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【摘要】探究能力是创新型人才的必要素质。中学阶段是学生好奇心强、思维活跃的时期。中学物理教学中注重对学生探究性实验能力的培养十分必要。现代教材的编写十分注重通过探究性实验使学生掌握和领会知识，特别是通过探究性实验使学生掌握研究方法，培养探究意识。教师在探究性实验的教学中，需要注重探究的科学性和严谨性，从而为学生将来进行科学研究打下坚实基础。
【关键词】探究性实验 探究能力 科学猜想 变量分析 误差分析
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）07-0163-02
中学阶段特别是高中阶段，学生已具备科学基础知识，学生对周边世界逐步从好奇转向探索。学生开始从经常提出好奇性的问题转变到有动手探索的欲望，但由于学生尚不具备研究能力，一些学生在课余时间或在实验室尝试探究，往往“浅尝辄止”，对问题的研究常常“无疾而终”，所以在高中阶段培养学生探究性实验能力十分必要。对学生探究性实验能力的培养，可以从简单的探究开始，但探究方法需要科学、严谨。教师在探究性实验的教学中，要十分注重研究方法和实验能力的培养，为学生将来发展奠定基础。文章作者长期从事国际文凭组织（IBO）送审作业的指导工作，积累了丰富的探究性实验教学经验，文章也参考了欧美一些国家的实验教学和评估，用实例论述学生探究性实验能力的培养
一、多种途径提出探究性问题
探究性问题的提出方法有多种。首先，可以根据教学内容提出探究性问题。实际上，现在高中物理教材的编写十分注重通过探究性实验来使学生掌握和领会知识，培养学生探究能力。比如：探究单摆的周期跟哪些因素有关；探究自由落体运动规律；探究影响加速度的因素；探究弹簧的弹力跟形变的关系；探究金属的电阻与长度横截面积材料的关系等等。诚然，这些是比较好的探究性课题，但也有其极限性。这些探究性试验由于突出知识与理解以及教材编写本身等因素，学生往往预先知道结果，或者实验拘泥于实验室，学生的探究囿于事先设计好的“条条框框”。由于上述种种原因，这些实验对学生探究能力的培养作用有限。要解决上述问题，教师需要进行巧妙的设计和引导，引发学生的好奇心，或超前于教学内容，使学生带着“未知”去探究则更好。其次，探究性问题的选择还可以来源于日常生活，或者说来源于周边世界。比如：探究不同材料的保温性能；研究投掷铅球的水平距离和角度的关系；研究金属球撞击沙盆时所留下的坑的直径与下落高度的关系；研究灯泡工作情况下电流跟电阻的关系等等。再次，教师还可以针对学生某方面能力的培养设计一些相对“抽象”的实验。比如教师可以专门设计探究性实验培养学生分析变量和处理数据能力等。如下图所示的装置，把一根米尺悬吊在弹簧上，另一端搁在水平桌面上并将一重物固定在米尺不同位置。让学生探究米尺一端振动的周期跟摆放位置（d）的关系。学生对结果一无所知，会怀着好奇心去探究，同时这个探究性实验对提高学生处理实验数据能力有很好的效果。当然这里的所谓“抽象”是相对的，这个试验包含了杠杆平衡、机械振动以及周期等物理知识，可以进一步引发学生的理论思考。这种类型的探究性实验经常出现在学生的评估作业和考试中。
二、猜想结果和变量分析是培养学生探究实验能力的重要环节
在选择了探究课题之后，学生要对探究的可能结果进行的猜想，而这个猜想不是随意的概率式的猜想，学生需要用所学过的知识对猜想进行解释。当然，由于知识的不足和知识应用的片面性，这样的解释往往是偏颇的，但通过这个环节，学生可以把所学的知识和探究性实验结合起来。这不仅有助于学生掌握和理解知识，而且对探究性实验的理论背景有初步的把握，避免脱离理论的盲目探究。同时，猜想可以保持学生的好奇心，保持学生在探究过程中的热情和积极性，对探究过程也往往有一定的导向作用。学生猜想实验结论，也会对提出探究性问题的适当性和合理性有积极作用，避免“不着边际”的探究问题。
