例谈科学探究实验与实验报告.doc

例谈科学探究实验与实验报告 摘要：科学探究实验是新课程着重介绍的知识点同时又是当前基础教育课程改革的热点、亮点和难点本文对科学探究的六大要素逐一加以解释并以实例说明如何做好科学探究实验及如何做实验报告 关键词：科学探究科学探究实验实验报告提出问题猜想和假设实验方案数据处理 作为当前基础教育课程改革的热点、亮点和难点普通高中物理课程标准对科学探究提出了明确要求并指出：“高中物理课程应促进学生自主学习让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考通过多样化的教学方式帮助学生学习物理知识与技能培养其科学探究能力使其逐步形成科学态度与科学精神”一般来讲我们进行科学探究都要遵循以下步骤或流程： 一、提出问题 “现代科学之父”爱因斯坦曾指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已而提出新的问题新的可能性从新的角度去看旧的问题却需要有创造性的想象力而且标志着科学的进步” 问题是创造的先导是思维的起点具有问题意识是一个人有所创新的前提与基础是否具有问题意识能否提出有价值的问题是因循守旧之人与开拓创新之人的分水岭 我们提出的问题首先应该是科学的不能反科学或伪科学而且还必须是有价值的、有意义的、可以探究的、值得探究的依据学生现有的知识我们所能提出的问题应根源于生活但又高于生活却不能脱离生活和实际经验提出的问题应在其力所能及范围之内即有能力应用已有的物理知识加上部分未知的物理知识利用科学的方法与思想或独立或协作地予以解决 提出问题后我们还必须明确问题明确问题是为提出假设或大胆猜想奠定基础从物理学的角度较为明确地阐述该问题 二、猜想和假设 让学生做假设和猜想就是根据已有的物理知识和实验经验对解决问题的方式和问题的答案提出猜想与假设对实验结果进行预测 爱因斯坦说过：“想象比知识更重要因为知识是有限的而想象力却概括世上的一切推动着科技的进步并且是知识进化的源泉严格地讲想象力是科学研究中的实在因素”郅庭瑾先生认为高中生业已具备以理论型为主的抽象逻辑思维能力具体体现在：学生可以通过假设进行思维按照提出问题、明确问题、提出假设、验证假设的途径经过一系列的抽象逻辑过程达到目的学生思维业已具备预设性在解决问题之前学生已采取了一定的方式和手段学生思维已渐进形式化中学生开始逐步地由具体运算思维占优势发展为形式思维占优势不仅能够进行从特殊到一般的归纳而且能进行从一般到特殊的演绎高中生在他们的实践与学习中已能够完成从具体上升到理论再由理论指导去获得具体知识的完整过程高中生思维活动中自我意识或监控能力的明显化学生思维能跳出旧框框创造性思维已获得迅速发展开始追求新颖、独特的东西形成了自己对事物的独特见解为此教师要鼓励学生们大胆猜想只有想象才能尽可能多地突破旧有知识的羁索打破时空的限制对自己提出的问题尽可能地全方位思考合理的或大胆的猜想往往闪烁着智慧的火花无意中的直觉往往可以打开解决问题的大门激发创造的灵感发挥自己的想象能力一种大胆而有根有据的判断往往也可以突破层层迷团实现探究的目的 三、制定实验方案 方案是种思想是个预设只有经过多次尝试才能完善；方案是盏街灯是座灯塔指引着我们有目的有步骤地完成实验或既定目标方案设计的好坏直接关系到实验步骤是否井然有序关系到实验数据是否可靠、是否切实可信关系到实验结论是否有代表性、是否具有普遍性伽利略理想斜面实验好就好在实验设计的巧妙设计的合理设计的浑然天成为此：方案中的仪器应选材合理便于准备不能要求过高在确定实验方案之前应首先学会正确操作和熟练操作特别要注意应该注意的事项探究过程应尽量清晰各步骤间衔接流畅表格设计合理应尽可能多地确定实验方案尽可能多地进行实验并由此比较各个方案的优缺点确定最佳方案同时若其中某个实验被确认失败的话也可以尽快选择其他实验方案 四、进行实验 根据实验方案按照说明书正规操作操作时应注意安全（包括仪器安全和人身安全）实验中要如实记录数据和实验现象等利用观察、实验或其他方式方法多渠道多形式地收集实验数据和信息 