探究教學在高中物理教學中的實踐與思考

1、探究教學在高中物理教學中的實踐與思考摘要：本文通過對探究教學的開放性、自主性、過程性、實踐性和任務驅動性等特點的分析，探討如何在中學物理課堂教學中引導學生在學習和實踐中進行探究型學習，親身獲得直接經驗，養(yǎng)成科學精神和科學態(tài)度，掌握基本的科學方法，提高綜合運用所學知識解決實際問題的能力。并通過對探究教學的實踐思考，以期對高中物理教學產生積極導向作用。 關鍵詞： 探究教學 高中物理 實踐近些年來，隨著我國中學物理教育改革的深入，探究教學受到了前所未有的重視。在國家教育部最近公布的物理課程標準（征求意見稿）中，將探究教學置于突出地位。然而，對什么是探究教學、探究教學有哪些特征、在高中物理教學中應當怎

2、樣展開探究教學等問題，目前尚無一定的參考模式。本文擬結合自己的教學實踐和研究，對探究教學在高中物理教學中的應用作一探討。1探究教學的提出探究教學的思想淵源可以追溯到20世紀初。當時，針對脫離兒童生活經驗、純知識灌輸的美國傳統(tǒng)教育，著名實用主義教育家杜威提出了以兒童為中心、以經驗的重組為教學本質、以活動和練習為基本教學組織形式等實用主義教學觀。杜威認為科學教育不僅僅是讓學生記憶百科全書式的知識，也是一種過程和方法，他主張教學應當遵循以下步驟：設置疑難情景、確定問題、提出假設、制定解決問題的方案并實施等。仔細分析這種教學模式便可以發(fā)現，它與我們今天所說的科學探究有著密切聯系。這種蘊含探究思想的教學

3、模式不僅對美國科學教育產生了深遠的影響，也為探究教學的提出奠定了基礎。20世紀中葉，著名教育家施瓦布在多年研究的基礎上，提出了探究式的教學方法。在施瓦布看來，不能把科學知識當作絕對的真理教給學生，而應作為有證據的結論；教學內容應當呈現學科特有的探究方法；教師應當用探究的方式來教授知識，學生也應通過探究活動展開學習。這種全新的教學方法，促使人們思考科學教育存在的問題，積極探索怎樣使學生深入理解科學知識，以及怎樣提供更多的機會讓學生體驗科學的過程等。經過幾十年的不斷研究與改進，如今探究教學已成為美國科學教育中最重要、最有影響的方法。一位學者曾指出，如果必須選擇一個詞來描述20世紀50年代末以來美國

4、科學教育的成果的話，它一定是“探究”。2探究教學的內容我們這里所說的探究是指科學探究。即學生在物理課堂內外教學中所進行的探究，學生用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家研究自然界所用的方法而進行的各種活動，包括觀察、測量、制作、提出假設、進行實驗、提出模型和交流等。從這里不難看出，探究教學實質上是將科學領域的探究引入課堂，使學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學探究的本質，并培養(yǎng)科學探究能力的一種特殊的教學方法。探究教學是怎樣開展的呢？由于目的、內容、要求和條件不同，探究教學的形式、途徑也有多種。但從探究教學的縱向展開過程來看，大體要經過一些類似的步驟：設置探究情景建立科學假設制

5、定探究方案（收集證據）得出結論作出解釋對研究方案進行評估（在特定的情景中如觀察、實驗、案例分析、研究圖片等，引導學生提出科學性的問題。）（根據已有的知識和經驗，提出假說或猜想）（制訂出較詳細的探究計劃，明確所要收集的證據以及收集證據的方法。）（通過多種途徑和形式如觀測、實驗、調查、查閱文獻、觀看影視錄像、個案追蹤分析和上網等，搜集有價值的證據。）（對所收集的證據進行篩選、歸類、統(tǒng)計和列表分析等綜合處理，得出符合證據的結論，對問題作出科學的解釋。）（評估檢查和思考探究計劃的嚴密性，證據收集的周密性，以及解釋的科學性，并對結論的可靠性作出評價）交 流 推 廣（制作模型、角色扮演、寫論文或調查報告、

