高中物理探究式教学的实践与思考

罗翀

摘要：试图围绕教育部《新课程标准》中提出的培养学生的三维目标体系，结合中学物理教学实践，从新知识、实验技能、发散性思维、研究性学习、科学研究方法等五个方面，对高中物理探究式教学作粗浅探讨。

关键词：探究性学习；科技创新；科学方法

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148(2012)4(S)-0007-3

1引言

二十世纪已经以非凡的百年纪事进入了历史博物馆，新世纪的辉煌之页已经翻开，在新的竞争中立于不败之地的可以说是科技发达、教育制度完善的那些国家。与二十一世纪的知识经济时代的发展趋势相适应，教育领域在价值观念、培养目标、课程结构、教学方法和管理模式等诸多方面发生了一系列的变化，引起全社会广泛关注的探究性学习正是在这一历史背景下得以提出且不断发展的。为此，我们广大教育工作者应该加强对学生探究性学习的教学活动的研究，不断在课堂教学中渗透探究性的学习方式，充分发挥学生学习的主动性和创造性，形成在探究中获得知识的教学氛围以实现教学的创新。

2科学探究能力的培养目标

由于科学探索是一项重要的创新活动，那么科学教育中学生进行科学探究就需要重要的科学创新、科学思维能力。其具体体现为以下几个方面：

1.发现问题、提出问题的能力(运用对称、类比、特殊化、一般化等方法提出问题)；

2.能运用理论思维导致悖论，分析产生悖论的原因，并能提出猜想或假说(运用已学过的理论结合归纳、推广、等效、直觉等方法提出新的猜想或假设)；

3.能运用实验和逻辑方法验证猜想或假说，完善新的理论；

4.能运用科学思维方法(分析、比较、抽象、概括、归纳等)从理论上分析及处理实验现象和数据、建立模型、得出概念、发现规律等。

针对以上能力目标，笔者愿做引玉之砖，结合自身的教学实践谈以下几方面的粗浅认识。

3物理探究式教学模式的实践探讨

3.1运用“科学探究式”教学模式设计实施新知识创新教学

新知识主要是科学研究中的一些新概念、新规律和新模型等。运用“科学探究式”教学模式来实施新知识创新教学，其特点是以学生的认知流程为主线，以教师的启发指导、提供信息(知识背景和方法背景、材料)为导航，以学生的自我探究为主体，通过教师与学生双方互动式交流使学生获取新知识。该教学模式流程如图l所示。

以“原子的核式结构的发现”的教学为例。

对“原子的核式结构的发现”一节教学，由于学生在化学课中已学过原子的核式结构，若简单陈述卢瑟福的α粒子散射实验并不能激发起学生的学习兴趣和创新思维。但是如果将卢瑟福的α粒子散射实验的设计思想设计成探究性的研究课题，去组织引导学生的思维活动，则可设计如下程序化问题以调动学生学习的积极性：

(1)卢瑟福为何要设计α粒子散射实验?

(2)卢瑟福为何以α粒子作为射线源?能否用阴极射线代替?

(3)实验中靶标的材料为何用金(Au)，而且要制成金箔片?能否用铝箔代替?

(4)根据实验现象中α粒子极少数反弹，绝大多数不偏转，能推出什么结论?

通过以上小课题的研究，不仅使静态的知识被还原为动态的科学认知过程和探究过程，还可使学生在此过程中受到物理学家们科学研究方法、科学创新思维的熏陶，从而使学生在新知识学习过程中自身能力得以提高和锻炼。

3.2运用“实验探究式”教学模式设计实施实验创新教学

物理是一门实验科学，在实验教学中要充分培养学生探究物理规律的各项技能和方法。

“实验探究式”教学模式就是针对这个要求而提出的.其特点是以学生认知程序为教学主线，即教师根据学生认知特点，遵循科技人员应用设计的思维方法，模拟科技人员进行实验探究情景，通过铺设知识和思维台阶，展现实验探究过程，在教师导航下，通过师生双方互动式活动来引导学生进行科技探索。