任何实验包括探究性实验都会涉及到各种变量：因变量、自变量和控制变量。学生对变量进行分析特别是控制变量的分析对学生掌握科学研究方法十分重要，对实验的科学性和结论的可靠性有重要的保证。探究因变量随自变量的变化，必须尽可能的保证其他因素不变，但发现需要控制的变量以及控制变量的方法并不容易，很多因素不容易被发现而被忽略，所以在探究前教师要引导学生寻找控制变量和控制变量的方法。变量分析不仅可以使学生形成良好的探究性实验习惯，也是学生将来进行科学研究必备的素质。比如：研究不同材料的导热性能，在给不同材质的杯中加热水，让其冷却或者给烧杯外壁包扎各种材料，从而探究材料的保温性能。试验方法很简单，但对控制变量的寻找以及如何控制变量不是很容易的事情。水的初温和室温、水的量、水跟空气接触的面积、实验环境中的气流、杯壁的厚度或包裹材料的厚度等等。这些控制变量的寻找以及控制的方法对学生实验能力的提高是很大的挑战。再比如：在研究金属导体的电阻跟长度的关系时，温度是控制变量。学生在探究中想到发现多种方法控制温度。学生使用空调和风扇来冷却金属导体，也可以在每组数据获得之间切断电源冷却等等。学生通过变量的分析和控制，提高了学生的科学意识，对培养学生学生严谨的实验态度作用十分明显。
三、引导学生用“作图方法”分析实验数据是提高学生处理实验数据能力的重要途径
处理实验数据方法多种，叙述法、公式法以及比值法等等，但用图像法处理实验数据是现代物理实验中处理数据的重要手段。它不仅可以减小偶然误差，而且图像可以比较简洁地显示实验结论。学生通过设计适当表格收集实验数据，把数据作为坐标，在坐标纸上描点作图。学生通过这些过程的操作，逐步养成良好的实验习惯和处理实验数据的能力。通常情况下，图像要么是直线，要么是平滑的曲线。对图像形状和斜率的分析，往往会发现重要的实验结论。学生在使用实验数据作图时要注意以下几个方面：横、纵坐标所指代的物理量和单位必须清晰地标出；通过对横坐标和纵坐标比例尺度的选择以及横、纵坐标的起始值，使图像尽可能地占据坐标纸的绝大部分，避免图像过小，影响实验结论的获得或产生大的误差。比如在探究不同材料的容器的保温性能的实验中，学生通过实验数据和坐标原点和坐标尺度的设计，可以得出高质量的图像，通过对图像斜率的分析，很容易得出结论。在一些探究性实验中，如果图像是直线，其斜率往往具有重要的物理意义。学生可以通过建立大直角三角形的方法求斜率，教师可以通过进一步理论分析，帮助学生弄清楚斜率的物理意义，往往达到“一石二鸟”的目的。学生既提高了处理数据的能力，又达到了知识的理解和掌握。 四、对实验方法的可靠性进行评估以及提出完善实验原理的建议是培养学生探究性实验能力不可或缺的重要环节
撰写实验报告是实验过程的书面展示，是高中阶段学生必须掌握的重要技能，而实验实报告的最后部分是对实验的反思和改进。实际上，任何实验的设计都有其不完善的地方，包括实验原理的不完善以及实验设备本身的局限性。这些问题不可避免地造成实验的系统误差。同时，由于各种主观因素的存在必然会产生偶然误差。在对实验误差分析中，比较重要的是系统误差的来源的分析，因为在实验数据的处理中会通过多次测量以及用图像处理数据等方法尽可能地减小了偶然误差。没有反思，就没有改进。学生不仅要对实验可靠性的分析，而且要提出改进意见。误差来源分析都必须在实验报告体现出来，但必须指出的是：对误差的分析尤其是系统误差的分析，不是很容易的事情。教师在必要时应给予指导。比如：在很多探究性实验中所得的图像往往是过原点的直线，但你由于系统误差的存在，往往会偏离原点等情况下，教师必须引导学生进行误差分析，使学生逐步掌握系统误差分析的方法。比如：学生在探究加速度跟合力关系的实验中，学生对直线位置的分析和系统误差的分析，对学生改进实验方法和完善实验原理的意识培养有很大的促进作用，向来是考试热点也充分说明了这点。对学生这种分析能力的培养需要一个过程，不可能一蹴而就，但对误差的分析和对实验方法改进的思考是一种科学的态度。欧美国家的课程中对中学生的科学态度会进行专门的评估并给出等级作为申请大学的重要依据之一。
总之，学生探究性实验能力的培养对学生将来的科研和创新具有重要意义。教师在物理教学中，要重视探究性实验的地位，引导学生做好探究性实验的各个环节，鼓励学生开放思维，培养学生严谨探究，督促学生进行反思和改进。
参考文献：
[1]《研究性学习指导》广西师范大学出版社周庆林2004.10
[2]《中学物理教学中表现性评价的设计与实施》张海涛《教育科学研究》2006（5）
[3]《PHYSICS》 IBID Press Gregg Kerr