6、舉辦辯論會或展覽等交流自己的探究結果，將結論運用到不同的情景中。）在探究教學的過程中，教師可以根據活動的難易程度及學生能力和知識水平，進行程度不同的指導。在教師指導下所進行的探究被稱為指導型探究。如果某探究從提出問題、制定探究計劃、收集和處理證據到總結交流，完全由學生自己決定，則被稱為開放型探究。有關探究教學的研究表明，指導型的及部分探究適于學習概念原理，而開放型的及完全探究則有利于培養(yǎng)探究能力。具體采用什么類型的探究，教師應根據實際情況靈活掌握。本文側重于研究指導型的探究與部分探究的討論。3探究教學在高中物理教學中的實踐研究多年來的課堂觀察及綜合調查顯示，探究教學有著多方面的優(yōu)勢，有利于學生

7、理解所學知識，有利于培養(yǎng)探究能力、養(yǎng)成科學態(tài)度和科學精神等。 31建構探究教學的“支架” 所謂“支架”，就是教師所能提供給學生、幫助學生從現有能力提高一步的支持形式。“支架”式幫助包括認知模型，提示或給予線索，幫助學生診斷錯誤的原因并且發(fā)展修正的策略。 盡管科學探究沒有絕對固定的程序，但仍有一般的程序可循。而這個一般程序是學生做探究的必要知識，也是完成一個完整探究過程的基本環(huán)節(jié)。所以，教師在探究教學中可以給學生提供一些程序上的“腳手架”，讓學生學習探究?！皩W習指導卡”就是一種比較好的形式。 例如，我們曾指導學生進行解剖“魔幻球”的實驗探究：觀察材料質地問題探究探究結論猜想內部有些什么？試一試從

8、一定高處自由下落小球能回到原來高處嗎？小球的能量是如何實現轉化的？小球出現了什么現象？從一定高處用力下拋小球能回到原來高處嗎？小球為何能彈得比出發(fā)點高？小球出現了什么現象？思考探究小球為何會發(fā)光？小球發(fā)光為什么是一閃一閃的？小球發(fā)光的時間長短與哪些因素有關？解剖探究用刀打開魔幻球內部結構中電路圖是怎樣的？這個電路中為什么要有兩只小燈泡？為何我們看到小球發(fā)光時是閃爍的？ “學習指導卡”既作為學習記錄單又是實驗設計單，為學生的探究解決了程序上的障礙，有助于學生的學習。通過“支架”提供的支持是暫時的、可調整的，當不需要時就可移走。探究工作單不是探究教學必備的工具，是否運用以及形式如何，應視學生的探究

9、能力而定。當學生熟練地掌握了探究程序和方法，這種“工作單”就可以由學生自己設計，或者不再使用，讓學生有更大的空間和個性化的學習。 32科學理解探究教學的特點在高中物理教學中，應遵循由易到難的原則，逐步加大探究力度。探究性學習具有開放性、自主性、過程性、實踐性和任務驅動性等特點。正確理解這些特點，對課程教學會產生積極導向作用。 321探究教學中教學內容處理的開放性 探究教學中教學內容處理的開放性，主要體現在探究性學習的重點上，它主要培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新精神。問題意識即一種懷疑精神，一種探索意識，它是創(chuàng)造的起點，沒有問題意識就沒有創(chuàng)新精神。教師要拓展自己的思路，豐富自己的教育內容處理手法上的藝

10、術性，使學生能深切感受到探究教學中由于思路的開拓帶來的新鮮與快樂。 1開放式的演示實驗改變演示實驗的做法，可把演示實驗“下放”給學生，可以是“教師導，學生演”即邊學邊實驗，或者“師生同臺表演”。 還可把驗證性實驗改為探索性實驗，讓學生有多動手、多思考、多探索的機會，有助于創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。改變演示實驗的教學，很重要的一個方面是使它具有啟發(fā)性、思考性、新穎性等。如：在高中物理第一冊中“超重與失重”的教學中,請同學在課外設計研究幾種超重與失重的實驗，學生的學習積極性很高。他們充分討論后，在第二節(jié)課時作了匯報表演（如下所示）。方案1：找一條紙帶，在紙帶中間部位剪個個缺口，紙帶的一端固定一重物，另一端