以“2002年高考(上海卷)第17题”的分析为例。

有一组同学对温度计进行专题研究，他们通过查阅资料得知17世纪时伽利略曾经设计过一个温度计，其结构为：一麦杆粗细的玻璃管，一端与一鸡蛋大小的玻璃泡相连，另一端竖直插入水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱，根据管内水柱高度的变化，可测出相应的温度。为了研究“伽利略温度计”，同学们按照资料中的描述自制了如图2所示的测温装置。图中A为一小塑料瓶。B为一管，通过软木与A连通，管的下端竖直插在大水槽中。使管内外水面有一高度差h.然后进行实验研究：

(1)在不同温度下，分别测出对应的水柱高h，记录的实验数据如表3所示：

根据表中数据算相邻两次测量水柱高度差并填人表内的空格，由此可得出结论：

①当温度升高时，管内水柱高度h将____(填：变大、变小、不变)；

②水柱高度h随温度的变化而____(填：均匀，不均匀)变化；试从理论上分析并证明结论②的正确性(提示：管内水柱产生的压强远远小于一个大气压)：____。

(2)通过实验，同学们发现用“伽利略温度计”来测温度，还存在一些不足之处，其中主要不足之处有①____；②____。

该题提供的物理情景：“有一组同学对温度计进行专题研究……”本身就是一个关于实验探究性学习的题目，从考查方面看，本题突出考查了学生是否具有这种“类似科学研究”的能力。在第(1)小题中首先需要进行数据处理，若描出h-t图像就会发现在实验误差范围内图像是一条直线，从而得出h随温度是均匀变化的，这就要求教师在平时教学中培养学生处理实验数据并根据这些数据总结归纳出物理规律的能力。然后第(1)小题题目中有提示“管内水柱产生的压强远远小于一个大气压”则暗示学生瓶内气体做等压变化，这考查了学生是否具备建构“等压变化”这个模型的建模能力。在第(2)小题中由于在建构物理模型过程中不考虑管内水柱产生的压强和实际大气压可能会变化等因素的影响，这与实际实验情况有偏离，故该种温度计测温度存在不足之处也是显而易见的，这需要教师在平时进行“实验探究式”教学中努力提高学生的实验素养和误差分析能力。

3.3鼓励发散性思维，培养学生思维的变通性

发散性思维又称辐散思维，是创造性思维中重要组成部分。它是根据已有的信息，从不同角度、不同方向思考，从多方面寻求多样性答案的一种展开性思维方式。它表现出流畅、变通、独特三大特征。培养学生思维的变通性要求教师在平时的物理教学中应对所给的例题、习题、试题的形式和内容富于变化，要让学生在条件和问题的不断变化中培养自己的探究性学习的意识和能力，防止不良思维定势，不动脑筋地照搬某种常规解题方法。

以“高中物理竞赛中有关热平衡方程”的教学为例。

在高中物理竞赛中有关热平衡方程的教学中，笔者特意设计这样一个问题：用200g温度为

100℃的热水和200g温度为20℃的铝块，能否用混合法使铝块的温度达90℃?

一般学生按照常规的思维方式，运用热平衡方程来分析，不难列出：

C_水m水(100-t)=C_铝m铝(t-20)，代人有关数据解得t=86.1℃，因此得出不可能使铝块的温度达到90℃的结论。

此时，如果教师提出一个启发发散性思维的关键问题：“题目要求水必须一次性与铝混合吗?”许多同学就可能突破常规思维的束缚去分析：先取100g热水与铝块混合，解得热平衡后温度t=76.4℃，然后把这部分水倒掉，再加入剩余的100g温度为100℃的热水与温度已升高到76.4℃的铝块再次混合，则可解得最后热平衡温度t=93℃，可见完全可以使铝块温度达到90℃。进而提出问题：“铝块最后的温度有可能超过93℃吗?”此时大多数学生会兴致勃勃地再去分析考虑，探究出的结论渐渐浮出水面：把水分成的份数越多，进行热传递的次数越多，铝块能达到的末温就会越高。

