初中物理探究性實驗教學(xué)與現(xiàn)實研究的距離

1、初中物理探究性實驗教學(xué)與現(xiàn)實研究的距離關(guān)于一節(jié)公開課 “探究物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”教學(xué)反思探究性實驗作為相對于驗證性實驗的一種新的學(xué)習(xí)方式，它是把學(xué)生看成小科學(xué)家，由學(xué)生自己運用實驗手段，探究未知的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，并在獲得現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出實驗結(jié)論。探究過程實質(zhì)是一個思維的過程，這個思維的過程是模擬科學(xué)工作者進行科研的思維程序來進行的，這種思維程序也就是學(xué)生科學(xué)探究的程序步驟。九年義務(wù)教育物理新課程內(nèi)容標準說明了科學(xué)探究的程序及要素是：提出問題猜想與假設(shè)制定計劃與設(shè)計實驗進行實驗與收集證據(jù)分析與論證評估交流與合作。探究性實驗教學(xué)是以問題為核心的教學(xué)，是在教師指導(dǎo)下，選擇一些具有探究價值的教學(xué)

2、題材，讓學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)，探究物理規(guī)律，重視對物理知識形成過程的探究，從而使學(xué)生的認知過程進行積累。不可否認，就像九年義務(wù)教育物理新課程內(nèi)容標準中闡述的一樣，科學(xué)探究其基本過程具有七個要素，在學(xué)生的探究中，其過程可以只涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。而科學(xué)探究中應(yīng)用最廣泛的、也是作為初中學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)之一的探究方法就是對比實驗探究法，其中包含著控制變量的實驗思想（特別強調(diào)單個因素的控制變量實驗法）。一般教師在課堂上的實驗探究過程就是按照上述的探究過程與步驟進行的。但課堂效果與真正的物理規(guī)律、概念之間還有多大的差距呢？案例：“探究物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系（密度概念引入）”中，是這樣設(shè)計的：

3、第一次上課設(shè)計：一、 提出問題：黑盒引入：盒內(nèi)裝一些物體，不開猜出里面的東西是什么？用什么方法？俗語引入：鐵比棉花輕故事引入：第一個飛行員住過的房間里的空氣，論斤賣還是論體積賣合算？同樣條件下，同一種物質(zhì)，體積越大，質(zhì)量越大，如果體積增大到原來2倍，質(zhì)量也會增加到原來的2倍嗎？二、猜想與假設(shè)：同一種物質(zhì)的質(zhì)量和它的體積成正比？反比？其它關(guān)系？三、制定計劃和設(shè)計實驗：1、 實驗?zāi)康模禾骄课镔|(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系2、 原理：取體積不同的物質(zhì)，對應(yīng)的質(zhì)量進行研究3、 實驗器材：天平、量筒、水、一次性杯子、鐵塊、銅塊、鋁塊、細線四、進行實驗收集證據(jù)：（一）探究水的質(zhì)量和體積的關(guān)系1、在空一次性杯中中倒適

4、量的水，將天平放在平臺上，調(diào)節(jié)天平平衡，測量出杯和水總質(zhì)量記為M12、將燒杯中的水倒一部分到量筒里，記下量筒中水的體積，記為V3、用天平測出杯中剩下水與杯的總質(zhì)量M24、改變不同的質(zhì)量和體積，重復(fù)2、3步驟做三次測量5、將上述測量數(shù)據(jù)和計算結(jié)果填入表中。實驗次數(shù)杯與水的質(zhì)量M1（克）杯和剩下水的質(zhì)量M2（克）量筒中水的質(zhì)量M（克）量筒中水的體積V（毫升）水的質(zhì)量和體積關(guān)系12根據(jù)表中數(shù)據(jù)，得出結(jié)論： （二）探究鐵（木/鋁）塊的質(zhì)量與體積的關(guān)系1、將天平放在平臺上，調(diào)節(jié)天平平衡，測量出鐵塊的質(zhì)量2、在量筒中加入適量水，讀出量筒中水的體積V13、用線將鐵（木/鋁）塊捆好放入水中，記下水面讀數(shù)V24

5、、更換鐵（木/鋁）塊重復(fù)13步驟，測三組數(shù)據(jù)記錄在表格中實驗次數(shù)鐵（木/鋁）塊的質(zhì)量M（克）量筒中水的體積V1（毫升）量筒中水加鐵（木/鋁）塊的體積V2（毫升）鐵（鋁/木）塊的體積V（毫升）鐵（鋁/木）的質(zhì)量和體積關(guān)系123根據(jù)表格數(shù)據(jù)，得出結(jié)論： 五、分析與論證：根據(jù)各個表的數(shù)據(jù)，你得出的結(jié)論是： 在上課之前我充分考慮了本年級學(xué)生學(xué)習(xí)特點，列出他們可能得出的猜想，在實驗前也復(fù)習(xí)了質(zhì)量和體積的測量方法與注意事項，在設(shè)計結(jié)論的可能出現(xiàn)的結(jié)果時也考慮到實驗中操作的失誤等情況：例如，把學(xué)生的猜想各個盡量往課堂能進行的方向引導(dǎo)，在實驗中測量時的操作不斷的巡視指導(dǎo)，在數(shù)據(jù)出來處理數(shù)據(jù)時，把那些同種物質(zhì)的