11、用手拿住，小心提起重物，這時紙帶沒有斷。然后向上加速提起重物，紙帶就斷了；或者提起重物急劇向下運動后突然停住，紙帶也會斷裂。方案2：找一小手電筒，使其后蓋向下而豎直放置。旋松手電筒后蓋，使手電筒剛好不發(fā)光。然后讓手電筒分別作下列運動：.自由落體運動;b.豎直上拋運動。你會看到手電筒在運動過程中都閃光了如圖.(要始終讓手電筒在運動中保持平衡)方案3：如圖將兩個環(huán)形磁鐵放在一塑料棒上（它們恰好不能相互吸引），然后讓它們自由下落，發(fā)現兩磁環(huán)吸在一起。 木塊木塊支架紙帶橡皮繩夾子方案4：如圖所示的裝置，當讓裝置自由下落時，原來伸長的橡皮繩將夾在兩塊之間的紙帶迅速抽出，說明木塊之間的壓力消失了。通過這樣

12、的學生課外自主實驗探究，學生對物理學習更有興趣了，并學會了如何在生活情境中應用所學的物理知識解決實際問題，培養(yǎng)了學以致用的能力。2開放式的學生實驗如在“電阻的測量”實驗中，按常規(guī)是用一只電壓表和一只電流表可以測量某一電阻值。在此基礎之上，我們設計了以下實驗情景問題，以供學生進行探究與思考：實驗情景方案與電路圖只有一只電流表RxV只有一只電壓表只有兩只電壓表RxV2V1只有兩只電流表RxA1A2如何測量電壓表的電阻VRA3開放式的課外實驗探究我們可以幫助學生尋求一些課外的實驗探究性課題，以提高學生的科學探究能力。如“菜刀的研究”、“自行車剎車的研究”、“測定當地重力加速度”、“測定紙張與接觸面間

13、動摩擦因素”、“研究橡皮筋在不同連接方式下的k的規(guī)律”、“灶具的演變”等課題。4開放式的思維拓展例如，在進行曲線運動的教學時，提出如下問題：一個處于平衡狀態(tài)的小球，當撤去其中豎直向上的分力，則小球將做什么運動？讓學生帶著問題探究，學生創(chuàng)造性思維的變通程度就決定著探究的深度，探究的結果來自不同層次的思維，概括如下：小球向各個方向做曲線運動小球向下做勻加速直線運動單向思維小球向下或向上做勻加速直線運動線性思維小球向左做類似平拋運動平面思維立體思維對習題的條件進行變化，讓物理情境發(fā)生變化，讓學生獲得一題多思、一題多變的機會。只有以“變”的觀點、“活”的思想、“新”的方法進行教學，指導學生從不同的條件

14、、以變化的觀點去思考分析問題，才能使他們克服思維定勢的消極影響，激勵學生思維的靈活性和多向性。5開放式的方法擴展例如，我們在初中就已學過，用天平可以測量物體的質量。但在一些特殊狀態(tài)下怎樣用一些特殊的方法來求得物體的質量呢？問題1：怎樣測量卡車貨物的質量某司機為了確定他汽車上貨物的質量，采用了這樣的方法：讓汽車以額定功率P由靜止啟動，沿著平直公路運行到最大速度時，司機從速度表上讀出最大速度為v，根據他平時積累總結的規(guī)律，汽車運行阻力與其總重力成正比，且比例系數為k，若汽車自身質量為M，則車上所裝貨物的質量為多少？問題2：如何在失重狀態(tài)下求測物體的質量衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時處于完全失重狀態(tài)，物

