探究教学在高中物理教学中的实践与思考.doc

探究教学在高中物理教学中的实践与思考摘要：本文通过对探究教学的开放性、自主性、过程性、实践性和任务驱动性等特点的分析，探讨如何在中学物理课堂教学中引导学生在学习和实践中进行探究型学习，亲身获得直接经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本的科学方法，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。并通过对探究教学的实践思考，以期对高中物理教学产生积极导向作用。 关键词： 探究教学 高中物理 实践近些年来，随着我国中学物理教育改革的深入，探究教学受到了前所未有的重视。在国家教育部最近公布的物理课程标准（征求意见稿）中，将探究教学置于突出地位。然而，对什么是探究教学、探究教学有哪些特征、在高中物理教学中应当怎样展开探究教学等问题，目前尚无一定的参考模式。本文拟结合自己的教学实践和研究，对探究教学在高中物理教学中的应用作一探讨。1探究教学的提出探究教学的思想渊源可以追溯到20世纪初。当时，针对脱离儿童生活经验、纯知识灌输的美国传统教育，著名实用主义教育家杜威提出了以儿童为中心、以经验的重组为教学本质、以活动和练习为基本教学组织形式等实用主义教学观。杜威认为科学教育不仅仅是让学生记忆百科全书式的知识，也是一种过程和方法，他主张教学应当遵循以下步骤：设置疑难情景、确定问题、提出假设、制定解决问题的方案并实施等。仔细分析这种教学模式便可以发现，它与我们今天所说的科学探究有着密切联系。这种蕴含探究思想的教学模式不仅对美国科学教育产生了深远的影响，也为探究教学的提出奠定了基础。20世纪中叶，著名教育家施瓦布在多年研究的基础上，提出了探究式的教学方法。在施瓦布看来，不能把科学知识当作绝对的真理教给学生，而应作为有证据的结论；教学内容应当呈现学科特有的探究方法；教师应当用探究的方式来教授知识，学生也应通过探究活动展开学习。这种全新的教学方法，促使人们思考科学教育存在的问题，积极探索怎样使学生深入理解科学知识，以及怎样提供更多的机会让学生体验科学的过程等。经过几十年的不断研究与改进，如今探究教学已成为美国科学教育中最重要、最有影响的方法。一位学者曾指出，如果必须选择一个词来描述20世纪50年代末以来美国科学教育的成果的话，它一定是“探究”。2探究教学的内容我们这里所说的探究是指科学探究。即学生在物理课堂内外教学中所进行的探究，学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的各种活动，包括观察、测量、制作、提出假设、进行实验、提出模型和交流等。从这里不难看出，探究教学实质上是将科学领域的探究引入课堂，使学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种特殊的教学方法。探究教学是怎样开展的呢？由于目的、内容、要求和条件不同，探究教学的形式、途径也有多种。但从探究教学的纵向展开过程来看，大体要经过一些类似的步骤：设置探究情景建立科学假设制定探究方案（收集证据）得出结论作出解释对研究方案进行评估（在特定的情景中如观察、实验、案例分析、研究图片等，引导学生提出科学性的问题。）（根据已有的知识和经验，提出假说或猜想）（制订出较详细的探究计划，明确所要收集的证据以及收集证据的方法。）（通过多种途径和形式如观测、实验、调查、查阅文献、观看影视录像、个案追踪分析和上网等，搜集有价值的证据。）（对所收集的证据进行筛选、归类、统计和列表分析等综合处理，得出符合证据的结论，对问题作出科学的解释。）（评估检查和思考探究计划的严密性，证据收集的周密性，以及解释的科学性，并对结论的可靠性作出评价）交 流 推 广（制作模型、角色扮演、写论文或调查报告、举办辩论会或展览等交流自己的探究结果，将结论运用到不同的情景中。）