淺談科學探究實驗與實驗報告

時間：2020-10-08 13:00:05 報告我要投稿

淺談科學探究實驗與實驗報告

　　作為當前基礎教育課程改革的熱點、亮點和難點，《普通高中物理課程標準》對科學探究提出了明確要求，并指出：“高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神�！币话銇碇v，我們進行科學探究都要遵循以下步驟或流程：

淺談科學探究實驗與實驗報告

　　一、提出問題

　　“現(xiàn)代科學之父”愛因斯坦曾指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決一個問題也許僅僅是一個數(shù)學上的或?qū)嶒炆系募寄芏�，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的進步”。

　　問題是創(chuàng)造的先導，是思維的起點，具有問題意識是一個人有所創(chuàng)新的前提與基礎，是否具有問題意識，能否提出有價值的問題，是因循守舊之人與開拓創(chuàng)新之人的分水嶺。

　　我們提出的問題首先應該是科學的，不能反科學或偽科學，而且還必須是有價值的、有意義的、可以探究的、值得探究的。依據(jù)學生現(xiàn)有的知識，我們所能提出的問題應根源于生活，但又高于生活，卻不能脫離生活和實際經(jīng)驗，提出的問題應在其力所能及范圍之內(nèi)，即有能力應用已有的物理知識，加上部分未知的物理知識，利用科學的方法與思想，或獨立或協(xié)作地予以解決。

　　提出問題后我們還必須明確問題，明確問題是為提出假設或大膽猜想奠定基矗從物理學的角度較為明確地闡述該問題。

　　二、猜想和假設

　　讓學生做假設和猜想，就是根據(jù)已有的物理知識和實驗經(jīng)驗，對解決問題的方式和問題的答案提出猜想與假設，對實驗結(jié)果進行預測。

　　愛因斯坦說過：“想象比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力卻概括世上的一切，推動著科技的進步，并且是知識進化的源泉，嚴格地講，想象力是科學研究中的實在因素�！臂ねヨ壬J為，高中生業(yè)已具備以理論型為主的抽象邏輯思維能力，具體體現(xiàn)在：①學生可以通過假設進行思維。按照提出問題、明確問題、提出假設、驗證假設的途徑，經(jīng)過一系列的抽象邏輯過程，達到目的。②學生思維業(yè)已具備預設性，在解決問題之前，學生已采取了一定的方式和手段。③學生思維已漸進形式化。中學生開始逐步地由具體運算思維占優(yōu)勢發(fā)展為形式思維占優(yōu)勢，不僅能夠進行從特殊到一般的歸納，而且能進行從一般到特殊的演繹。高中生在他們的實踐與學習中，已能夠完成從具體上升到理論，再由理論指導去獲得具體知識的完整過程。④高中生思維活動中自我意識或監(jiān)控能力的明顯化。⑤學生思維能跳出舊框框，創(chuàng)造性思維已獲得迅速發(fā)展，開始追求新穎、獨特的東西，形成了自己對事物的獨特見解。為此，教師要鼓勵學生們大膽猜想，只有想象，才能盡可能多地突破舊有知識的羈索，打破時空的限制，對自己提出的問題盡可能地全方位思考。合理的或大膽的猜想往往閃爍著智慧的火花，無意中的直覺往往可以打開解決問題的大門，激發(fā)創(chuàng)造的靈感，發(fā)揮自己的想象能力，一種大膽而有根有據(jù)的判斷往往也可以突破層層迷團，實現(xiàn)探究的目的。

　　三、制定實驗方案

　　方案是種思想，是個預設，只有經(jīng)過多次嘗試才能完善；方案是盞街燈，是座燈塔，指引著我們有目的有步驟地完成實驗或既定目標。方案設計的`好壞，直接關系到實驗步驟是否井然有序，關系到實驗數(shù)據(jù)是否真實可靠、是否切實可信，關系到實驗結(jié)論是否有代表性、是否具有普遍性。伽利略理想斜面實驗好就好在實驗設計的巧妙，設計的合理，設計的渾然天成。為此：①方案中的儀器應選材合理，便于準備，不能要求過高。在確定實驗方案之前，應首先學會正確操作和熟練操作，特別要注意應該注意的事項。②探究過程應盡量清晰，各步驟間銜接流暢，表格設計合理，應盡可能多地確定實驗方案，盡可能多地進行實驗，并由此比較各個方案的優(yōu)缺點，確定最佳方案，同時若其中某個實驗被確認失敗的話，也可以盡快選擇其他實驗方案。

　　四、進行實驗

　　根據(jù)實驗方案，按照說明書正規(guī)操作，操作時應注意安全（包括儀器安全和人身安全），實驗中要如實記錄數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象等，利用觀察、實驗或其他方式方法，多渠道多形式地收集實驗數(shù)據(jù)和信息。

　　盡可能地收集實驗數(shù)據(jù)與信息，目的是盡量減少偶然誤差的干擾。收集到的信息越多，越有利于我們做定性分析；數(shù)據(jù)越多，越有利于我們做定量的計算。當然，為了更好地逼近實驗結(jié)論，我們除了實驗手段外，還可以從多種信息源上采集和獲取信息，以彌補實驗手段的不足。

　　五、數(shù)據(jù)處理

　　整理完所收集到的數(shù)據(jù)與信息后，就要對數(shù)據(jù)進行分析和處理，“應用科學的思維方法，通過分析和歸納，找出規(guī)律，嘗試根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)處理得出結(jié)論，并對實驗結(jié)果予以解釋和描述”，通過對實驗數(shù)據(jù)的處理，能得到哪些反饋呢？