6、數(shù)據(jù)盡可能的修正到接近的數(shù)據(jù)，結(jié)果本節(jié)課在四十分鐘時間內(nèi)，學(xué)生分組實驗充分，完成了測量質(zhì)量與體積的活動。但是還未歸納出質(zhì)量與體積的具體變化關(guān)系，更無法完成密度概念引入，對本節(jié)課的教學(xué)目標要形成密度的的概念當然也是沒有達成。原因在于這是學(xué)生第一次通過一個完整的實驗過程，獲得實驗數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行分析歸納得出結(jié)論。并且還要從結(jié)論中引伸出密度這個概念，相對剛上初三的學(xué)生而言，這種探究式的實驗教學(xué)方式完成較少，原來的探究過程幾乎也只是某個環(huán)節(jié)，要在課堂內(nèi)完成探究的整個環(huán)節(jié)，在時間把握上沒有經(jīng)驗，在操作實驗方面也不是熟練。從教師方面來說，每個環(huán)節(jié)要引導(dǎo)，并指導(dǎo)整個過程和綜合分析實驗中出現(xiàn)的問題，第一次放手

7、讓學(xué)生來獲得一個新的概念，總有不放心的感覺，所以總放不開，一出現(xiàn)一點問題，就停下來說明一次，直到學(xué)生明白，才能完成一下個環(huán)節(jié)。這樣學(xué)生要真正完成一次完整的探究過程并有所收獲，往往在一節(jié)課內(nèi)難于達成教學(xué)目標。為此，教師應(yīng)當對探究性實驗教學(xué)的環(huán)節(jié)的設(shè)計要更加具體化，對問題更有針對性，并要在較的時間內(nèi)不斷訓(xùn)練學(xué)生的思維習(xí)慣，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的探究方法和習(xí)慣。這樣才能真正是實踐探究的函義。針對第一次上課出現(xiàn)的問題，我對教學(xué)設(shè)計進行了修改后再上課。第二次修改后的上課設(shè)計：一、情景引入：生活常識大瓶的水比小瓶的水質(zhì)量大，演示實驗相同體積的水比煤油質(zhì)量大。二、教師提出問題： 物質(zhì)的質(zhì)量與體積有什么關(guān)系？三、學(xué)

8、生猜想與假設(shè)：可能與物質(zhì)的種類有關(guān)；可能與物質(zhì)本節(jié)質(zhì)量有關(guān)；可能物質(zhì)本身的體積有關(guān)；可能與物體的形狀有關(guān)；可能是正比；可能是反比四、學(xué)生討論制定計劃與設(shè)計實驗：1、實驗?zāi)康模禾骄课镔|(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系； 2、實驗器材：天平、量筒、水、細線、鐵塊（銅塊、橡皮、木塊） ；實驗次數(shù)物質(zhì)質(zhì)量m（克）物體的體積V（厘米3）123、實驗步驟：4、實驗記錄表格：五、分組進行實驗收集證據(jù)：測量鐵/銅/橡皮/木塊的質(zhì)量與體積（分四大組每大組相同，每大組六個小組，每個小組兩人合作）六、分析與論證：綜合實驗數(shù)據(jù)，由教師將四大組實驗中的四組記在綜合表格中， 組別1234物質(zhì)鐵塊橡皮銅塊木塊實驗序號12345678質(zhì)量

9、（克）784664138961887183體積（厘米3）1065101021635質(zhì)量/體積（克/厘米3）78767128138969054052分析歸納得出物質(zhì)質(zhì)量與體積關(guān)系結(jié)論：（1）同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比，比值是定值 ； （2）不同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值不同 ； 七、評估：1、 在探究過程中，質(zhì)量和體積你先測哪一個？順序能否調(diào)？影響測量結(jié)果的因素有哪些？實驗的注意事項？2、 如何測量在水中漂浮的物體的質(zhì)量與體積的關(guān)系呢，有哪些可行方法？請說出你的實驗方案。3、 小組討論實驗結(jié)果以及實驗心得，討論改進后的實驗方案的可行性八、交流與合作：1、 媽媽帶小紅去買飯勺，發(fā)現(xiàn)兩把顏色、形狀、大小