在探究教学的过程中，教师可以根据活动的难易程度及学生能力和知识水平，进行程度不同的指导。在教师指导下所进行的探究被称为指导型探究。如果某探究从提出问题、制定探究计划、收集和处理证据到总结交流，完全由学生自己决定，则被称为开放型探究。有关探究教学的研究表明，指导型的及部分探究适于学习概念原理，而开放型的及完全探究则有利于培养探究能力。具体采用什么类型的探究，教师应根据实际情况灵活掌握。本文侧重于研究指导型的探究与部分探究的讨论。3探究教学在高中物理教学中的实践研究多年来的课堂观察及综合调查显示，探究教学有着多方面的优势，有利于学生理解所学知识，有利于培养探究能力、养成科学态度和科学精神等。 31建构探究教学的“支架” 所谓“支架”，就是教师所能提供给学生、帮助学生从现有能力提高一步的支持形式。“支架”式帮助包括认知模型，提示或给予线索，帮助学生诊断错误的原因并且发展修正的策略。 尽管科学探究没有绝对固定的程序，但仍有一般的程序可循。而这个一般程序是学生做探究的必要知识，也是完成一个完整探究过程的基本环节。所以，教师在探究教学中可以给学生提供一些程序上的“脚手架”，让学生学习探究。“学习指导卡”就是一种比较好的形式。 例如，我们曾指导学生进行解剖“魔幻球”的实验探究：观察材料质地问题探究探究结论猜想内部有些什么？试一试从一定高处自由下落小球能回到原来高处吗？小球的能量是如何实现转化的？小球出现了什么现象？从一定高处用力下抛小球能回到原来高处吗？小球为何能弹得比出发点高？小球出现了什么现象？思考探究小球为何会发光？小球发光为什么是一闪一闪的？小球发光的时间长短与哪些因素有关？解剖探究用刀打开魔幻球内部结构中电路图是怎样的？这个电路中为什么要有两只小灯泡？为何我们看到小球发光时是闪烁的？ “学习指导卡”既作为学习记录单又是实验设计单，为学生的探究解决了程序上的障碍，有助于学生的学习。通过“支架”提供的支持是暂时的、可调整的，当不需要时就可移走。探究工作单不是探究教学必备的工具，是否运用以及形式如何，应视学生的探究能力而定。当学生熟练地掌握了探究程序和方法，这种“工作单”就可以由学生自己设计，或者不再使用，让学生有更大的空间和个性化的学习。 32科学理解探究教学的特点在高中物理教学中，应遵循由易到难的原则，逐步加大探究力度。探究性学习具有开放性、自主性、过程性、实践性和任务驱动性等特点。正确理解这些特点，对课程教学会产生积极导向作用。 321探究教学中教学内容处理的开放性 探究教学中教学内容处理的开放性，主要体现在探究性学习的重点上，它主要培养学生的问题意识和创新精神。问题意识即一种怀疑精神，一种探索意识，它是创造的起点，没有问题意识就没有创新精神。教师要拓展自己的思路，丰富自己的教育内容处理手法上的艺术性，使学生能深切感受到探究教学中由于思路的开拓带来的新鲜与快乐。 1开放式的演示实验改变演示实验的做法，可把演示实验“下放”给学生，可以是“教师导，学生演”即边学边实验，或者“师生同台表演”。 还可把验证性实验改为探索性实验，让学生有多动手、多思考、多探索的机会，有助于创造性思维的培养。改变演示实验的教学，很重要的一个方面是使它具有启发性、思考性、新颖性等。如：在高中物理第一册中“超重与失重”的教学中,请同学在课外设计研究几种超重与失重的实验，学生的学习积极性很高。他们充分讨论后，在第二节课时作了汇报表演（如下所示）。方案1：找一条纸带，在纸带中间部位剪个个缺口，纸带的一端固定一重物，另一端用手拿住，小心提起重物，这时纸带没有断。然后向上加速提起重物，纸带就断了；或者提起重物急剧向下运动后突然停住，纸带也会断裂。方案2：找一小手电筒，使其后盖向下而竖直放置。旋松手电筒后盖，使手电筒刚好不发光。然后让手电筒分别作下列运动：.自由落体运动;b.竖直上抛运动。你会看到手电筒在运动过程中都闪光了如图.