验证性实验与探究性实验的区别与联系

俠帀神擁力学SHAANXI NORMAL UNIVERSITY本科生毕业论文（设计）题目：验证性实验与探究性实验的区别与联系作者单位陕西师范大学作者姓名 李季专业班级物理学二班指导教师（职称）樊双莉 论文（设计）完成时间验证性实验与探究性实验的区别与联系李季（陕西师范大学 物理学与信息技术学院 陕西 西安 710062） 摘要：实验，乃物理学之根本。无论是在中学还是大学的物理教学中，还是在其 它的一些科学教育中，物理实验都起着至关重要的作用。在普通高中物理课程标 准中说道实验是中学物理教学的关键所在。本文通过对相关材料，普通中学课程 标准的分析，来简单的介绍一下探究性实验与验证性实验的区别与联系。论文的第一部分主要介绍在物理学中验证性试验与探究性实验的发展现状 以及研究的意义。论文的第二部分主要介绍验证性试验与探究性实验的区别与联系。主要从实 验目的、实验步骤、实验结果、教学情景、教学评价、实验内容和形式这几个方 面来介绍。分析过两者的区别，我们尝试将某些验证性实验进过适当的调整让其 接近于探究性实验，增加其探究成分，并分析其好处。 关键词：物理、中教实验、验证性实验、探究性实验、区别与联系目录目录引言 41. 验证性试验与探究性实验的发展现状及研究意义 41.1验证性试验与探究性实验的发展现状 41.2 本课题研究的意义 41.2.1 提供一个发展学生学习能力的途径 41.2.2 对中学的物理实验教学有一定借鉴作用 41.2.3 有利于不同年龄段的学生的成长 42. 验证性试验与探究性实验的区别与联系 52.1验证性试验与探究性实验的区别 52.1.1 从实验目的来看 52.1.2 从实验设计来看 52.1.3 从实验结果来看 62.1.4 从教学情景来看 62.1.5 从教学评价来看 72.1.6 从实验内容和形式来看 72.2验证性试验与探究性实验的联系 72.2.1 综述两者的异同 72.2.2 新课标验证性实验案例分析 83. 思考总结 10【参考文献】 11引言新课程实施以来，中学教育的重心逐渐的从简单的知识传承向引导探索发展， 所以实验在其中所占得比重也就越来越大。而在其中探究性实验的比重更是飞速 的增长，这就导致了一些教师盲目的将大部分的实验就去设计为探究性实验，从 而忽略了验证性实验的作用。导致学生在探究的过程中不仅花费了大量的时间还 达不到学习的目的，基础知识也没有掌握到位，探究当然不会有什么特别好的收 益。这里就针对此现象去分析一下验证性实验与探究性实验的异同，并研究它们 各自存在的优点与缺点，以供教师在某些实验中去选择实验的类型。1. 验证性试验与探究性实验的发展现状及研究意义1.1 验证性试验与探究性实验的发展现状随着新课改的实施，实验在中学教育中所起的作用也越来越大。从过去的验证性 实验的一统物理教学到现在的验证探究平分秋色，经过了各学者及教师的深刻思 考、试验、实践。就目前来看，让学生自主的提出问题并进行探究还太过于困难， 所以在探究性实验中其实还是有教师需要去做的事，教师在其中的引导作用是必 不可少的，而且对于刚接触探究实验的学生来说，需要的引导提示就更加多了。1.2 本课题研究的意义1.2.1 提供一个发展学生学习能力的途径通过本课题的研究,为物理教师提供一个发展学生学习能力的途径,来提高学 生的学识水平、学习能力与思考方式,并帮助学生沿着科学合理的教学台阶去学 习。教师依据学生现有的知识以及技能水平,设置合理的学习目标,帮助学生真正 做到学习方式的转变,学会自主学习、独立研究、高效率地学习。1.2.2 对中学的物理实验教学有一定借鉴作用在新课改的环境下，通过本课题的研究,对中学进行物理教学有借鉴作用。虽 然说提倡去进行探究性实验，但探究的前提还是基础知识的掌握，没有基础知识 的支撑，探究不过是一句空话而已。对于重点中学的学生来说,学生的基础知识、 基本技能的掌握速度快,学生的自觉学习能力较强,可以将更多的时间给学生自 主探究。而对普通中学来说,学生学习的自觉学习能力较差,教师的指导作用就显 得非常重要。将一些实验进行优化与创新,逐步培养学生的思考方式,将是更加有 效、实际的途径。1.2.3 有利于不同年龄段的学生的成长对应各年级的教育对象,应当应用不同的能力培养目标、内容、方法以及途径。 