10、都完全相同，輕重卻相差很遠的勺子，媽媽叫小紅買重的一把，還說重的就是不銹鋼做的，小紅百思不得其解，你能給她解釋嗎？2、 用量筒量質(zhì)量：給你一個量筒，請量出50克的水知道了物質(zhì)這種質(zhì)量與體積的關(guān)系可以用來鑒別物質(zhì)這次修改為盡可能達到較好的教學(xué)效果，在以下幾個方面進行改進：1、在引入問題情境設(shè)置上下一番功夫，讓學(xué)生在一定的情境中發(fā)現(xiàn)了“不同體積的物質(zhì)質(zhì)量可以相同”、“體積相同的不同物質(zhì)一般質(zhì)量不相同”、“鋁塊的體積增大幾倍質(zhì)量也增大幾倍”等現(xiàn)象，然后提出問題：物質(zhì)的質(zhì)量與體積有什么關(guān)系？激發(fā)學(xué)生探究的欲望。上課時教師分別出示鐵塊和泡沫塑料塊（外觀顏色和體積相同質(zhì)量不同）、水和酒精（顏色和質(zhì)量相同體

11、積不同），分別讓學(xué)生區(qū)別可能是什么物質(zhì)。學(xué)生很容易利用質(zhì)量區(qū)分了鐵塊和塑料泡沫塊、利用氣味區(qū)分了水與酒精，但是如果不聞氣味一時難區(qū)分。通過這個環(huán)節(jié)的設(shè)計是想說明，顏色、體積、氣味等物體的性質(zhì)不一定能準確地區(qū)別物體，能初步得出“不同體積的物質(zhì)質(zhì)量可以相同”、“體積相同的不同物質(zhì)一般質(zhì)量不相同”等結(jié)論。2、學(xué)生在提出猜想與假設(shè)時，再用相同體積和不同質(zhì)量的鋁塊讓學(xué)生初步判斷“鋁塊的體積增大幾倍質(zhì)量也增大幾倍”。教師問學(xué)生鋁塊的質(zhì)量與體積的變化可能有什么關(guān)系？別的物質(zhì)也是樣嗎？這個關(guān)系是否也是你用來猜測出某種物質(zhì)是什么？學(xué)生提出自己的猜測：有的學(xué)生說質(zhì)量與體積成正比的，有的說質(zhì)量與體積成反比。教師追問

12、學(xué)生，是什么原因致使你有這樣的猜想與假設(shè)的？從而挖掘、啟發(fā)學(xué)生的思維，全面了解學(xué)生對于將要探究知識的基礎(chǔ)前知識的認識與把握，同時也發(fā)現(xiàn)了課堂新的知識增長點。3、在制定計劃、設(shè)計實驗時，引導(dǎo)學(xué)生認識科學(xué)概念與實驗現(xiàn)象之間的關(guān)系，如何進行設(shè)計步驟？也討論哪些步驟是可取的？哪些是可以行的？同時，強調(diào)控制變量實驗法的思想的教學(xué)，教師把全班學(xué)生分成四大組，第一大組以不同體積的鐵塊材料進行實驗，第二大組以橡皮為材料進行實驗，第三大組以銅塊為材料進行實驗，第四大組以木塊為材料進行實驗，確定了每一大組測量的物質(zhì)種類相同，使這種思想在實驗方案中得到全面體現(xiàn)。4、在觀察與實驗、獲取事實與證據(jù)步驟上，指導(dǎo)學(xué)生進行“

13、有序觀察”，并按照控制變量法的要求記錄實驗數(shù)據(jù)；同時要求學(xué)生關(guān)注實驗過程中的“特殊現(xiàn)象：當物質(zhì)是漂浮在水面時應(yīng)該怎么測體積？”，并學(xué)會發(fā)現(xiàn)、分析、討論這些“特殊現(xiàn)象”，為實驗探究的第六個步驟“評估”提供新的課堂知識增長點。5、在實驗探究的最后兩個步驟中，有充分的時間讓學(xué)生對彼此的實驗過程、實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)論進行互相之間的評價、質(zhì)疑，在評價與質(zhì)疑中構(gòu)建新知識體系，并使課堂探究的方向向更深、更廣的方向發(fā)展，為學(xué)生進一步探究建立興趣基礎(chǔ)。應(yīng)該說，以上的教學(xué)設(shè)計我認為是原設(shè)計更符合學(xué)生的認知規(guī)律，對于學(xué)生形成密度這一概念更很幫助：能夠從學(xué)生已有知識經(jīng)驗入手(顏色、質(zhì)量、氣味區(qū)別事物)，設(shè)置一