15、體對支持面幾乎無壓力，所以在這種環(huán)境中已無法用天平稱量物體的質量。（1）假想某同學甲在該環(huán)境設置了如圖所示裝置來間接測量物體的質量，給待測質量物體一個沖量，使之在桌面上做勻速圓周運動，設航天器中有基本工具。則在實驗中，桌面給物體的摩擦力能否忽略不計？ 。為什么？ 。需要測量的物理量有 。測出的質量的表達式為 。AQKK（2）某同學乙設計了一個測物體質量的裝置，如圖所示，K是輕質彈簧，A是質量為M的帶夾子的標準金屬塊，Q是待測質量的物體，已知該裝置的彈簧振子做簡諧運動的周期為，其中，m是振子的質量，k是與彈簧的勁度系數有關的常數，當只有A物體振動時，測得其振動周期為T1，將待測物體Q固定在A上后

16、振動周期為T2，則等測物體的質量為 。問題3：利用牛頓第二定律可測飛船的質量1966年曾在地球的上空完成了以牛頓第二定律為基礎的測定質量的實驗。實驗時，用質量為m1的雙子星號宇宙飛船A去接觸正在軌道上運行的質量為m2的火箭組B，開動A的尾部的推進器使A和B共同加速，如圖所示，推進器的平均推力F=897N，從開始到t=7.0s時間內，測出A和B的速度改變量是0.91m/s。已知宇宙飛船A的質量為kg，則火箭組B的質量是多少？問題4：利用力電轉換器測量物體的質量某學生為了測量一物體的質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數為k），如圖所示測量時先調節(jié)輸入端的電壓。使

17、轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U?，F有下列器材：力電轉換器、質量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、電鍵及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）。請完成對該物體質量的測量，并設想實驗中可能會出現的一個問題。問題5：利用動量守恒定律求測物體的質量有一條捕魚小船停靠在湖邊碼頭，小船又窄又長(估計重一噸左右)。一位同學想用一個卷尺粗略測定它的質量，他進行了如下操作：他將船平行碼頭自由停泊，在岸上記下船尾的位置，然后輕輕從船尾上船。走到船頭后下船,用卷尺測出哪幾個距離，他還需知道自身的質量m，才能測出漁船的質量M。請你寫

18、出漁船的質量M的表達式。高中物理復習，既要梳理知識點，又要講究一定的方法，從而不斷提高知識的遷移和應用能力。如上的探究，運用創(chuàng)新思維，深度加大，教學結構也就自然優(yōu)化。322探究教學中要體現學生探究的自主性 探究性學習的另一重要特點是自主性。在整個學習活動中，學生自選課題、自定工作方案，老師沒有干預。在實施的過程中，老師更沒有插手。最后的評鑒是經老師提議進行的，但怎么做也是學生自己決定。 自主性是實現探究性學習的目標所必需的，只有這樣才能實現探究性學習的目的。不論是探究的能力，主動積極、科學嚴密、不折不撓的態(tài)度，還是問題意識和創(chuàng)新精神，都是只有通過親自實踐才能逐步形成，就算是知識，也必須通過學生

19、的主動建構生成，靠傳授式的教學難以獲得。 例如：在“力的合成”一節(jié)課的教學中，我先讓學生通過課外自我探索，掌握了彈簧秤的讀數問題，解決了力的圖示的正確畫法。這樣，在正式課堂上，我改變了以往教師演示、學生觀察的死板形式，采用讓學生分成研究小組，進行課堂研究，其結構如下：明確研究目標（研究力的合成時合力與兩個力之間的關系）制定研究方案（用彈簧秤拉橡皮繩結點的等效性）劃分研究任務（先確定如何明確等效性、如何確定合力與兩個力的方向與大小、如何來驗證其等效性等）獨立合作開展研究（學生開展課堂研究、實驗操作）當堂討論研究成果，要求學生研究出力的平行四邊形定則這樣，教學過程即變成了問題解決的過程，課堂即成為

