：“课程标准”指出，教材大部分的模块可以以探究教科书中所涉及的科学规律为主，并强调，观察实验、抽象思维和数学方法相结合，是物理科学探究的基本方法。

正 文：

新课程改革以来，课堂教学中的科学探究一直是大家非常关注的问题。在教育部制订的《普通高中物理课程标准》里，科学探究既是一种教学方式，也是内容标准的一个组成部分。在科学探究和物理实验能力要求中，列出了“科学探究要素”和“对科学探究及物理实验能力的基本要求”，突出了物理实验的重要意义和作用。“课程标准”指出，教材大部分的模块可以以探究教科书中所涉及的科学规律为主，并强调，观察实验、抽象思维和数学方法相结合，是物理科学探究的基本方法。

从教学实践的角度来看，物理教师在课堂教学中实施“科学探究”教学有两个关键性的问题值得注意：其一，是探究教学的教学设计问题；其二，是课堂教学中的具体操作和课堂控制问题。

要完成科学探究的教学设计，首先必须对“科学探究”有一个清楚的认识。

在普通高中物理课程标准中，没有对“科学探究”的概念和含义作出明确的说明，只是列出了科学探究的要素、能力的基本要求和科学探究的基本方法。因此，我们看到了多种对“科学探究”不同的解读，物理教师在实施科学探究的过程中也确实有一些困惑。

“科学课程”中，推行“依据证据的解释”，在初中关于摩擦现象的学习就是这样的。在高中物理课程中，科学解释要求运用定律、定理、理论、模型等更多的科学知识、逻辑证据、深入的分析，并更加清楚的展示逻辑、证据及物理规律和理论知识之间的关系。例如：用摩擦定律解释和计算有关问题，用摩擦机理解释滑动摩擦的规律。这就是说，在物理课程中，对科学解释提出了更高的要求，即物理现象及过程、定律的解释和对物理规律的模型解释。

因此，高中物理课程中的科学探究包含两个不同的探究方向，一是指向事实，即由观察和实验所得到的事实，为解释（或者规律）提供事实证据；另一个是指向理论或者概念框架体系。一方面，物理规律具有普遍性，他覆盖了一些相关事实，并可以对这些事实作出解释；另一方面，物理规律具有真理性，这些事实是对物理规律的证实或检验。进一步，物理规律是物理知识体系的一个组成部分，物理定理是由理论演绎推理的结果，需要由事实证据来检验，实验定律来自事实的概括和归纳，它既要由事实来对其检验，也要由理论模型对其解释，这样物理规律就具有了必然性和真理性。只有这样，物理科学探究才能展示逻辑、证据和知识之间的关系。

基于上述观点，物理规律教学中的实验探究并不能简单的看做是“把验证性实验改变为探究性实验”的问题，也不能以实验结果作为探究的最后一步。而是应该把实验结果和数据看做证据，并运用证据和逻辑进行分析、推理和交流，从而获得物理规律，进而对问题进行解释。

滑动摩擦力实验探究具体应当怎么设计呢？ 第一应该明确学习任务和实验探究的目标。学生在初中已经学过滑动摩擦力并且也做过有关滑动摩擦力的探究实验，通过实验学生已经知道了摩擦力的大小与正压力和接触面的粗糙程度有关，高中教学实验探究任务是找出它们之间的定量关系，同时学习动摩擦因数以及物理意义。1.明确学习任务和实验探究的目标 滑动摩擦力实验探究目标：

找到摩擦力与正压力、接触面之间的定量关系，学习动摩擦因数的物理意义。

第二，我们的学生具有一定的实验技能，有能力完成用测力计测量滑动摩擦力的实验，在固定测力计的情况下，用拉木板代替拉木块，解决了实验中只有匀速运动前提下才能用测出的拉力代替测量滑动摩擦力的问题。

一般课上实验方案都是教师为学生的设计好的，如果有几种不同方案的话可以给学生机会选择。如果课上让学生改进实验仪器这基本上是不可行的，如果是在研究性学习活动中可以给学生动手改进的机会。

因此课前，老师要在了解学生实验能力水平的前提下，设计完善的实验方案。

2.教师要了解学生实验技能水平并完善实验方案

第三，在用实验探究滑动摩擦力大小的规律之前，首先学生要明确一些问题，才能保证实验顺利进行，不能给学生一些实验仪器和任务去探究吧，也不能说教师就不敢指导了，怕教师指导了学生，就不是学生探究了。实验前要学生明确的问题又分成两类，一类是实验技能方面的，如：怎么测量这些物理量，测量时有哪些注意事项，怎样操作才能保证实验数据的准确性、设计表格等等。另一类应该是实验探究思想方法类的问题，如：学生制定实验方案、设计实验步骤、实验中怎样控制变量的问题。

