史孝武

摘 要：本文針對如何在物理實驗教學中體現(xiàn)科學探究思想，以《閉合電路的歐姆定律》教學過程中的若干問題為例，提出了把科學探究思想融入物理實驗的教學策略。

關(guān)鍵詞：實驗教學；科學探究；閉合電路的歐姆定律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0007-3

物理實驗是在理性思維指導下的手腦并用的實踐活動。目前，實驗教學主要集中在傳統(tǒng)實驗的創(chuàng)新和實驗類型的轉(zhuǎn)型上，而如何把科學探究思想融入到物理實驗之中，還缺少系統(tǒng)的研究。對此，筆者粗淺探討，期望能拋磚引玉。

人教版教材對《閉合電路的歐姆定律》的安排是：直接給出全電路的概念，從功能關(guān)系出發(fā)，根據(jù)能量守恒，理論推導出閉合電路的歐姆定律是E=U外+U內(nèi)； 再根據(jù)閉合電路的歐姆定律，理論分析電源的路端電壓與負載的關(guān)系。這樣的安排的優(yōu)點是邏輯主線明了，缺點是對閉合電路特別是內(nèi)電路的建構(gòu)不夠直觀。況且，在學習本節(jié)課之前，學生認為電源兩端的電壓是恒定不變的。顯然，教材僅從理論角度推導閉合電路的歐姆定律是不夠解決學生的問題的！在教學中，我們應(yīng)給學生創(chuàng)設(shè)認知沖突，提供有效的探究環(huán)境，激發(fā)學生的求知欲望和好奇心，促使學生進行認知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)，形成正確的觀點。下面，筆者試以《閉合電路的歐姆定律》的教學為例，談一談如何改進實驗教學，以發(fā)揮實驗的探究功能。

1 創(chuàng)設(shè)實驗情景，引發(fā)認知沖突

有效的教學要求教師充分了解學生的前概念。學生在學習新知識時，總是試圖通過原有的認知結(jié)構(gòu)來同化新知識。因此，創(chuàng)設(shè)實驗情景時必須考慮學生的前概念，而并非僅將實驗作為課堂導入。

學生已經(jīng)知道電源對電路提供電能的特性稱為電動勢，但關(guān)于內(nèi)阻對電路的影響還不清楚，他們認為電源兩端的電壓是不變的。針對學生的這個前概念，我們要創(chuàng)設(shè)介于學生的“已知”和“未知”之間的實驗情景，當學生遇到不能解釋的現(xiàn)象時，就會產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)求知欲望，從而在教師的引導下正確認識事物的本質(zhì)。

例如，課堂開始，我們設(shè)計了這樣的實驗情景。

用兩節(jié)干電池、小阻值電阻、三個燈泡連成如圖1所示的電路。

把干電池、電阻R0裝入黑箱（如圖2所示），利用黑箱電池進行實驗。逐個閉合燈泡開關(guān)，觀察燈泡亮度的變化情況。

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圖1 電路圖 圖2 電路圖

燈泡亮度變暗，出乎學生意料。

教師揭開黑箱，學生看到黑箱中電池和一個電阻R0串聯(lián)。學生可用部分電路的歐姆定律解釋上述現(xiàn)象：逐個并聯(lián)燈泡后，并聯(lián)燈泡的總電阻變小，整個電路的總電阻變小。在電源兩端電壓不變的情況下，電路中的電流變大，電阻R0消耗的電壓變大，燈泡兩端的電壓會變小，所以燈泡變暗。

學生就用“已知”解釋了上述實驗現(xiàn)象。

如果把與電池串連的電阻R0去掉（如圖3所示），逐個閉合燈泡開關(guān)，燈泡的亮度會如何變化？

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圖3 電路圖

利用“已知”，學生普遍認為燈泡的亮度不變，因為燈泡兩端的電壓不變。

教師把與電池串連的電阻R0去掉，逐個閉合燈泡開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度變暗，出乎學生意料。

顯然，“已知”已不能解釋上述現(xiàn)象，這就產(chǎn)生了新的“未知”，學生形成認知沖突，這樣才有可能打破原有的認知平衡，從而建構(gòu)新的認知平衡。

至此，通過這兩個對照實驗，學生自然能提出，電池具有內(nèi)阻，是內(nèi)阻起到了圖1中的R0的作用。接著，學生便可以順利地學習內(nèi)電路、外電路、內(nèi)電壓、外電壓等概念。