20、了學生做主角的“學堂”和“科研”場所。學生在這節(jié)課的教學中所表現出的積極性、創(chuàng)造性、濃厚的學習興趣、巨大的發(fā)展?jié)摿?，以及他們展示自己的才華獲得成功后所表現出的喜悅與自信，使我越來越堅定了相信學生、讓學生在課堂教學中“唱主角”的決心。323探究教學重在體現探究的過程性 強調探究性學習的教育價值，注重的是探究的過程。學生的體驗和表現比結果更重要，讓學生在探究中學會交流和合作，在探究中得到發(fā)展，是探究性學習的最主要目的。 探究性實驗作為物理實驗的一種形式，它既有別于測定性實驗，又有別于一般的驗證性實驗。在探究發(fā)現的過程中，發(fā)展學生理性的、批判的思想方法，體驗學者研究的苦衷和愉悅，培養(yǎng)他們的發(fā)現、探究

21、能力。為此，我們在教學中有意識地把部分實驗設計成探索性實驗，從而增強學生探究問題的能力。例如，我們把牛頓第二定律的得出過程改進成一個學生探究性實驗（如下表所示）：探索加速度與力的關系數據記錄與處理紙帶號小盤質量m1(g)砝碼質量m2(g)作用力（小盤與砝碼的總重力mg=m1g+m2g）(N)小車的加速度a/m/s2(g)1 5210315實驗結論： 。實驗誤差：你認為在該實驗中由于你的操作引起的誤差原因有哪些？如何減小？（原因個數由實際情況而定）思考題：1請設計一個實驗方案，如何探索加速度與質量的關系。同學之間討論一下。2根據本實驗得出的加速度a和外力F之間的關系，在右圖中畫出圖線。3請設計加

22、速度與質量之間關系探索實驗用表。以下內容在下次實驗時用，請設計好表格。紙帶號 1 23實驗結論： 實驗誤差：你認為在該實驗中由于你的操作引起的誤差原因有哪些？如何克服？（原因個數由實際情況而定）本課題在教師的指導下進行了探究性教學，在教學過程中充分發(fā)揮了學生學習的主動性、積極性，讓學生在真實的學習活動中，通過自己的自主努力和自主探索，真正地理解、掌握學習策略，學會學習，培養(yǎng)學生獨立思考的習慣和能力，收到了良好的教學效果。 324探究教學要體現學生的實踐性 探究性學習不同于學科知識傳授，不能只是坐而論道，要實踐，要活動。要注意的是，過去我們往往把實踐狹隘地理解為與體力活動或動手技能相關的操作活動

23、，如過去在理科的實驗課強調的就是動手操作技能?，F在隨著自動化程度的不斷提高，動手操作的技能在科學實驗中的重要性相對下降，更重要的是能發(fā)現問題，能夠制定一套方案去解決問題，技術的問題有專門人員去解決。實踐并不等于操作，而包括從提出問題到求得結論、做出評價的整個過程，除了操作之外，思考、計劃、找資料、理論探討、收集數據、分析整理、歸納總結、寫報告、寫文章，都是實踐。所謂探究性學習的實踐性就是強調探究性學習應以活動為主、讓學生親身經歷探究過程、體驗感受探究過程、在實踐中創(chuàng)新。 為了適應新大綱新教材的精神，我們把課堂教學與研究性性學習有機地結合起來了。例如，我們在高一學生進入高中學習，待他們學習穩(wěn)定后

24、，我們開設了一個系列化的課題研究研究自行車中的物理問題。由于學生有了一定的物理基礎，如杠桿、速度、受力等。我們把這一系列研究分成幾個小階段來研究。開題階段，主要讓學生利用初中所學的知識，進行簡單機械部分的研究；第二階段，主要是在學習了平均速度后，實地測量自行車的平均速度；某同學在水平平直路面上騎自行車前進，測出經過t秒的位移S，則。s/mt/s平均值/m·s-120.04.704.264.2925.05.954.2030.06.804.41結論：在實驗中,由于同一個人在不同的騎次中控制的速度不同,所以測出的平均速度不同。但幾次均類同于平時騎車的速度。同時，我們發(fā)現，測量的距離越長，測