由于不同年龄段的学生的身心发展特征各异,如初中生和高中生的思维发展水平 想象力、独立动手能力及好奇心、好动性等方面都存在很大差异，再加上初中生 刚开始接触物理,其物理知识还很单薄。所以说，面对不同年级的学生应当选用 不同的教育方式。对于低年级的学生来说，他们可能是第一次接触实验，更别说 探究性实验了。所以对于他们来说，还是需要从基础做起，首先在教师的带领下 去了解实验。然后去做验证性实验，最后在慢慢的尝试去接触探究性实验。2. 验证性试验与探究性实验的区别与联系2.1 验证性试验与探究性实验的区别2.1.1 从实验目的来看验证性实验的目的是在一个设计完整的实验框架下，重新验证实验结果是否 与所学知识的描述相同或相似。是用来促进学生对科学概念、规律此类程序化的 知识的掌握。验证性实验的主要目的是训练学生的基本实验技能，验证一个已知 结论的正确性。主要培养学生对于实验仪器的组装、操作，实验步骤的熟练度， 学生对于实验原理的理解，以及学生实验报告的撰写能力。探究性实验目的则是在假设的前提下获取支持假设或推翻假设的科学性探 究实验，在实验中需要去识别、区别、控制与所探究的问题有关的各变量，并制 订实验方案、选择实验器材、进行试验操作、收集实验数据，并通过分析与论证 得出结论。比较在意的是学生在实验的过程中的所得，使学生在获得一个科学结 论的同时，加深对科学的认识。探究性试验有助于培养学生对科学技术的兴趣， 对于科学思维的理解，一种善于思考的习惯。2.1.2 从实验设计来看验证性实验的实验设计一般直接由教师给出，实验操作是在设计框架上进行 的过程。在实验过程中，学生严格按照实验步骤准确的操作来完成实验，来得到 预想中的实验结果。在操作过程中学生可以掌握操作要领、实验的基本技能。例 如：互成角度的两个共点力的合成其实验目的为：验证力的平行四边形定则 实验的设计完全是老师通过教材的方向所决定并给出的，这里就不进行展示了， 有兴趣的可以通过普通高中物理必修一人教版第三章第四节去了解一下。探究性实验的实验设计则是由学生自己去完成的 ,当然在其中教师则需要根 据学生的实际能力去予以一定的引导提示的，然后学生根据这些提示去设计合理 的实验，从而寻求答案、发现规律,特别强调了独立思考和行为。例如：将上述 实验优化为探究实验其实验目的为：探究力的平行四边形定则提出猜想与假设：既然合力与分力的作用效果相同，那么合力应该就是两分力的和，但如果两 分力成一定的角度，那就肯定不是简单的代数和了，这是就出现了方向的问题。 实验设计：提供一些实验器材供学生自由选择（橡皮筋、弹簧测力计、白纸、木板、图 钉、胶带、足够长的细绳、剪刀、直尺、三角尺、圆规、量角器等） 提示问题：1研究对象是谁？如何去得到合力F与分力&、F2 ?如何保证F与&、F2的作用效果相同？2. 实验过程中需要记录那些数据？（方向如何记录）如何准确直观地描述力的 大小和方向？ 进行实验：分发实验器材，两人一组，每组两个弹簧测力计，学生根据提示问题 进行实验步骤的设计并探究。（注：实验步骤取决于学生所确定的器材以及设计方式。）2.1.3 从实验结果来看验证性实验都是经过教育工作者精心设计的。实验的结果在预料之中 ,很少 让学生面对并处理错误的、不确定的问题和概念。而科学探究性实验没有已知的 结果，实验结论的正确与否更多依赖于实验的过程与方法的正确性。2. 1. 4从教学情景来看验证性实验是封闭的、严谨的教学模式，普遍采用讲授法、模仿法等教学方 法。实验教学的任务是在确定好了的框架下进行的，强调行为与规则的统一，一 般不会出现意外，很难调动学生的学习情绪，所以基本是用不到创新思维的。而探究性实验则是开放的，不可预料的。虽然说有些探究性实验在实验前就 能进行一些猜测，大概能知道一点实验的方向，但实验中所产生的不确定因素太 多，不确定因素又会形成新的误差，所以有可能会产生很多问题，甚至会出现一 些非常具有挑战性的问题。所以说，探究性实验是一种开放的、不确定的、并且 具有开发学生思维的实验。从时空范围来看,验证性实验只局限于教室、实验室。而探究性实验的实施 就要广泛的多，它可以在实验室,也可以在室外甚至校外（科技中心、大学、国家 实验室、图书馆、网吧、天体研究室、工厂、博物馆等）。验证性实验的实验内容主要来源于教材。而探究性实验的内容则不仅仅是来 源于教材，还可以来自学生平时对生会活的观察、思考，而我们往往更注重学生 对于生活中实际问题的思考。