尽可能地收集实验数据与信息目的是尽量减少偶然误差的干扰收集到的信息越多越有利于我们做定性分析；数据越多越有利于我们做定量的计算当然为了更好地逼近实验结论我们除了实验手段外还可以从多种信息源上采集和获取信息以弥补实验手段的不足 五、数据处理 整理完所收集到的数据与信息后就要对数据进行分析和处理“应用科学的思维方法通过分析和归纳找出规律尝试根据实验现象和数据处理得出结论并对实验结果予以解释和描述”通过对实验数据的处理能得到些反馈呢 用自己的语言去总结实验结论时需要注意的是实验结论一般应具有以下特征：条件相当严格不能任意扩大或缩小；实验方法相当完善当然也有需要进一步完善的地方；表述简洁而严明应尽量用严密且准确的科学术语来描述且具有相当严谨的逻辑 六、心得体会 通过实验汲取失败的教训积累成功的经验实验后要提交实验报告报告中要科学地表述自己的探究思路、过程、方法和结论踢过足球比赛的大都知道“我们在比赛中既要注重自己的积极突破又要注重团队的团结合作”的道理同样在科学探究实验中自我自主探究与交流协作也一样重要在合作中注意既要坚持自己的原则有自己的思考、有自己的观点、有自己的实验方案也要能够积极听取他人的建议尊重他人的意见和成果只有我们亲身亲历科学探究才能收获一种习惯养成一种意识养育一种能力这对我们今后无论是学业还是事业都是极其重要的 下面以“探究加速度与质量、力之间的关系”的实验为例简要探讨如何进行科学探究和书写实验报告 实验原理及实验方案：牛顿第一定律告诉我们力并不是维持物体运动状态的原因而是改变物体运动状态的原因简而言之物体运动状态的改变体现在速度的改变上而速度发生变化就表明物体具有加速度因此可以说力是使物体产生（或具有）加速度的原因同是一辆静止的汽车施加的牵引力越大至某一速度所需要的时间越短由此我们不妨假设加速度与力成一次函数akf+b同时假设b0假设成立与否还需要用实验探究和验证同时物体的质量越大即惯性越大物体的运动状态就越难以发生改变即加速度越小由此我们不妨假设ab+1/km同时假设b0由此我们现在所要探究的加速度是同时与力、质量有关的那么又有怎样的关系呢按照哲学上的观点物体运动状态的变化情况是由合外力（外因）和质量（内因）共同决定的合外力和质量两个因素统一于影响物体运动状态的改变过程当中同时又是矛盾的合外力促使加速度的产生质量则维持原有状态不变阻碍加速度的产生在物理学中我们研究一个物理量同时与两个或多个物理量（或因素）有关的多元问题的基本方法就是控制变量法即先保持其他物理量（或因素）不变逐步分析所求物理量与其中某一物理量的关系而后总结出这几个量之间的关系因此我们可以首先固定质量探究加速度与力之间的关系；而后固定合外力探究加速度与质量间的关系；最后总结出加速度与合外力、质量的关系 如果ak1f成立反映在af图线上就应该是条过原点的倾斜的直线；如果ak2m成立反映在am图线上就应该是条双曲线然而地判断该图线是否是双曲线是比较复杂的不过我们可以变换角度将a与m成反比转化为a与1/m成正比即反映在a1/m图线上就是一条过原点的倾斜的直线但加速度是不易测量的因此我们需将其转化为位移而且我们所探求的主要是a与f、m间的关系从另一个角度也说明无须求解a的实际值设计实验时使小车做初速度为0的匀加速直线运动同时将小车放在相同的位置并同时打开和关闭文件夹使两小车运动的时间相等由sat2/2便可得出a1/a2s1/s2这样就将加速度转化为位移以后做就好的多了 教材给出了实验装置但不甚好一方面严格的光滑水平木板是没有的普通实验室中的木板大都相当粗糙不符合实验要求；另一方面若往小盘中放砝码好多同学放置的大都不是比较均匀然而这样做很容易带来相当大的误差改进后的实验装置如下图： 实验器材：上部有凹槽的小车两个一端带有定滑轮的长直木板两个大型文件夹一个砝码若干勾码若干细线若干刻度尺一把 为记录小车的加速度我们可以采用打点纸带同时为避免小车与定滑轮的碰撞可以在小车后拴两条较长的细线细线的另一端加以固定本实验方案舍弃砝码盘而采用勾码可以