25、時間的誤差越小，測出來的平均速度較為準確。16ms第三階段，在學習了牛頓第二定律后，估測自行車所受的平均阻力：水平路面上自行車所受阻力的估測：某同學騎自行車，某時刻雙腳停止用力，測出至自行車停止的時間及位移。斜坡上自行車所受阻力的估測：在一斜坡上，某同學騎著自行車，和車一起由靜止開始下滑，測出下滑的時間及位移。第四階段，研究自行車的剎車裝置問題。第五階段，在學習了圓周運動后，研究變速自行車的傳動速度問題。我們通過這樣的系列化問題的探索與研究，使中學物理的學習更具有生活氣息，也更適應時代的發(fā)展要求了。 325探究教學方式的任務驅動性 要體現上述四方面的特點，就應提倡以任務驅動的方式組織進行教學，

26、即以課題任務為中心來組織教學，讓學生通過完成課題任務的過程獲得知識，發(fā)展自己的能力，使自己的情感、態(tài)度、價值觀得到培養(yǎng)和提高。例如，我校高二物理備課組趙承軍老師曾對探究教學作了深入研究：探究課題：彈性材料彈力規(guī)律的研究該探究課題是在高一學生遇到的第一個探究課題，因此為了學生的探究活動能順利開展，教師即要給學生足夠的知識和方法上的準備。1、提出課題：我們已初步了解彈簧的彈力和隨著伸長量的增大而增大。那么，究竟是什么規(guī)律呢？這個規(guī)律對各類橡皮筋等材料是否適用呢？我們能否用橡皮筋這類材料來測定力的大小，進行各種實驗呢？同一種彈性材料，它們的彈力規(guī)律是否也同樣呢？2、活動準備 1）材料準備：學生到市場

27、上選購各類不同的彈性材料。 2）確定研究方案：需哪些儀器？實驗裝置？如何測量彈力？學生準備的一些彈性材料3、實驗探究1）實驗應注意什么問題？2）操作步驟如何？ 4、數據收集和處理 1）要記錄哪些數數據？ 2）如何處理這些數據？（需教師的提示）5、探究結論： 1）曲線的函數表達式是？2）彈性材料的伸長量與彈力什么關系？探究式的教學方式必須把學習主動權交還給學生，給予他們施展才華的機會和舞臺。該課題的探究從材料的選取到實驗方案設計等都由學生來完成，學生普遍感到很親切，真正調動了他們的積極性，從中學生也領會了探究的一基本方法。4關于探究教學在課堂中實施的幾點思考盡管關于探究教學在物理教學中的探討漸成

28、熱點，但筆者認為，只有正確處理好以下幾個方面的問題，才能更好地將探究教學應用于物理教學中，才能更好地提高學生科學探究的能力。41教師的教學觀念要及時更新探究式教學重在強調學習方式和教學方式的改變，我們轉變以前以教師的“教”為中心為現在的以學生的“學”為中心。因此，教師教學的方式應當服務于學生的學習方式，教師要改變傳統(tǒng)的灌輸式的教學方法，在教學過程中要通過討論、研究、實驗等多種教學組織形式，引導學生積極主動地學習，使學生學習成為在教師引導下主動的富有個性的過程。這就要求教師的教育觀念和教學行為必須加以轉變，這是開展探究式學習的前提。42探究教學立足于課堂教學實際我們在高中物理教學中進行探究教學的

29、研究，要立足于教材、立足于教學實際。例如，在探究“電流產生磁場”的實驗時，首先向同學演示奧斯特實驗，同時可向同學提出一些更深層次的問題：（1）小磁針的N極為什么會向紙面里轉動？（2）小磁針靜止在地磁場中時，N極指向地理的什么方位？（3）你認為通電導線東西向放置好還是南北向放置更好？等等。通過這種依托教材中的內容提出探究性問題，學生學習的興趣自然被激發(fā)起來了。43探究教學活動的設計應從學生實際出發(fā)探究教學是針對美國國內的科學教育情況提出的，我國的科學教育雖存在有類似問題，介差別也很大。所以在設計探究教學活動時，就注意吸收國內多年來的教改經驗，逐步探索出一套適合我國國情的探究教學模式。在高中物理教學內容中有許多啟發(fā)性的實驗，教學效果也很好，在進行探究教學的初始階段，可以將這些實驗按照探究教學的要求進行改