验证性实验一般安排在某知识点的教学之后，用于对知识点的巩固，以及对 此知识点的应用的了解，时间最多不会超过一节课。探究性实验一般安排在某重 要知识点的学习之前,通过对实验现象的观察来加深对物理概念的认识。根据实 验的种类以及难易程度，所用的时间差异也非常大。一般情况下实验室所进行的 探究实验所需的时间不会太长，而室外所进行的需要社会调查或是需要长期观察 的实验则需要较长的时间，有的需要几天甚至是几个月。2.1.5 从教学评价来看验证性实验的教学评价一般从以下几个方面来看。一是看学生的实验操作是 否规范，二是看实验步骤是否正确，三是看实验结果是否符合要求，四是看分析 实验误差是否合理。科学探究性实验教学评价内容就较为丰富了，看学生实验的 设计、实验器材的选用、知识与技能、信息的收集、数据的处理、学生之间的交 流合作、情感态度价值观和过程与方法等多方面。2.1.6 从实验内容和形式来看验证性实验要求学生在教材内容规定的基础上进行试验并按时完成。探究性 实验探究主要通过学生在日常生活中所观察到的现象或是学习中发现的问题。科 学探究实验的内容,主要是课程标准所要求的内容 ,也可以是与课程标准内有交 叉的学科的内容。它可以涉及人类未知的领域,也可以是人类已知的结论。科学 探究性实验的形式有，课内的探究活动、课外家庭实践、社会调查及其他学习活 动。总之,科学探究目前来说还算是比较新的内容,它可以增强学生的科学探究能 力，培养学生的创新精神，突破学科本身的思想约束。在科学内容的学习中要求 学生更加关注科学、关注社会，多去了解思考课程内容与生活时代的关系。2.2 验证性试验与探究性实验的联系2.2.1 综述两者的异同两类实验各有其优劣之处，在教学过程中各自有着不可替代的作用。如验证 性实验容易在短时间内获得较多的基础知识,加强学生实验技能的规范化、程序 化等。验证性实验是一种非常重要的科学学习方法，验证性实验在中学教育中起 着非常重要的作用，它让中学生掌握科学研究的基本技能，意识到科学理论的发 现都需要经过精确验证才能被认可。另外，学生在得到验证结果后比较其与已知 结论，一般都能得到较好的实验结果，这样有助于学生体会到成功的乐趣，提高 学习的积极性。由此可见验证性实验在中学教育中是非常重要的。但是在初中教学学习中，学生的基础物理知识掌握的较少，实验的设计受到较大的限制，只能 通过简单现象来验证结果，有部分实验的设计业过于形式化，并未真正发挥验证 性实验的积极作用，从而造成学生对科学研究方法的认识过于简单化。探究性实 验的优点在于它有利于学生了解科学研究过程，培养学生的科学探究能力、思维 方式、行为方式和价值观念。由此可见，优化验证性实验，增加探究性实验是非 常有必要的。但即使这样，也不能过分的强调探究性实验的重要性，从而摒弃了 验证性实验在中学教育中的作用，这样就又走入了教学的一个误区。物理教育工 作者必须要深刻地理解两类实验的含义和本质区别，建立探究教学的理念思维， 大力倡导探究性实验的教学。但要时刻注意验证性实验的作用，万不能忽略其重 要性。真正的把培养学生的科学思维，思考行为方式放在合适的位置，同时要把 基础知识，基础技能确实的落实，为学生打好结实的基础。2.2.2 新课标验证性实验案例分析接下来，我们就不妨从案例中去体会一下验证性实验与探究性实验的区别， 以及各自的好处，我们如何就优化实验，从而达到我们想要的教学目的。此案例 为一个验证性实验。验证机械能守恒定律实验目的：验证机械能守恒定律。实验原理：本实验较为简单，研究的是一个自由落体的运动过程，所以初速度为零。在 物体下落的过程中，重力势能不断减少，动能不断增加，所以重力势能应该全部 转化为动能。只需测运动量过程中某一状态的动能等于失去的重力势能，即 mgh = 1 mv2，其中h为当时位置到起点的距离。故实验中我们只需测出此高度，2以及此时的瞬时速度v即可。瞬时速度的测量方法：测出第 n 点的相邻前、后两段相等时间 T 内下落的距离肾和时+i，由公式乞=垮事，或由乙=七J算出，如图所示。实验器材：铁架台一个，电磁打点计时器，220V交流电源，导线若干，重物，足够长 纸带，米尺，刻度尺。实验步骤：1根据图示安装实验器材，连接打点计时器电源。