(要始终让手电筒在运动中保持平衡)方案3：如图将两个环形磁铁放在一塑料棒上（它们恰好不能相互吸引），然后让它们自由下落，发现两磁环吸在一起。 木块木块支架纸带橡皮绳夹子方案4：如图所示的装置，当让装置自由下落时，原来伸长的橡皮绳将夹在两块之间的纸带迅速抽出，说明木块之间的压力消失了。通过这样的学生课外自主实验探究，学生对物理学习更有兴趣了，并学会了如何在生活情境中应用所学的物理知识解决实际问题，培养了学以致用的能力。2开放式的学生实验如在“电阻的测量”实验中，按常规是用一只电压表和一只电流表可以测量某一电阻值。在此基础之上，我们设计了以下实验情景问题，以供学生进行探究与思考：实验情景方案与电路图只有一只电流表RxV只有一只电压表只有两只电压表RxV2V1只有两只电流表RxA1A2如何测量电压表的电阻VRA3开放式的课外实验探究我们可以帮助学生寻求一些课外的实验探究性课题，以提高学生的科学探究能力。如“菜刀的研究”、“自行车刹车的研究”、“测定当地重力加速度”、“测定纸张与接触面间动摩擦因素”、“研究橡皮筋在不同连接方式下的k的规律”、“灶具的演变”等课题。4开放式的思维拓展例如，在进行曲线运动的教学时，提出如下问题：一个处于平衡状态的小球，当撤去其中竖直向上的分力，则小球将做什么运动？让学生带着问题探究，学生创造性思维的变通程度就决定着探究的深度，探究的结果来自不同层次的思维，概括如下：小球向各个方向做曲线运动小球向下做匀加速直线运动单向思维小球向下或向上做匀加速直线运动线性思维小球向左做类似平抛运动平面思维立体思维对习题的条件进行变化，让物理情境发生变化，让学生获得一题多思、一题多变的机会。只有以“变”的观点、“活”的思想、“新”的方法进行教学，指导学生从不同的条件、以变化的观点去思考分析问题，才能使他们克服思维定势的消极影响，激励学生思维的灵活性和多向性。5开放式的方法扩展例如，我们在初中就已学过，用天平可以测量物体的质量。但在一些特殊状态下怎样用一些特殊的方法来求得物体的质量呢？问题1：怎样测量卡车货物的质量某司机为了确定他汽车上货物的质量，采用了这样的方法：让汽车以额定功率P由静止启动，沿着平直公路运行到最大速度时，司机从速度表上读出最大速度为v，根据他平时积累总结的规律，汽车运行阻力与其总重力成正比，且比例系数为k，若汽车自身质量为M，则车上所装货物的质量为多少？问题2：如何在失重状态下求测物体的质量卫星绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持面几乎无压力，所以在这种环境中已无法用天平称量物体的质量。（1）假想某同学甲在该环境设置了如图所示装置来间接测量物体的质量，给待测质量物体一个冲量，使之在桌面上做匀速圆周运动，设航天器中有基本工具。则在实验中，桌面给物体的摩擦力能否忽略不计？ 。为什么？ 。需要测量的物理量有 。测出的质量的表达式为 。AQKK（2）某同学乙设计了一个测物体质量的装置，如图所示，K是轻质弹簧，A是质量为M的带夹子的标准金属块，Q是待测质量的物体，已知该装置的弹簧振子做简谐运动的周期为，其中，m是振子的质量，k是与弹簧的劲度系数有关的常数，当只有A物体振动时，测得其振动周期为T1，将待测物体Q固定在A上后振动周期为T2，则等测物体的质量为 。问题3：利用牛顿第二定律可测飞船的质量1966年曾在地球的上空完成了以牛顿第二定律为基础的测定质量的实验。实验时，用质量为m1的双子星号宇宙飞船A去接触正在轨道上运行的质量为m2的火箭组B，开动A的尾部的推进器使A和B共同加速，如图所示，推进器的平均推力F=897N，从开始到t=7.0s时间内，测出A和B的速度改变量是0.91m/s。已知宇宙飞船A的质量为kg，则火箭组B的质量是多少？问题4：利用力电转换器测量物体的质量某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示测量时先调节输入端的电压。