[4]《Cambridge IGCSE PHYSICS》Collins University of Cambridge International Examinations
[5]《教育心理学》广东高等教育出版社 莫雷 2002.12
【关键词】探究性实验 探究能力 科学猜想 变量分析 误差分析
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）07-0163-02
中学阶段特别是高中阶段，学生已具备科学基础知识，学生对周边世界逐步从好奇转向探索。学生开始从经常提出好奇性的问题转变到有动手探索的欲望，但由于学生尚不具备研究能力，一些学生在课余时间或在实验室尝试探究，往往“浅尝辄止”，对问题的研究常常“无疾而终”，所以在高中阶段培养学生探究性实验能力十分必要。对学生探究性实验能力的培养，可以从简单的探究开始，但探究方法需要科学、严谨。教师在探究性实验的教学中，要十分注重研究方法和实验能力的培养，为学生将来发展奠定基础。文章作者长期从事国际文凭组织（IBO）送审作业的指导工作，积累了丰富的探究性实验教学经验，文章也参考了欧美一些国家的实验教学和评估，用实例论述学生探究性实验能力的培养
一、多种途径提出探究性问题
探究性问题的提出方法有多种。首先，可以根据教学内容提出探究性问题。实际上，现在高中物理教材的编写十分注重通过探究性实验来使学生掌握和领会知识，培养学生探究能力。比如：探究单摆的周期跟哪些因素有关；探究自由落体运动规律；探究影响加速度的因素；探究弹簧的弹力跟形变的关系；探究金属的电阻与长度横截面积材料的关系等等。诚然，这些是比较好的探究性课题，但也有其极限性。这些探究性试验由于突出知识与理解以及教材编写本身等因素，学生往往预先知道结果，或者实验拘泥于实验室，学生的探究囿于事先设计好的“条条框框”。由于上述种种原因，这些实验对学生探究能力的培养作用有限。要解决上述问题，教师需要进行巧妙的设计和引导，引发学生的好奇心，或超前于教学内容，使学生带着“未知”去探究则更好。其次，探究性问题的选择还可以来源于日常生活，或者说来源于周边世界。比如：探究不同材料的保温性能；研究投掷铅球的水平距离和角度的关系；研究金属球撞击沙盆时所留下的坑的直径与下落高度的关系；研究灯泡工作情况下电流跟电阻的关系等等。再次，教师还可以针对学生某方面能力的培养设计一些相对“抽象”的实验。比如教师可以专门设计探究性实验培养学生分析变量和处理数据能力等。如下图所示的装置，把一根米尺悬吊在弹簧上，另一端搁在水平桌面上并将一重物固定在米尺不同位置。让学生探究米尺一端振动的周期跟摆放位置（d）的关系。学生对结果一无所知，会怀着好奇心去探究，同时这个探究性实验对提高学生处理实验数据能力有很好的效果。当然这里的所谓“抽象”是相对的，这个试验包含了杠杆平衡、机械振动以及周期等物理知识，可以进一步引发学生的理论思考。这种类型的探究性实验经常出现在学生的评估作业和考试中。
二、猜想结果和变量分析是培养学生探究实验能力的重要环节
在选择了探究课题之后，学生要对探究的可能结果进行的猜想，而这个猜想不是随意的概率式的猜想，学生需要用所学过的知识对猜想进行解释。当然，由于知识的不足和知识应用的片面性，这样的解释往往是偏颇的，但通过这个环节，学生可以把所学的知识和探究性实验结合起来。这不仅有助于学生掌握和理解知识，而且对探究性实验的理论背景有初步的把握，避免脱离理论的盲目探究。同时，猜想可以保持学生的好奇心，保持学生在探究过程中的热情和积极性，对探究过程也往往有一定的导向作用。学生猜想实验结论，也会对提出探究性问题的适当性和合理性有积极作用，避免“不着边际”的探究问题。