14、個突出的矛盾(一種新的能區(qū)別物質(zhì)的性持，為密度的得出創(chuàng)設(shè)鋪墊)，激發(fā)學(xué)生探索新的可能區(qū)別物質(zhì)的一個“指標”。而后續(xù)的“把鋁塊按體積成比例放在天平上比質(zhì)量，觀察質(zhì)量與體積的變化”就是研究“質(zhì)量與體積存在什么關(guān)系”的最好的情境。但問題就出在學(xué)生對于“實驗結(jié)果的匯報及密度概念的得出”上。各小組完成實驗填好表格后，教師要求每一大組派代表匯報自己的實驗情況及得出的結(jié)論，然后教師把他們各小組的數(shù)據(jù)挑選出一些展示給全班。然后按數(shù)據(jù)結(jié)果問學(xué)生這是什么結(jié)果？能看出物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系嗎？幾乎所有的學(xué)生都是說“通過本組的實驗我們得出質(zhì)量與體積成正比”。粗看這個結(jié)論，好像不存在什么缺陷，但從實驗結(jié)果推論的嚴密性與

15、科學(xué)性上看，這個結(jié)論的得出是毫無道理。我們知道，每一位學(xué)生的實驗結(jié)果確實得到了“體積增大，質(zhì)量也增大”的結(jié)論，但是每一小組在三次實驗中的最后一個數(shù)據(jù)（用質(zhì)量比體積的值）只是一個很接近的數(shù)據(jù)，而不是完全相同的數(shù)。教師為了得到 “質(zhì)量與體積成正比”的規(guī)律的結(jié)論，對一些組的數(shù)據(jù)進行修正，牽強得到這個結(jié)果。但是這種結(jié)論是在非常有限的實驗次數(shù)(一般都是三次實驗)的基礎(chǔ)上通過不完全歸納法得出的，不能保證現(xiàn)實真得如此，也不能保證其他的材料也是如此，畢竟只做了四種材料，而也推測其他物質(zhì)也是如此的只能是片面的。通過上述的分析，我們發(fā)現(xiàn)，以初中課堂的實力，我們根本沒有辦法嚴密地論證“物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比”的，更

16、不可能在一節(jié)實驗里里真正得出“同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比是個定值；不同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值不同”。這個結(jié)論的得出只能立足于我們的不完全的歸納法，立足于我們的推測。初中階段這樣的例子還有很多，如研究“物質(zhì)吸收的熱量與哪些因素有關(guān)”時，課堂實驗也只有在定性實驗和有限實驗次數(shù)的基礎(chǔ)上“驗證”“物質(zhì)吸收的熱量多少與物體的質(zhì)量、物體的種類、物體升高的溫度有關(guān)”，而要得到像“同種物質(zhì)，物體吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度乘積的比值是定值；不同種物質(zhì)，物體吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度乘積的比值是不同的”這樣的內(nèi)容，則是科學(xué)家經(jīng)過無數(shù)次的實驗和“精密的”實驗儀器、巧妙的實驗方法，花畢生心血，長期研究得到的。這一點的

17、說明絕不可忽略。所以在引入相關(guān)的物理概念或規(guī)律時，我們也要讓學(xué)生明確這一點。這是包括許多科學(xué)家在內(nèi)的人們經(jīng)過無數(shù)次的實驗證明，我們才得到的。上完課后，許多老師提出他們中肯的看法，特別是在下結(jié)論這部分，有些牽強，因為就現(xiàn)在初中階段的實驗器材而言，大的誤差永遠不可能消除，而且數(shù)據(jù)有的差距還比較大，我自己感覺到這樣的課堂實驗探究充滿了模式化、機械化、程序化的步驟，每一個步驟中真正有涉及到科學(xué)精神、科學(xué)哲學(xué)思想比較少。也就是說，這樣的探究僅僅把科學(xué)探究技術(shù)化，還缺乏科學(xué)素養(yǎng)中最重要的內(nèi)容科學(xué)情感、態(tài)度、價值觀的內(nèi)容。到底我們的課堂研究與科學(xué)真正的研究還有多大的差距？牛頓說：如果我看的比別人遠，那是因為我站在巨人的肩上。所有的科學(xué)結(jié)論是不可能在四十分鐘內(nèi)的課堂就能達成的，況且是一個科學(xué)的問題，怎么可能在一節(jié)課里解決呢？它們都是在一代代科學(xué)者的艱辛努力下，在一個個被否定的實驗下，最終歷盡考驗、修正，才被世人所認知的。我們只能說在這節(jié)課里是在重復(fù)一個許多科學(xué)工作者在做出過無數(shù)次的失敗嘗試后才最后得出的那個正確實驗。所以并不能真正讓學(xué)生體會科學(xué)研究的科學(xué)情感、態(tài)度、價值觀。我們對比這節(jié)課中的探究內(nèi)容與科學(xué)史上真正的實驗探究，存在諸多差異，甚至還有很遠的距離。要真正