使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量的测量，并设想实验中可能会出现的一个问题。问题5：利用动量守恒定律求测物体的质量有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长(估计重一吨左右)。一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量，他进行了如下操作：他将船平行码头自由停泊，在岸上记下船尾的位置，然后轻轻从船尾上船。走到船头后下船,用卷尺测出哪几个距离，他还需知道自身的质量m，才能测出渔船的质量M。请你写出渔船的质量M的表达式。高中物理复习，既要梳理知识点，又要讲究一定的方法，从而不断提高知识的迁移和应用能力。如上的探究，运用创新思维，深度加大，教学结构也就自然优化。322探究教学中要体现学生探究的自主性 探究性学习的另一重要特点是自主性。在整个学习活动中，学生自选课题、自定工作方案，老师没有干预。在实施的过程中，老师更没有插手。最后的评鉴是经老师提议进行的，但怎么做也是学生自己决定。 自主性是实现探究性学习的目标所必需的，只有这样才能实现探究性学习的目的。不论是探究的能力，主动积极、科学严密、不折不挠的态度，还是问题意识和创新精神，都是只有通过亲自实践才能逐步形成，就算是知识，也必须通过学生的主动建构生成，靠传授式的教学难以获得。 例如：在“力的合成”一节课的教学中，我先让学生通过课外自我探索，掌握了弹簧秤的读数问题，解决了力的图示的正确画法。这样，在正式课堂上，我改变了以往教师演示、学生观察的死板形式，采用让学生分成研究小组，进行课堂研究，其结构如下：明确研究目标（研究力的合成时合力与两个力之间的关系）制定研究方案（用弹簧秤拉橡皮绳结点的等效性）划分研究任务（先确定如何明确等效性、如何确定合力与两个力的方向与大小、如何来验证其等效性等）独立合作开展研究（学生开展课堂研究、实验操作）当堂讨论研究成果，要求学生研究出力的平行四边形定则这样，教学过程即变成了问题解决的过程，课堂即成为了学生做主角的“学堂”和“科研”场所。学生在这节课的教学中所表现出的积极性、创造性、浓厚的学习兴趣、巨大的发展潜力，以及他们展示自己的才华获得成功后所表现出的喜悦与自信，使我越来越坚定了相信学生、让学生在课堂教学中“唱主角”的决心。323探究教学重在体现探究的过程性 强调探究性学习的教育价值，注重的是探究的过程。学生的体验和表现比结果更重要，让学生在探究中学会交流和合作，在探究中得到发展，是探究性学习的最主要目的。 探究性实验作为物理实验的一种形式，它既有别于测定性实验，又有别于一般的验证性实验。在探究发现的过程中，发展学生理性的、批判的思想方法，体验学者研究的苦衷和愉悦，培养他们的发现、探究能力。为此，我们在教学中有意识地把部分实验设计成探索性实验，从而增强学生探究问题的能力。例如，我们把牛顿第二定律的得出过程改进成一个学生探究性实验（如下表所示）：探索加速度与力的关系数据记录与处理纸带号小盘质量m1(g)砝码质量m2(g)作用力（小盘与砝码的总重力mg=m1g+m2g）(N)小车的加速度a/m/s2(g)1 5210315实验结论： 。实验误差：你认为在该实验中由于你的操作引起的误差原因有哪些？如何减小？（原因个数由实际情况而定）思考题：1请设计一个实验方案，如何探索加速度与质量的关系。同学之间讨论一下。2根据本实验得出的加速度a和外力F之间的关系，在右图中画出图线。3请设计加速度与质量之间关系探索实验用表。以下内容在下次实验时用，请设计好表格。纸带号 1 23实验结论： 实验误差：你认为在该实验中由于你的操作引起的误差原因有哪些？如何克服？