科學(xué)探究實(shí)驗與實(shí)驗報告的論文
摘要：科學(xué)探究實(shí)驗是新課程著(zhù)重介紹的知識點(diǎn)，同時(shí)又是當前基礎教育課程改革的熱點(diǎn)、亮點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對科學(xué)探究的六大要素逐一加以解釋?zhuān)⒁詫?shí)例說(shuō)明如何做好科學(xué)探究實(shí)驗及如何做實(shí)驗報告。
關(guān)鍵詞：科學(xué)探究 科學(xué)探究實(shí)驗 實(shí)驗報告 提出問(wèn)題 猜想和假設 實(shí)驗方案 數據處理
作為當前基礎教育課程改革的熱點(diǎn)、亮點(diǎn)和難點(diǎn)，《普通高中物理課程標準》對科學(xué)探究提出了明確要求，并指出：“高中物理課程應促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習，讓學(xué)生積極參與、樂(lè )于探究、勇于實(shí)驗、勤于思考。通過(guò)多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習物理知識與技能，培養其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神�！币话銇�(lái)講，我們進(jìn)行科學(xué)探究都要遵循以下步驟或流程：
一、提出問(wèn)題
“現代科學(xué)之父”愛(ài)因斯坦曾指出：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，因為解決一個(gè)問(wèn)題也許僅僅是一個(gè)數學(xué)上的或實(shí)驗上的技能而已，而提出新的問(wèn)題，新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，卻需要有創(chuàng )造性的想象力，而且標志著(zhù)科學(xué)的進(jìn)步”。
問(wèn)題是創(chuàng )造的先導，是思維的起點(diǎn)，具有問(wèn)題意識是一個(gè)人有所創(chuàng )新的前提與基礎，是否具有問(wèn)題意識，能否提出有價(jià)值的問(wèn)題，是因循守舊之人與開(kāi)拓創(chuàng )新之人的分水嶺。
我們提出的問(wèn)題首先應該是科學(xué)的，不能反科學(xué)或偽科學(xué)，而且還必須是有價(jià)值的、有意義的、可以探究的、值得探究的。依據學(xué)生現有的知識，我們所能提出的問(wèn)題應根源于生活，但又高于生活，卻不能脫離生活和實(shí)際經(jīng)驗，提出的問(wèn)題應在其力所能及范圍之內，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(xué)的方法與思想，或獨立或協(xié)作地予以解決。
提出問(wèn)題后我們還必須明確問(wèn)題，明確問(wèn)題是為提出假設或大膽猜想奠定基礎。從物理學(xué)的角度較為明確地闡述該問(wèn)題。
二、猜想和假設
讓學(xué)生做假設和猜想，就是根據已有的物理知識和實(shí)驗經(jīng)驗，對解決問(wèn)題的方式和問(wèn)題的答案提出猜想與假設，對實(shí)驗結果進(jìn)行預測。
愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“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(dòng)著(zhù)科技的進(jìn)步，并且是知識進(jìn)化的源泉，嚴格地講，想象力是科學(xué)研究中的實(shí)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，具體體現在：
�、賹W(xué)生可以通過(guò)假設進(jìn)行思維。按照提出問(wèn)題、明確問(wèn)題、提出假設、驗證假設的途徑，經(jīng)過(guò)一系列的抽象邏輯過(guò)程，達到目的。
�、趯W(xué)生思維業(yè)已具備預設性，在解決問(wèn)題之前，學(xué)生已采取了一定的方式和手段。
�、蹖W(xué)生思維已漸進(jìn)形式化。中學(xué)生開(kāi)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(jìn)行從特殊到一般的歸納，而且能進(jìn)行從一般到特殊的演繹。高中生在他們的實(shí)踐與學(xué)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(guò)程。
�、芨咧猩季S活動(dòng)中自我意識或監控能力的明顯化。