3.学生实验之前需解决的问题分为两类：

⑴．实验技能方面的问题

怎么测量这些物理量，测量时有哪些注意事项，怎样操作才能保证实验数据的准确性、设计表格等等。

⑵.运用实验探究实验思想方法类问题

学生制定实验方案、设计实验步骤、实验中怎样控制变量。

另外，在收集实验数据之后，怎样分析实验数据、在分析论证实验结论前要根据实验数据，分析数据之后，做出一定的猜想，在分析论证阶段教师要教给学生的方法，最终怎样得出实验结果并描述和解释实验结论。

4.学生实验之后需解决的问题

⑴．怎样分析实验数据

⑵．在分析论证实验结论前要根据实验数据作出一定的猜想 ⑶．在分析论证阶段教师要教给学生的方法

⑷．最终怎样得出实验结果并描述和解释实验结论

经过新课程的教学实践，老师们对规律教学中的实验探究已经进行了一些尝试和探索，在实践中有了自己的体会，也有困惑。

我们在上课的过程中发现，滑动摩擦力实验是学生初中做过的，就实验技能方面的要求也不是太高，学生通过实验测出数据不是很困难，困难的是在实验前制定实验探究方案、确定实验步骤、取得证据以后如何分析并得出实验结论的过程若没有教师的指导，学生独立完成还是存在着一定的盲目性。教师怎样给予学生指导，又怎样才能发挥学生的主观能动性，这个尺度不知道该怎样把握。这一部分处理不好，课上的确占用了不少的时间，学生实验探究的结果也会打折扣。设计教学方案、确定实验步骤、注意事项、分析数据得出结论这几个环节教师都应该对学生做出一定的指导。但，应该采取不同的策略，可以通过导学案将实验步骤、注意事项、记录数据的表格发给学生，这样做可以减少很多的赘述，集中时间把研究的重点放在探究方法的思考上。

这两类问题的确是教师在教学实践中比较难处理的地方，因为头绪多，处理不好，主要内容不突出，或者学生实验目的性不强，实验探究部分不知道该怎么做。第二部分：摩擦力机理的探究及静摩擦力教学情景的创设 上面通过实验探究得到了关于滑动摩擦力的规律之后，我们是这样设计下一个教学环节的：通过摩擦力产生的机理部分内容的学习，进一步理解摩擦力与正压力、接触面粗糙程度的关系。

这个环节这样设计的理由有三个：一是学生在初中没有学过静摩擦力，而摩擦力产生的原因与滑动摩擦力基本上是一样的。在学会滑动摩擦力产生机理以后，让学生用刚学到的摩擦力的机理自己去分析物体没有被拉动时产生静摩擦力的问题，学生可以自己探究分析出静摩擦产生的原因、方向及大小。这样静摩擦力的教学设计目的是培养学生的逻辑推理及分析能力。

另一个考虑是：学生在定量了解了滑动摩擦力与正压力及接触面的关系以后，再进一步探究静摩擦力的定量关系时，就有了一定的基础。

第三，静摩擦力大小是通过二力平衡分析出来的，而且也没有静摩擦力的测量实验。象这样，学生在分组实验探究滑动摩擦力并了解其机理的基础上，再学习静摩擦力，学生理解起来应该更容易些。

摩擦力机理是一个比较难的问题，高中学生不可能通过一节课理解他，只是初步探究，认可这个事实即可。让学生介绍摩擦力机理的有关课外知识，老师点到为止，不占用过多的课堂时间，较好的把握重点和难点的关系。

静摩擦力部分的教学设计有如下五部分。

静摩擦力探究的教学设计

1.静摩擦力的存在、大小、方向的理论分析 2.测静摩擦力实验方案的理论推导 3.拉力与静摩擦力等大反向的实验验证 4.静摩擦力的学生分组实验探究 实验中最大静摩擦力问题情景的创设 静摩擦力大小和方向探究过程的教学设计

静摩擦力大小、方向探究过程的教学环节是怎样设计的？

有了摩擦力产生的机理，学生用推理及理论分析的方法，得出静摩擦力的存在、大小及方向是很容易的。

第二个环节，静摩擦力的实验测量。一般课堂教学中理论分析二力平衡得出静摩擦力的大小以后，一般没有实验测量。我们在这里设计了让学生使用刚才用过的测力计和木块动手测测试试，学生们在实验中能够发现并生成了一系列有关静摩擦的探究问题，如：静摩擦力是变化的、静摩擦力存在着一个最大值、最大静摩擦究竟与哪些因素有关等在静摩擦力学习中需要解决的系列问题。然后教师要根据学生在实验中产生的这些问题设计相应的教学环节，并解决这些问题。

在这里，我们介绍了一个用传感器测量静摩擦力的实验，该实验可以测出静摩擦力，同时对比摩擦力的大小与拉力等大反向。这个演示实验能起到试验论证的作用，也使得有关静摩擦力的探究教学更加完整。