2 實驗檢驗，培養(yǎng)學生尋求證據(jù)的意識

維果茨基認為，人的思維與智力是在活動中發(fā)展起來的，是各種活動、社會性相互作用不斷內(nèi)化的結(jié)果[1]。通過制定實驗方案來證明、拓展或揚棄自己的觀點，是物理實驗教學中常用的探究方法。在科學探究中，好奇心、尊重證據(jù)及愿意改變看法是科學思維應(yīng)有的態(tài)度。當我們做到既進行對比實驗又尊重實驗數(shù)據(jù)時，就具備了科學思維應(yīng)有的態(tài)度[2]。

例如，在利用實驗尋求證據(jù)的檢驗階段，我們設(shè)計了這樣的實驗情景。

學生提出電動勢等于內(nèi)外電壓之和這一猜想后，可以利用可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池進行實驗檢驗（如圖4、圖5所示）。

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圖4 可調(diào)內(nèi)阻鉛蓄電池 圖5 驗證實驗的電路圖

有學生測得如表1所示的數(shù)據(jù)：

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄

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學生發(fā)現(xiàn)，兩表的讀數(shù)之和基本不變，與電動勢大小相差不大。

但是，通過這幾次測量就一定能得到閉合電路的歐姆定律嗎？不能！

一般來說，預(yù)測是在證據(jù)的基礎(chǔ)上提出來的，這些證據(jù)有的來源于已有的知識和經(jīng)歷，有的是通過自己的觀察、測量直接獲取的。懂得怎樣搜集證據(jù)及如何最有效地使用證據(jù)是很重要的[2]。

學生可以利用上述數(shù)據(jù)進一步預(yù)測：如果電動勢等于內(nèi)外電壓之和，那么，在任何其他實驗情景中，隨著外電阻改變，外電壓也會發(fā)生變化。學生可以利用圖3的電路繼續(xù)進行檢驗。

顯然，逐個閉合燈泡開關(guān)，外電阻改變，外電壓發(fā)生變化，燈泡變暗，實驗結(jié)果與預(yù)測一致。至此，我們才有充足的理由相信：電動勢等于內(nèi)外電壓之和。

到這里，學生便真正知道了閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容，并順利解釋了圖3中的實驗現(xiàn)象，達到了新的認知平衡。同時，學生也加深了對路端電壓與負載關(guān)系的認識。

3 習題實驗化，突出學生的主體地位

作為高中物理課堂教學的一個層面，習題教學不僅要讓學生“聽懂”，更重要的是要在習題教學活動中突出學生的主體地位，凸顯物理學科的特色。

在學習完閉合電路的歐姆定律后，在鞏固應(yīng)用階段，人教版教材設(shè)置了這樣的例題。

例 在圖6中，R1=14 Ω，R2=9 Ω。當開關(guān)處于位置1時，電流表的讀數(shù)為I1=0.2 A；當開關(guān)處于位置2時，電流表的讀數(shù)為I2=0.3 A。求電源的電動勢E和內(nèi)電阻r。（下轉(zhuǎn)第12頁）

（上接第8頁）

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讓習題教學走向多樣化，讓學生在實驗的設(shè)計及探究中獲得樂趣，對疑難問題也產(chǎn)生觸類旁通的效應(yīng)。習題實驗化不是讓學生多做幾個實驗，而是通過實驗體現(xiàn)“實踐是檢驗真理的唯一標準”。通過學生的參與，讓課堂多一份質(zhì)疑，多一份交流，多一份展示，正是新課程理念的體現(xiàn)。

例如，在習題實驗化階段，我們設(shè)置了這樣的實驗情景。

用鋅片、不銹鋼水杯，加入水后組成自來水電池（圖7）。

提出問題：測量自來水電池的電動勢和內(nèi)阻。

學生結(jié)合閉合電路的歐姆定律，討論、交流后，能設(shè)計出這樣的實驗方案：

①利用電壓表直接測量電動勢，接通電路后，測量一個定值電阻的外電壓，利用公式可以求解。

②利用電流表和兩個定值電阻測量兩次，可利用方程組求解等等。

學生利用實驗器材，可以測出自來水電池的電動勢大約為0.8 V，內(nèi)阻大約為4000 Ω。

綜上所述，面對高中物理“難教難學”的現(xiàn)象，只要我們認真鉆研教材，設(shè)計出學生感興趣的實驗，并讓學生“卷”入其中，真正利用科學探究的方法和態(tài)度獲取新的知識，并且能夠?qū)嶋H應(yīng)用，這樣必然能提高高中物理實驗教學的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，1997.

[2]美國國家科學基金會教育與人力資源部中小學及校外教育處.羅星凱，李萍昌，吳嫻，等，譯.探究——小學科學教學的思想、觀點與策略[M].北京：人民教育出版社，2003.

（欄目編輯 趙保鋼）