�、輰W(xué)生思維能跳出舊框框，創(chuàng )造性思維已獲得迅速發(fā)展，開(kāi)始追求新穎、獨特的東西，形成了自己對事物的獨特見(jiàn)解。為此，教師要鼓勵學(xué)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(shí)空的限制，對自己提出的問(wèn)題盡可能地全方位思考。合理的或大膽的猜想往往閃爍著(zhù)智慧的火花，無(wú)意中的直覺(jué)往往可以打開(kāi)解決問(wèn)題的大門(mén)，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的判斷往往也可以突破層層迷團，實(shí)現探究的目的。
三、制定實(shí)驗方案
方案是種思想，是個(gè)預設，只有經(jīng)過(guò)多次嘗試才能完善；方案是盞街燈，是座燈塔，指引著(zhù)我們有目的有步驟地完成實(shí)驗或既定目標。方案設計的好壞，直接關(guān)系到實(shí)驗步驟是否井然有序，關(guān)系到實(shí)驗數據是否真實(shí)可靠、是否切實(shí)可信，關(guān)系到實(shí)驗結論是否有代表性、是否具有普遍性。伽利略理想斜面實(shí)驗好就好在實(shí)驗設計的巧妙，設計的合理，設計的渾然天成。為此：
�、俜桨钢械膬x器應選材合理，便于準備，不能要求過(guò)高。在確定實(shí)驗方案之前，應首先學(xué)會(huì )正確操作和熟練操作，特別要注意應該注意的事項。
�、谔骄窟^(guò)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(shí)驗方案，盡可能多地進(jìn)行實(shí)驗，并由此比較各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定最佳方案，同時(shí)若其中某個(gè)實(shí)驗被確認失敗的話(huà)，也可以盡快選擇其他實(shí)驗方案。
四、進(jìn)行實(shí)驗
根據實(shí)驗方案，按照說(shuō)明書(shū)正規操作，操作時(shí)應注意安全（包括儀器安全和人身安全），實(shí)驗中要如實(shí)記錄數據和實(shí)驗現象等，利用觀(guān)察、實(shí)驗或其他方式方法，多渠道多形式地收集實(shí)驗數據和信息。
盡可能地收集實(shí)驗數據與信息，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；數據越多，越有利于我們做定量的計算。當然，為了更好地逼近實(shí)驗結論，我們除了實(shí)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(shí)驗手段的不足。
五、數據處理
整理完所收集到的數據與信息后，就要對數據進(jìn)行分析和處理，“應用科學(xué)的思維方法，通過(guò)分析和歸納，找出規律，嘗試根據實(shí)驗現象和數據處理得出結論，并對實(shí)驗結果予以解釋和描述”，通過(guò)對實(shí)驗數據的處理，能得到哪些反饋呢？
用自己的語(yǔ)言去總結實(shí)驗結論時(shí)，需要注意的是實(shí)驗結論一般應具有以下特征：
�、贄l件相當嚴格，不能任意擴大或縮��；
�、趯�(shí)驗方法相當完善，當然也有需要進(jìn)一步完善的地方；
�、郾硎龊�(jiǎn)潔而嚴明，應盡量用嚴密且準確的科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述，且具有相當嚴謹的邏輯。
六、心得體會(huì )
通過(guò)實(shí)驗，汲取失敗的教訓，積累成功的經(jīng)驗。實(shí)驗后要提交實(shí)驗報告，報告中要科學(xué)地表述自己的探究思路、過(guò)程、方法和結論。踢過(guò)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合作”的道理，同樣在科學(xué)探究實(shí)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(guān)點(diǎn)、有自己的實(shí)驗方案，也要能夠積極聽(tīng)取他人的建議，尊重他人的意見(jiàn)和成果。只有我們親身親歷科學(xué)探究，才能收獲一種習慣，養成一種意識，養育一種能力，這對我們今后無(wú)論是學(xué)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(guān)系”的實(shí)驗為例，簡(jiǎn)要探討如何進(jìn)行科學(xué)探究和書(shū)寫(xiě)實(shí)驗報告。