2将纸带的一端与重物连接好，另一端穿过计时器，置于复写纸下，竖直 提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。3先接通电源，然后无初速度的松开纸带，保证重物做自由落体运动。4. 重复实验45次，得到至少3条打好点的纸带。5在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上 0，以后各点依次标上1，2，3，用刻度尺测出对应下落高度心、h2、h3。6.根据公式冬=h“ +；-h-1计算各点对应的瞬时速度q、v2、v3。7 然后对比各点的重力势能减少量mghv与动能的增加量丄mv2。n 2 n Y * 、八，I / r-. r *注意事项：1. 打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦 阻力。2. 选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。3. 因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。 这是一个经典的验证性实验，在实验前我们已经知道了机械能守恒的公式mgh = 2 mv2，所以实验的目的仅仅为验证，因此本实验在教材中是置于机械能 2守恒这节课之后的。在实验中学生只需测出高度心以及此高度所对应的瞬时速度 咕，再带入公式加以验证便可，实验略显简单，而且学生对于实验的探索积极性 很低，只是一味的跟着实验步骤去“完成”实验，起不到启发学生科学思维的作 用。若是将此实验置于机械能守恒定律理论课之前，并且适当改为验证性试验， 我们不妨来试一试。首先，此时学生们已经知道了什么是重力势能，什么是动能，我们不妨以苹 果从树上落地的情景为例，来引导学生去设计实验。思考：苹果下落时重力势能怎么变化？动能怎么变化？ 变化的量是否有关系？ 怎样设计一个实验去研究这个问题呢？ 重力势能与什么有关？动能与什么有关？提供实验器材 铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重锤，纸带， 米尺。要求：自己确定实验目的、选择实验器材、设计实验步骤、合作完成实验、自己处理数据、撰写实验报告。通过前面情景提示及思考问题，学生不难确定实验目的；而器材的提供也让 他实验步骤的确定大大降低了难度；完成实验可能会有些难度，但允许学生合作 完成。这样来完成本实验，首先需要学生去思考具体情景，并根据教师提出的问题 进一步去思考问题，这样容易唤起学生学习的积极性，进而也能顺理成章的得出 实验的目的。在提示下自己设计实验步骤并不会有太大的阻碍，还可以提高自身 的科学探究能力。并且在合作下完成实验也能提高学生的合作学习能力。这样去 完成实验，在下一个课时再去具体的学习机械能守恒的理论性内容就会更加的深 刻、容易。这样就比通过具体的实验步骤去单纯的验证机械能守恒要来的有意义 的多。3. 思考总结通过上述研究分析，实验教学是时代发展的趋势，然而在物理教学中，主要 就是验证性实验与探究性实验两类，所以对于我们教育工作者来说，去深刻的理 解，认识这两类实验的异同就显得尤为重要。我们需要知道两类实验各自的优缺 点，根据这些优缺点，在真正的教学过程中将这两类实验的优点充分的发挥出来， 必要的时候根据实际情况甚至会把两类实验的优点尝试性的融合，因此我觉得这 方面的研究对于我们物理教育工作者来说是非常有意义的。社会需要有创新思维 的人才，但不需要只会空谈的“赵括”，那就要求我们在中学教育中就去培养学 生的创新思维能力，但这是建立在扎实的理论知识基础上的。那么如何在有限的 教学时间内调节好两者的关系也显得至关重要。遗憾的是我对这方面的研究只是 处于一个非常肤浅的阶段，经过一段时间的学习与思考，我觉得我对这方面的研 究已经有了一定的认识。相信在以后的教学中，我会更加深入的去学习，去思考 如何将两类实验，以及基础知识的教学去更好的调配。真正的去为学生更加健康， 更加完美的去成长，去服务社会。【参考文献】1 王建君.激发兴趣与施加压力并用提高实验教学质量J.实验室建设与改 革,2002,62-662 田聪芝.以实验为先导，培养学生的创造能力J.香港中国当代教育杂志2003.73 曹中一 “三性”实验的内涵与特征J.