任何实验包括探究性实验都会涉及到各种变量：因变量、自变量和控制变量。学生对变量进行分析特别是控制变量的分析对学生掌握科学研究方法十分重要，对实验的科学性和结论的可靠性有重要的保证。探究因变量随自变量的变化，必须尽可能的保证其他因素不变，但发现需要控制的变量以及控制变量的方法并不容易，很多因素不容易被发现而被忽略，所以在探究前教师要引导学生寻找控制变量和控制变量的方法。变量分析不仅可以使学生形成良好的探究性实验习惯，也是学生将来进行科学研究必备的素质。比如：研究不同材料的导热性能，在给不同材质的杯中加热水，让其冷却或者给烧杯外壁包扎各种材料，从而探究材料的保温性能。试验方法很简单，但对控制变量的寻找以及如何控制变量不是很容易的事情。水的初温和室温、水的量、水跟空气接触的面积、实验环境中的气流、杯壁的厚度或包裹材料的厚度等等。这些控制变量的寻找以及控制的方法对学生实验能力的提高是很大的挑战。再比如：在研究金属导体的电阻跟长度的关系时，温度是控制变量。学生在探究中想到发现多种方法控制温度。学生使用空调和风扇来冷却金属导体，也可以在每组数据获得之间切断电源冷却等等。学生通过变量的分析和控制，提高了学生的科学意识，对培养学生学生严谨的实验态度作用十分明显。
三、引导学生用“作图方法”分析实验数据是提高学生处理实验数据能力的重要途径
处理实验数据方法多种，叙述法、公式法以及比值法等等，但用图像法处理实验数据是现代物理实验中处理数据的重要手段。它不仅可以减小偶然误差，而且图像可以比较简洁地显示实验结论。学生通过设计适当表格收集实验数据，把数据作为坐标，在坐标纸上描点作图。学生通过这些过程的操作，逐步养成良好的实验习惯和处理实验数据的能力。通常情况下，图像要么是直线，要么是平滑的曲线。对图像形状和斜率的分析，往往会发现重要的实验结论。学生在使用实验数据作图时要注意以下几个方面：横、纵坐标所指代的物理量和单位必须清晰地标出；通过对横坐标和纵坐标比例尺度的选择以及横、纵坐标的起始值，使图像尽可能地占据坐标纸的绝大部分，避免图像过小，影响实验结论的获得或产生大的误差。比如在探究不同材料的容器的保温性能的实验中，学生通过实验数据和坐标原点和坐标尺度的设计，可以得出高质量的图像，通过对图像斜率的分析，很容易得出结论。在一些探究性实验中，如果图像是直线，其斜率往往具有重要的物理意义。学生可以通过建立大直角三角形的方法求斜率，教师可以通过进一步理论分析，帮助学生弄清楚斜率的物理意义，往往达到“一石二鸟”的目的。学生既提高了处理数据的能力，又达到了知识的理解和掌握。 四、对实验方法的可靠性进行评估以及提出完善实验原理的建议是培养学生探究性实验能力不可或缺的重要环节
撰写实验报告是实验过程的书面展示，是高中阶段学生必须掌握的重要技能，而实验实报告的最后部分是对实验的反思和改进。实际上，任何实验的设计都有其不完善的地方，包括实验原理的不完善以及实验设备本身的局限性。这些问题不可避免地造成实验的系统误差。同时，由于各种主观因素的存在必然会产生偶然误差。在对实验误差分析中，比较重要的是系统误差的来源的分析，因为在实验数据的处理中会通过多次测量以及用图像处理数据等方法尽可能地减小了偶然误差。没有反思，就没有改进。学生不仅要对实验可靠性的分析，而且要提出改进意见。误差来源分析都必须在实验报告体现出来，但必须指出的是：对误差的分析尤其是系统误差的分析，不是很容易的事情。教师在必要时应给予指导。比如：在很多探究性实验中所得的图像往往是过原点的直线，但你由于系统误差的存在，往往会偏离原点等情况下，教师必须引导学生进行误差分析，使学生逐步掌握系统误差分析的方法。比如：学生在探究加速度跟合力关系的实验中，学生对直线位置的分析和系统误差的分析，对学生改进实验方法和完善实验原理的意识培养有很大的促进作用，向来是考试热点也充分说明了这点。对学生这种分析能力的培养需要一个过程，不可能一蹴而就，但对误差的分析和对实验方法改进的思考是一种科学的态度。欧美国家的课程中对中学生的科学态度会进行专门的评估并给出等级作为申请大学的重要依据之一。
总之，学生探究性实验能力的培养对学生将来的科研和创新具有重要意义。教师在物理教学中，要重视探究性实验的地位，引导学生做好探究性实验的各个环节，鼓励学生开放思维，培养学生严谨探究，督促学生进行反思和改进。
参考文献：
[1]《研究性学习指导》广西师范大学出版社周庆林2004.10
[2]《中学物理教学中表现性评价的设计与实施》张海涛《教育科学研究》2006（5）
[3]《PHYSICS》 IBID Press Gregg Kerr
[4]《Cambridge IGCSE PHYSICS》Collins University of Cambridge International Examinations
[5]《教育心理学》广东高等教育出版社 莫雷 2002.12