　　用自己的語言去總結(jié)實驗結(jié)論時，需要注意的是實驗結(jié)論一般應具有以下特征：①條件相當嚴格，不能任意擴大或縮小；②實驗方法相當完善，當然也有需要進一步完善的地方；③表述簡潔而嚴明，應盡量用嚴密且準確的科學術語來描述，且具有相當嚴謹?shù)倪壿嫛?/p>

　　六、心得體會

　　通過實驗，汲取失敗的教訓，積累成功的經(jīng)驗。實驗后要提交實驗報告，報告中要科學地表述自己的探究思路、過程、方法和結(jié)論。踢過足球比賽的大都知道“我們在比賽中，既要注重自己的積極突破，又要注重團隊的團結(jié)合作”的道理，同樣在科學探究實驗中，自我自主探究與交流協(xié)作也一樣重要。在合作中注意既要堅持自己的原則，有自己的思考、有自己的觀點、有自己的實驗方案，也要能夠積極聽取他人的建議，尊重他人的意見和成果。只有我們親身親歷科學探究，才能收獲一種習慣，養(yǎng)成一種意識，養(yǎng)育一種能力，這對我們今后無論是學業(yè)還是事業(yè)都是極其重要的。

　　下面以“探究加速度與質(zhì)量、力之間的關系”的實驗為例，簡要探討如何進行科學探究和書寫實驗報告。

　　實驗原理及實驗方案：牛頓第一定律告訴我們，力并不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。簡而言之，物體運動狀態(tài)的改變體現(xiàn)在速度的改變上，而速度發(fā)生變化就表明物體具有加速度，因此可以說力是使物體產(chǎn)生（或具有）加速度的原因。同是一輛靜止的汽車，施加的牽引力越大，至某一速度所需要的時間越短。由此我們不妨假設加速度與力成一次函數(shù)a＝kf+b，同時假設b＝0。假設成立與否，還需要用實驗探究和驗證。同時，物體的質(zhì)量越大即慣性越大，物體的運動狀態(tài)就越難以發(fā)生改變，即加速度越小，由此我們不妨假設a＝b+1/km，同時假設b＝0。由此，我們現(xiàn)在所要探究的加速度是同時與力、質(zhì)量有關的，那么又有怎樣的關系呢？按照哲學上的觀點，物體運動狀態(tài)的變化情況是由合外力（外因）和質(zhì)量（內(nèi)因）共同決定的，合外力和質(zhì)量兩個因素統(tǒng)一于影響物體運動狀態(tài)的改變過程當中，同時又是矛盾的。合外力促使加速度的產(chǎn)生，質(zhì)量則維持原有狀態(tài)不變，阻礙加速度的產(chǎn)生。在物理學中我們研究一個物理量同時與兩個或多個物理量（或因素）有關的多元問題的基本方法就是控制變量法，即先保持其他物理量（或因素）不變，逐步分析所求物理量與其中某一物理量的關系，而后總結(jié)出這幾個量之間的關系。因此，我們可以首先固定質(zhì)量，探究加速度與力之間的關系；而后固定合外力，探究加速度與質(zhì)量間的關系；最后總結(jié)出加速度與合外力、質(zhì)量的關系。

　　如果a＝k1f成立，反映在a-f圖線上就應該是條過原點的傾斜的直線；如果a＝k2m成立，反映在a-m圖線上就應該是條雙曲線，然而真實地判斷該圖線是否是雙曲線是比較復雜的，不過我們可以變換角度，將a與m成反比轉(zhuǎn)化為a與1/m成正比，即反映在a-1/m圖線上就是一條過原點的傾斜的直線。但加速度是不易測量的，因此我們需將其轉(zhuǎn)化為位移，而且我們所探求的主要是a與f、m間的關系，從另一個角度也說明無須求解a的實際值。設計實驗時使小車做初速度為0的勻加速直線運動，同時將小車放在相同的位置，并同時打開和關閉文件夾使兩小車運動的時間相等，由s＝at2/2便可得出a1/a2＝s1/s2。這樣就將加速度轉(zhuǎn)化為位移，以后做就好的多了。

　　教材給出了實驗裝置，但不甚好。一方面嚴格的光滑水平木板是沒有的，普通實驗室中的木板大都相當粗糙，不符合實驗要求；另一方面，若往小盤中放砝碼，好多同學放置的大都不是比較均勻，然而這樣做很容易帶來相當大的誤差。改進后的實驗裝置如下圖：

　　實驗器材：上部有凹槽的小車兩個，一端帶有定滑輪的長直木板兩個，大型文件夾一個，砝碼若干，勾碼若干，細線若干，刻度尺一把。

　　為記錄小車的加速度，我們可以采用打點紙帶，同時為避免小車與定滑輪的碰撞，可以在小車后拴兩條較長的細線，細線的另一端加以固定。本實驗方案舍棄砝碼盤，而采用勾碼，可以保證拉力在一條直線上，增減勾碼即改變了小車受到的拉力。在小車上增減砝碼的質(zhì)量，即改變了小車的質(zhì)量。

　　為得到近似光滑的長直木板，我們通常采用平衡摩擦力的方法：不加砝碼，不系細線，試探著移動墊木，使放置在斜面上的小車近似做勻速直線運動，此時物體受g、n、f三個力的作用而處于平衡，合力為0，得gx＝f，兩力的作用效果相互抵消，就相當于f不存在。而當小車受到細線的拉力后，就相當于僅受該

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