實(shí)驗原理及實(shí)驗方案：牛頓第一定律告訴我們，力并不是維持物體運動(dòng)狀態(tài)的原因，而是改變物體運動(dòng)狀態(tài)的原因。簡(jiǎn)而言之，物體運動(dòng)狀態(tài)的改變體現在速度的改變上，而速度發(fā)生變化就表明物體具有加速度，因此可以說(shuō)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(chē)，施加的牽引力越大，至某一速度所需要的時(shí)間越短。由此我們不妨假設加速度與力成一次函數a＝kf+b，同時(shí)假設b＝0。假設成立與否，還需要用實(shí)驗探究和驗證。同時(shí)，物體的質(zhì)量越大即慣性越大，物體的運動(dòng)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(shí)假設b＝0。由此，我們現在所要探究的加速度是同時(shí)與力、質(zhì)量有關(guān)的，那么又有怎樣的關(guān)系呢？按照哲學(xué)上的觀(guān)點(diǎn)，物體運動(dòng)狀態(tài)的變化情況是由合外力（外因）和質(zhì)量（內因）共同決定的，合外力和質(zhì)量?jì)蓚�(gè)因素統一于影響物體運動(dòng)狀態(tài)的改變過(guò)程當中，同時(shí)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(xué)中我們研究一個(gè)物理量同時(shí)與兩個(gè)或多個(gè)物理量（或因素）有關(guān)的多元問(wèn)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(guān)系，而后總結出這幾個(gè)量之間的關(guān)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(guān)系；而后固定合外力，探究加速度與質(zhì)量間的關(guān)系；最后總結出加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系。
如果a＝k1f成立，反映在a-f圖線(xiàn)上就應該是條過(guò)原點(diǎn)的傾斜的直線(xiàn)；如果a＝k2m成立，反映在a-m圖線(xiàn)上就應該是條雙曲線(xiàn)，然而真實(shí)地判斷該圖線(xiàn)是否是雙曲線(xiàn)是比較復雜的，不過(guò)我們可以變換角度，將a與m成反比轉化為a與1/m成正比，即反映在a-1/m圖線(xiàn)上就是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜的直線(xiàn)。但加速度是不易測量的，因此我們需將其轉化為位移，而且我們所探求的主要是a與f、m間的關(guān)系，從另一個(gè)角度也說(shuō)明無(wú)須求解a的實(shí)際值。設計實(shí)驗時(shí)使小車(chē)做初速度為0的勻加速直線(xiàn)運動(dòng)，同時(shí)將小車(chē)放在相同的位置，并同時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉文件夾使兩小車(chē)運動(dòng)的時(shí)間相等，由s＝at2/2便可得出a1/a2＝s1/s2。這樣就將加速度轉化為位移，以后做就好的多了。
教材給出了實(shí)驗裝置，但不甚好。一方面嚴格的光滑水平木板是沒(méi)有的，普通實(shí)驗室中的木板大都相當粗糙，不符合實(shí)驗要求；另一方面，若往小盤(pán)中放砝碼，好多同學(xué)放置的大都不是比較均勻，然而這樣做很容易帶來(lái)相當大的誤差。改進(jìn)后的實(shí)驗裝置如下圖：
實(shí)驗器材：上部有凹槽的小車(chē)兩個(gè)，一端帶有定滑輪的長(cháng)直木板兩個(gè)，大型文件夾一個(gè)，砝碼若干，勾碼若干，細線(xiàn)若干，刻度尺一把。
為記錄小車(chē)的加速度，我們可以采用打點(diǎn)紙帶，同時(shí)為避免小車(chē)與定滑輪的碰撞，可以在小車(chē)后拴兩條較長(cháng)的細線(xiàn)，細線(xiàn)的另一端加以固定。本實(shí)驗方案舍棄砝碼盤(pán)，而采用勾碼，可以保證拉力在一條直線(xiàn)上，增減勾碼即改變了小車(chē)受到的拉力。在小車(chē)上增減砝碼的質(zhì)量，即改變了小車(chē)的質(zhì)量。
為得到近似光滑的長(cháng)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(xiàn)，試探著(zhù)移動(dòng)墊木，使放置在斜面上的小車(chē)近似做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，此時(shí)物體受g、n、f三個(gè)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。
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