巧设课堂物理实验 激发学生探究意识
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摘要：利用物理实验激发学生的探究意识可通过如下方法和途径：增加物理实验的趣味性和生动性，巧妙设计学生物理实验探究活动，加强实验方法迁移与创新的训练，通过课外小实验培养学生独立的探究能力等。
关键词：物理教学；实验教学；实验设计
现行高中物理教材中有大量的物理实验（演示实验、分组实验、小实验等），但部分实验的设计目的仅仅是为了说明某个物理现象或者反映某个规律，没有以学生的探究活动为目的而进行设计。有的实验过程比较平淡，无法引发学生的探究热情，探究活动流于形式；有的实验效果不明显，无法给学生留下深刻的印象。如何用物理实验去激发学生的探究意识，让学生在观察和实验过程中探究物理世界、获取知识，唤起学生对物理学科的热爱，培养学生的创新能力，值得我们探讨。
一、增加实验的趣味性，激发学生探究兴趣
中学物理学科公认难学，不少学生对学习物理有畏难情绪。其实学生对物理的畏惧不仅是在于物理试题的难度，还在于他们与物理距离太远和对物理的兴趣程度下降，长此以往，学习效果必然降低。
兴趣是最好的老师，可根据教学内容的需要，创设一些学生意想不到的、奇特的物理现象，激发学生对物理学科的学习兴趣，通过精彩的实验过程引导学生通过对物理现象的观察、通过自主的探究和思考，正确理解物理概念、规律，使他们接近物理、亲近物理，使他们感到学习物理是一件快乐的事情。
例如《动量定理》的新课，可通过这样一个实验作为新课引入：桌子边缘放一张纸，纸上放一只玻璃杯，老师向桌外边的方向将纸张迅速抽出，学生惊奇地发现玻璃杯几乎不动，在担心玻璃杯“命运”的同时思考这样一个问题：玻璃杯明明受到纸张的摩擦力却几乎不动，难道与牛顿运动定律有冲突？接下来老师再重新做一遍实验，但这次是慢慢地拉动纸张，学生发现这时玻璃杯随着纸张向桌边移动，刚才悬下的心又被提起来了……连续的两个实验，学生很容易顿悟出力使物体的运动效果不仅只与力的大小有关，还与力的作用时间有关。学生对这样的新课导入印象深刻（实验有冲击力），对新课知识的掌握也许永生难忘（不是来自外部的填鸭而是来自内在的认知）。整个实验过程学生都处于强烈的求知欲状态，积极参与学习过程，通过直接的体验和思考，降低学习难度。学习积极性的提高，就能不知不觉地克服学习上困难，从探究活动中得到收获，对物理就有了兴趣，学习效率就自然提高了。
设想一下，如果这个课题引入采用“纸上谈兵”的方式，没有用真实的实验来诱发学生的问题意识，学生对冲量与动量变化的关系只能在被动的状态下接受，效果可想而知。
二、巧妙设计学生物理实验探究活动
科学探究活动是高中物理教学重要的课堂活动，但一些探究过程的预设只为教学目标而设计，探究的过程（含五个要素：提出问题、假设与猜想、设计与分析、实验与验证、评价与交流）也是机械地生搬硬套，学生在探究活动中比较被动，只为完成任务而探究。为了使学生积极参与探究活动，教师要精心选择物理实验，让物理现象出乎学生的意料之外，需要探究的问题自然而然来自学生的自己的想法，而不是老师预先的设定，从而产生强烈的探究欲望，教师趁势引导学生自主完成探究的过程。用巧妙设计和控制物理实验过程来激发学生大胆的猜想、让学生探究目标明确，教师再逐步引导学生从物理实验中获得知识经验，让学生在创设的物理情景中运用已有经验和知识，对新的课题（问题）进行有意识的探究，在物理实验过程中寻找物理规律。
例如在选修3-2《自感》的教学过程中，除了安排课本中的经典实验外，在新课引入时，我用了一个电感线圈和一节5号干电池，让几个同学在讲台边手拉手串联起来，线圈的两条引线分别连接第一个同学的手和最后一个同学的手，再让两条引线与5号干电池连接。当电池与线圈连接时，这几个串联的同学没有感觉；可是在引线与电池断开的瞬间，几个同学都因受到电击而“跳”起来，全班同学们感到非常惊诧：为什么一节干电池只有1.5V的电压，却可以使几个同学触电？同学们的探究热情一下子被激发起来。