（原因个数由实际情况而定）本课题在教师的指导下进行了探究性教学，在教学过程中充分发挥了学生学习的主动性、积极性，让学生在真实的学习活动中，通过自己的自主努力和自主探索，真正地理解、掌握学习策略，学会学习，培养学生独立思考的习惯和能力，收到了良好的教学效果。 324探究教学要体现学生的实践性 探究性学习不同于学科知识传授，不能只是坐而论道，要实践，要活动。要注意的是，过去我们往往把实践狭隘地理解为与体力活动或动手技能相关的操作活动，如过去在理科的实验课强调的就是动手操作技能。现在随着自动化程度的不断提高，动手操作的技能在科学实验中的重要性相对下降，更重要的是能发现问题，能够制定一套方案去解决问题，技术的问题有专门人员去解决。实践并不等于操作，而包括从提出问题到求得结论、做出评价的整个过程，除了操作之外，思考、计划、找资料、理论探讨、收集数据、分析整理、归纳总结、写报告、写文章，都是实践。所谓探究性学习的实践性就是强调探究性学习应以活动为主、让学生亲身经历探究过程、体验感受探究过程、在实践中创新。 为了适应新大纲新教材的精神，我们把课堂教学与研究性性学习有机地结合起来了。例如，我们在高一学生进入高中学习，待他们学习稳定后，我们开设了一个系列化的课题研究研究自行车中的物理问题。由于学生有了一定的物理基础，如杠杆、速度、受力等。我们把这一系列研究分成几个小阶段来研究。开题阶段，主要让学生利用初中所学的知识，进行简单机械部分的研究；第二阶段，主要是在学习了平均速度后，实地测量自行车的平均速度；某同学在水平平直路面上骑自行车前进，测出经过t秒的位移S，则。s/mt/s平均值/ms-120.04.704.264.2925.05.954.2030.06.804.41结论：在实验中,由于同一个人在不同的骑次中控制的速度不同,所以测出的平均速度不同。但几次均类同于平时骑车的速度。同时，我们发现，测量的距离越长，测时间的误差越小，测出来的平均速度较为准确。16ms第三阶段，在学习了牛顿第二定律后，估测自行车所受的平均阻力：水平路面上自行车所受阻力的估测：某同学骑自行车，某时刻双脚停止用力，测出至自行车停止的时间及位移。斜坡上自行车所受阻力的估测：在一斜坡上，某同学骑着自行车，和车一起由静止开始下滑，测出下滑的时间及位移。第四阶段，研究自行车的刹车装置问题。第五阶段，在学习了圆周运动后，研究变速自行车的传动速度问题。我们通过这样的系列化问题的探索与研究，使中学物理的学习更具有生活气息，也更适应时代的发展要求了。 325探究教学方式的任务驱动性 要体现上述四方面的特点，就应提倡以任务驱动的方式组织进行教学，即以课题任务为中心来组织教学，让学生通过完成课题任务的过程获得知识，发展自己的能力，使自己的情感、态度、价值观得到培养和提高。例如，我校高二物理备课组赵承军老师曾对探究教学作了深入研究：探究课题：弹性材料弹力规律的研究该探究课题是在高一学生遇到的第一个探究课题，因此为了学生的探究活动能顺利开展，教师即要给学生足够的知识和方法上的准备。1、提出课题：我们已初步了解弹簧的弹力和随着伸长量的增大而增大。那么，究竟是什么规律呢？这个规律对各类橡皮筋等材料是否适用呢？我们能否用橡皮筋这类材料来测定力的大小，进行各种实验呢？同一种弹性材料，它们的弹力规律是否也同样呢？2、活动准备 1）材料准备：学生到市场上选购各类不同的弹性材料。 2）确定研究方案：需哪些仪器？实验装置？如何测量弹力？学生准备的一些弹性材料3、实验探究1）实验应注意什么问题？2）操作步骤如何？ 4、数据收集和处理 1）要记录哪些数数据？ 2）如何处理这些数据？（需教师的提示）5、探究结论： 1）曲线的函数表达式是？2）弹性材料的伸长量与弹力什么关系？探究式的教学方式必须把学习主动权交还给学生，给予他们施展才华的机会和舞台。该课题的探究从材料的选取到实验方案设计等都由学生来完成，学生普遍感到很亲切，真正调动了他们的积极性，从中学生也领会了探究的一基本方法。