实验室研究与探索，2003,22(4): 10-12.4 周竞学坚持“实践教学一条线”加强学生实践能力的培养J.实验室研究 与探索，2003，22(3): 119-1215 孙连荣.高校实验教学模式的研究与探索J.实验室研究与探索,2003,22(2):4-66 美埃德拉宾诺威克兹著,杭生译皮亚杰学说入门思维、学习、教学M. 北京:人民教育出版社，1985.7 W.I.B.贝弗里奇著,陈捷译.科学研究的艺术M.北京:科学出版社,1979,63.8 NationalResearchCouncil.TheNationalScience EducationStandardsS.Washington DC: National Academy Press,19969 艾伦.新课标中的三项教学目标J.中国教育技术装备,2011(8):37-3810 于兵川，吴洪特.实验教学与科研有机结合，培养学生创新意识和能力J.实 验室研究与探索，2010,29(2)：76-77The difference and connection between confirmatory experiment andexploratory experimentLI ji(College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xian710062 , Shaanxi China)Abstract ：Experiment as the cornerstone of physics. Physical experiment plays an important role in the physics teaching of middle school and University, or in some other science education. In the ordinary high school physics curriculum standard, the experiment is the key of the middle school physics teaching. In this paper, through the analysis of related materials, general secondary school curriculum standards, to simply introduce the distinction and connection between inquiry experiment and verification experiment. At first, the paper introduces the present situation and the significance of the research on the verification experiment and the inquiry experiment. Secondly, the difference and connection between confirmatory test and exploratory experiment are introduced. This paper introduces the following aspects of the experiment, the experimental procedure, the experimental results, the teaching situation, the teaching evaluation, the experiment content and the form. Finally, through the analysis of the difference between the two, we try to put some validation experiments into appropriate adjustments to make it close to the exploratory experiment, to increase its research composition, and to analyze its benefits.