3.4开创具有科技创新特点的研究性学习及活动课

要进行以培养学生创新精神和实践能力为重要内容的素质教育，就必须改变学生的学习方式，即由被动接受知识转变为自主研究探索来主动领悟，不但要学习课本内的知识，还要探索课本外的东西，从中感受从事科学研究的一般方法和创新乐趣。研究性学习及活动课由此产生，其一般程序是：开设科普讲座→指导选题→制定研究计划→实施研究→结果处理或撰写论文报告→交流研讨等。针对物理学科的特点通常有：①科普讲座型；②知识探究型；③准学术研究型；④创新研究型等不同层次的研究性学习及活动课类型。

不论哪一个层次的研究性学习和活动课都要注意以下几点：

(1)要注意新颖性(独特、创新)、实用性(经济实惠，符合科学规律，具有实用价值)、先进性(能解决某些技术难题，使产品的性能提高、用途增广等)。

(2)要注意使学科类知识与科技活动类知识相互有机的结合。在学科教学中，应努力挖掘科学知识因素，引导学生把课堂知识转化为实用技能，在社会实践与日常生活中运用。

(3)要注意在研究活动中做到多辅导、多点拔、多示范、少指责、少包办。

3.5渗透科学研究方法，提高科学探究素质

高中物理中的科学研究方法一般流程如图4所示。在探究式教学的实施过程中，应注意有机地渗透科学研究方法，使学生明白一些学科方法论内容以培养他们的科学素养。

著名教育家陶行知说过：“人身两大宝，双手和大脑”。瑞士心理学家皮亚杰也曾说过：“要认识一个客体，就必须动之以手，智慧始于动作”。教师平时教学中要鼓励学生勤动手多去做一些科学探究，从中体会到探究问题的一般方法和过程，从而使学生初步认识到将来从事科研工作的基本程序，使他们科学探究素质得到一定的提高。

以“电动势”的教学为例。

在学习《电动势》一节内容之后，可提出以下问题布置学生课后探究：

(1)搜集器材，自制一个伏打电池。

(2)怎样确定自制伏打电池的正负极?

(3)测定自制伏打电池的电动势。

(4)研究自制伏打电池电动势大小跟电池的哪些因素有关?(如：电池内溶液浓度、两极金属板的材料及插入溶液的深浅度等)

通过对以上问题的实验和理论研究探索，学生不但可以加深对电动势的产生机理、特点等的认识和理解，而且还可以从中体会到科学探索的一般研究方法和无穷乐趣。这对培养学生进行探究性学习的能力是非常有益的。

4结束语

由于在物理探究式教学中要注重学生探究的过程、方法，注重学生情感、态度和价值观的培养，注重交流与合作，注重科学精神，注重创新和实践，所以对学生学习的评价不能只盯住一个最终结果，而应该更加注重对学生探究性学习的过程进行评价，并且要注意评价方式的多元化。中学生由于知识和能力水平所限，在他们进行的探究性学习当中能够取得一个好的“结果”固然可喜，若没能取得，教师也必须要充分肯定他们从中表现出来的良好科学探索精神和处理问题时的科学探究态度。通过建立积极、正面的评价机制，使学生在科学探究的锻炼中，逐步形成科学思想和科学方法.培养他们良好的科学合作态度和做人态度，这必将有利于学生的终身学习，有利于全面提高受教育者的素质。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.物理课程标准[J].北师大出版社.2001.7

[2]霍金萍，查尔明.让教师走进研究性学习[J]广西教育出版社.2001.4

[3]黄国龙，戴满国.培养学生创新能力[J]物理教学.2003.3.

[4]任长松.探究式学习：18条原则(上、下)[J]教育理论与实践.2008.12

[5]廖伯琴.普通高中课程标准实验教科书《物理(选修3—2)教师用书》.山东科学技术出版社，2010.7.

(栏目编辑赵保钢)