接下来的探究过程自然就很顺利展开，同学们的问题与猜想一个接一个：一节干电池只有1.5V的电压，不足以让同学们触电，那么使同学触电的高压从哪里来？为什么只用1.5V干电池就能产生近千伏的高压？为什么触电是发生在电池与线圈断开的瞬间？很快学生通过讨论、猜想得出结论：断电时电流突然减少，引起磁通量变化，线圈产生感应电动势。自感电动势与哪些因素有关？学生们联系法拉第电磁感应定律，得出与线圈的匝数有关的结论，教师通过演示实验验证了学生的猜想。接下来的空心线圈与铁芯线圈的对比实验引起学生新一轮的探究：铁芯的作用有那么神奇吗？线圈中的铁芯作用那么大吗？为什么同样的电路可以使人有触电的感觉（近千伏特的高压），但换成1.5伏特的小灯泡却只闪亮一下而没有被烧毁？电流的突变（变化率大）产生的电动势是否大于电流缓变（变化率小）产生的电动势？学生在猜想、探究和实验验证中找到了电动势与电流变化率有关、与线圈中是否有铁芯有关、与线圈大小有关等规律。小组讨论与交流迸发着思维的火花，学生的想法有些出乎意料之外，如：没有线圈（一段导体）有自感现象吗？能否用电容器替代线圈？等等。
本节课在两个教学班都顺利完成探究过程，我的体会有以下几点：一是学生的几个猜想是在实验现象的激发下产生的，真正源自学生自己的想法，而这样的过程正是培养学生自主探究能力所需要的。二是几个验证性实验是按照学生的猜想来做的，这个过程完全体现了新课程“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”；达到了“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”的目标。同时，学生的猜想有的超出了我的预期，但用电容器替代线圈是否能产生自感电动势的实验是我事先没想到的，只好过后补做了实验。三是课内实验激起的“震荡波”在课后的一段时间内还未消失，部分同学自发讨论“警用高压电棍”、“高压电蚊拍”的原理。
三、加强实验方法迁移与创新训练
实验设计是探究活动重要的一环，只有学生能够根据实验目的自主进行实验设计，探究才有实质的意义。要让学生参与物理实验的设计过程，让学生感受到他们可以真正地融入物理境界之中，成为物理世界中的主人，而不是单纯接受物理知识的“容器”。在课本已有的分组实验基础上，我鼓励学生不应拘泥课本中的实验方法，要敢于提出其他实验方案和方法，重新设计实验；同时在实验室器材允许的条件下，可让学生完成自己设计的部分实验。
如在学生完成“用单摆测定重力加速度”的实验后，我向学生提出利用日常生活中的物品（如铁挂锁）来替代小球，重新设计实验。实验对象不同了，原来的实验设计方案能用吗？一部分学生继续采用原来的实验方案，但在测量摆长时遇到了问题，因为锁的重心位置很难测定。我向学生提示，能否在实验原理的构思上重新考虑，使得在实验数据处理时，锁的重心位置能够“隐去”，通过积极深入的思考，学生提出了将摆长分成两部分：摆线长度L和绳与锁的结点到锁的重心的距离x，通过改变摆长进行两次测量，根据单摆周期公式，由l1+X=■和l2+X=■得出重力加速度的表达式 g=■，通过重新设计后，化解了测量上的困难。
又如伏安法测定电阻的实验，课本中是采用电压表和电流表同时测出U、I两个量，再由R=■求出电阻；但如果实验器材中只有电压表或只有电流表，是否也可以设计出测电阻的实验？再有，伏安法除了测电阻外是否还可测定其它物理量（如小灯泡、直流电动机的功率）？这些设计方案虽然也可以由教师直接告诉学生，但这样不但达不到培养学生实验设计能力的作用，还使学生处于被动学习的状态而疏远物理。
四、通过课外小实验培养学生独立探究能力
将课外实验（小实验）做为课堂的延伸，可提高学生的独立探究能力。学生的探究和学习不止在课堂内，课外也非常重要。我们不要认为学生只要在课外做做习题就行了，课外的小实验是他们“亲近”物理的好机会，是学生进一步理解物理规律和探究物理现象的“助推器”。要尽可能地鼓励学生进行课外小实验的设计，并利用日常生活中的一些物品进行实验，甚至可让学生自己设计、制作简易的实验装置。如我向学生提出∶用厘米刻度的米尺、带有秒表功能的手表、细绳、小石块，运用所学的力学知识，设计并完成一些实验。在学生提交的实验报告中，就有很多实验设计方案：运用自由落体公式测重力加速度、测定教学楼高度，验证机械能守恒，测空气对落体的阻力，测平抛运动的初速度，测运动物体平均速度等等。学生在课外实验中，由于思维没有受到课本、教师的限制，更能发挥学生的主观能动性和创造才能，设计的方案较有创意，有利于培养学生的创造性思维，有利于学生深入物理世界。
学生掌握物理知识和提高分析问题、解决问题的能力是需要建立在对物理过程（实验）的体验的基础上，少了物理实验的学习过程表面上看是节约了时间、提高了效率，其实是人为地将学生和物理世界隔开，长此以往物理的教学效率将大打折扣。我们应明白“磨刀不误砍柴工”的道理，将物理实验作为学习物理的基础，让学生在物理世界自由翱翔。