4关于探究教学在课堂中实施的几点思考尽管关于探究教学在物理教学中的探讨渐成热点，但笔者认为，只有正确处理好以下几个方面的问题，才能更好地将探究教学应用于物理教学中，才能更好地提高学生科学探究的能力。41教师的教学观念要及时更新探究式教学重在强调学习方式和教学方式的改变，我们转变以前以教师的“教”为中心为现在的以学生的“学”为中心。因此，教师教学的方式应当服务于学生的学习方式，教师要改变传统的灌输式的教学方法，在教学过程中要通过讨论、研究、实验等多种教学组织形式，引导学生积极主动地学习，使学生学习成为在教师引导下主动的富有个性的过程。这就要求教师的教育观念和教学行为必须加以转变，这是开展探究式学习的前提。42探究教学立足于课堂教学实际我们在高中物理教学中进行探究教学的研究，要立足于教材、立足于教学实际。例如，在探究“电流产生磁场”的实验时，首先向同学演示奥斯特实验，同时可向同学提出一些更深层次的问题：（1）小磁针的N极为什么会向纸面里转动？（2）小磁针静止在地磁场中时，N极指向地理的什么方位？（3）你认为通电导线东西向放置好还是南北向放置更好？等等。通过这种依托教材中的内容提出探究性问题，学生学习的兴趣自然被激发起来了。43探究教学活动的设计应从学生实际出发探究教学是针对美国国内的科学教育情况提出的，我国的科学教育虽存在有类似问题，介差别也很大。所以在设计探究教学活动时，就注意吸收国内多年来的教改经验，逐步探索出一套适合我国国情的探究教学模式。在高中物理教学内容中有许多启发性的实验，教学效果也很好，在进行探究教学的初始阶段，可以将这些实验按照探究教学的要求进行改造。例如，将用于验证结论的学生实验，改造成先做实验、再根据实验结果得出结论。这样，即符合现有的教学条件，又利于教师顺利开展教学。此外，活动的设计还要考虑学生已有经验和能力不平。例如，限于高中学生学业比较紧张，可业余支配的时间较少，我们可多安排一些学生有适当基础的课题进行研究。总之，对于每项一个探究活动，教师都应当周密考虑，认真安排每一个环节。44在强调探究教学的同时，要注意多种教学方法的运用20世纪60年代美国科学教育实践表明，全面推陈出新行探究教学是行不通的，而且还会产生一些负在影响，如使学生感到枯燥乏味，甚至产生畏惧心理等。因此，我们在强调探究教学时，不能排斥包括接受式教学在内的其他教学方法。课堂中的探究教学主要是由教师创设问题情境，提供有关的实验器材和背景材料，让学生自己拟订研究方案、实验步骤，在课堂规定时间内通过学生自己动手的实验、观察、记录、分析、讨论和归纳总结，发现物理现象、探索物理规律。探究型学习的教学过程（探究型学习）如下：教学流程研 究 内 容创设问题设计方案论证方案实验研究相互交流课外研究模拟练习教师学生师生学生学生学生师生有6V电源，如何使3.8V的小灯泡正常发光？（给出实验器材）画出电路图利用投影对学生的多种方案，进行讨论，以师生共同论证并作一定的较正按讨论后的设计方案进行实验，观察并作记录，如发现问题，设法在实验中进行解决对几种实验方案和解决问题的方法进行比较；总结提高，归纳出分压原理课外对生产、生活中的分压电路进行观察教师设计一些对真实情境的模拟练习，对分压原理的理论知识的进行进一步理解和巩固综上所述，我们要优化高中物理教学，关键是要激发起学生的学习积极性、主动性、创造性，在教学手段上的进一步拓展。只有在充满活力的物理探究教学中师生才会全身心的投入，学生才能成为真正的学习主体，才能获得能力的发展与展现其能力的满足感，高中物理教学才能充分体现出她的魅力来。同时，我们相信，通过师生的共同努力，我们在高中物理教学中定能取得更大的成效。主要参考文献：1各国物理教学改革剖析曹磊 谭树杰 主编 上海教育出版社 1997、72物理学习论阎金铎 主编 梁树森 著，广西教育出版社，1996年12月 3世纪之交的物理教育研究 中国物理学会教学委员会中学分会编 上海科学技术出版社