通过演示实验和分组实验两种方式探究静摩擦力。演示实验利用传感器显示水平拉力和水平切向力的大小，得到水平拉力和静摩擦力的定量关系。再结合二力平衡，进一步得到静摩擦力大小关系。在此基础上进行的学生分组实验的目的就是让学生感受和体验了。这是新课程改革极力倡导的教学方式。

上面静摩擦力与滑动摩擦力两部分内容是分别探究和学习的，当然我们生活中见到的实例多是由静止到运动，或者由运动到静止的，那么应该设计一个教学环节，把两个摩擦放到一起，于是，就有了第四部分的教学设计内容。滑动摩擦力与静摩擦力大小和方向全过程探究的教学设计

物体从静止到运动全过程实时记录摩擦力图线意义的探究

这时用传感器实验得出来了一条由静止到运动的摩擦力的图线，让学生分析并理解图线的含义。

这是学生运用学过的知识分析测量结果、解释现象的一个教学环节，在这个教学环节中，主要目的是为了给学生提供一个运用所学知识，解决实际问题的机会，同时这条图线可以看出来最大静摩擦力与滑动摩擦力大小的关系，前面发现的最大静摩擦力的大小问题也在这里得到了解决。

如果学生能够分析清楚，由静止到运动的摩擦力的图线，那末她就掌握了滑动摩擦和静摩擦的规律，这个教学环节检查了学生对本节课的学习情况。

第五部分。用学到的规律解释现象、巩固理解

在这个教学环节里，我们设计了一个问题，要学生用实验的方法，测量一个无法用测力计直接测重力小球的重量，目的是让学生用学过的知识，解决具体的实际问题，这个实验的设计正好用上了学生实验中测出来的滑动摩擦系数，不过把已知量和待测的物理量换了一下。

课堂上发现，学生很快就能找到解决问题的思路。下面我们看一下这一段的教学录像。在这个课的教学设计中既然前面已经安排了学生分组实验也已经得出了结论，后面再做传感器的精确实验，这组传感器的实验是不是一定有这个必要？

本节课从探究滑动摩擦力分组实验、静摩擦力的分组实验、静摩擦力的传感器精确实验、又到最后物体由静止到运动全过程中实时摩擦力曲线的实验，还有学生测小球重量实验，一节课能完成这么多的实验吗？

总结摩擦力各个阶段实验的作用

我们先来回顾一下，本节课我们设计的教学实验有哪些？它们的作用是什么？

1.滑动摩擦力学生分组实验---------得出滑动摩擦力与正压力与接触面材料的关系。2.传感器静摩擦力大小的实验测量------是静摩擦力大小等于拉力的证据。3.静摩擦力学生测量实验-----收集证据，4.全过程实时记录摩擦力图线意义的实验-----检测学生学习成果，实验得到最大静摩擦力与滑动摩擦力大小的关系

5.测量小球重力的学生实验------学生应用学过的知识解决具体的实际问题

我们分析的课例，是试图把摩擦力这节课的每一个知识点得出都设计了不同的实验探究，并不是要求老师每一个实验都必须做。老师们可以根据自己学生实验水平和实验器材的情况，设计出适合自己的探究实验方案。

有的学校只能采用弹簧测力计等实验仪器让学生进行分组实验探究，有的学校已经建立了数字化实验室，有条件让全体学生利用传感器进行分组实验探究，比如：这节课可以让学生先把物体从静止到运动的摩擦力的图线先做出来，用探究的方式一段段的通过探究，也就是用问题驱动方式设计这节课，这时，教师演示实验与学生分组实验的关系、在做出图线以后学生就生成了问题并提出了猜想、实验测量的方法、静摩擦和滑动摩擦两部分的研究顺序要按照时间发生的顺序进行了，实验探究的设计就全变了。

总之，仪器不同，精确度不同，但是用实验探究的方法得到结论的思想是一致的。学生实验能力不同、学校条件不同、采用的实验设备不同，教学设计方案应该都是不同的，我们只是提出了一种教学设计方案。

其实，各种版本教材的安排顺序是不一样的，这两部分内容先讲哪一部分老师各有自己的理解，我们在备课的过程中也参考了各种版本的教材，安排顺序变化了，实验探究的教学设计也要相应的变化。总之，我们提倡不是教教材，而是按照课程标准的要求用好教材。这节课设计的所有实验不外乎有两个目的：一是介绍每一个知识点的得出是怎样通过实验完成的，了解规律教学是怎样通过实验探究实现的。二是介绍不同精度的实验在整个探究实验教学设计中发挥着不同的作用。

物理实验在科学探究中的作用概括为：1.创设情境

2.形成问题

3.提供证据

4.促进理解

参考文献： 1． 《普通高中物理课程标准》（实验稿）中华人民共和国教育部.[M].北京：人民教育出版 社，2003 2． 《全日制义务教育物理课程标准》（实验稿）中华人民共和国教育部.[M].北京：北京师 范大学出版社，2001

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