基于“探究实验”的物理精准教学策略研究*

李亚明

(海盐第二高级中学 浙江 嘉兴 314300)

从双基到三维目标再到核心素养，有融合也有超越，它是三维目标的提炼和整合，三维目标并不是终极目标，而是核心素养形成的要素和路径.上述变迁是教育本质的全面回归，在本质上体现了从知识本位到以人为本的转变.

(初级版) (转型升级版) (聚焦强化版)

高中物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面.科学探究是高中物理学科核心素养的重要内容，探究实验的教学尤其重要.只有达到探究实验的精准教学，才能准确把握教学目标和内容，合理构建教学结构，精心细化教学流程，促进学生在三维目标上获得可持续的进步和发展，实现预期目标和完美教学结果的活动过程.

1 基于“探究实验”的物理精准教学现状分析

基础教育课程改革核心理念是实现学生学习方式的转变，明确提出“自主、合作、探究”的学习方式，教材的精心编写展现了这一理念.尤其是探究实验教学，给出一些思考与讨论或探究实验，教师先引导学生探究活动，再精准地概括出物理概念、规律等，最后应用所学知识解决问题.毫无疑问，基础教育课程倡导自主探究的精准教学.现实是课堂时间有限，教师为了更好地完成教学任务，经常会出现以下问题：

(1)有实验过程，缺实验探究

教师觉得让学生自己探究着操作，势必会浪费很多的课堂时间，导致教学任务不能完成，所以就先把实验的步骤讲授一遍，然后任由学生自己操作，看上去也是学生自己完成的，事实上丧失了学生主动思考的过程.

(2)有实验过程，缺理性思辨

教师觉得做实验的目的是得到实验结果，所以相对实验过程没有实验结果重要，然而，有些实验结果不是通过做完实验就能得到的，需要经过一定地加工处理才能得到.因此，教师就觉得让学生自己探究不仅浪费时间，而且达不到预期的效果，所以就让学生负责按预先设定的步骤做实验，教师帮着总结实验的规律.但是，这样的结论不是学生自己探究得到的，势必印象不深.

(3)有实验内容，未聚焦学科本质

教师没有精准地针对学生做出研究，学生在这样的教学过程中，只是机械地照搬照做，根本缺少了自己的探究精神，这样为了探究而探究的教学事实上是假探究.教师的教学没有立足于学生，不利于学生发展学科核心素养.

2 基于“探究实验”的物理精准教学有效设计策略

高中物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面，科学探究是高中物理学科核心素养的重要内容.物理学是一门实验科学，很多概念的建立、定律的发现，都有其坚实的实验基础，许多物理现象只有通过实验才能得到解释，甚至科学理论也是人们通过实验总结出来的.在物理教学中，探究实验教学可以激发学生的学习兴趣、完善学生的知识结构、培养学生的多种能力.笔者主要从以下几个方面进行有效设计,如图1所示.

图1 设计流程图

2.1 导学学案设计 了解探究思路

学案导学法提倡，学生的知识不能通过被动灌输和传递获得一般规律，而是必须通过学生主动、积极地建构实现.学案导学法的提出，确立了学生在学习过程中的主体地位，真正做到把课堂还给学生.研究者对于一些探究实验经常借助学案导学达到一定的探究效果.

(1)问题导学设计，引导学生探究

学案与导学密切结合，导学依据学案，重点在“导”.把传统的讲授式的“要我学”变为学生积极主动参与式的“我要学”，如何让所设计的学案导学发挥其作用，笔者在这方面做了一定的研究.以下以“自由落体运动”问题导学为例，内容如下：

生活中，你观察过下列物体的运动吗？

1)小段粉笔下落；2)纸片下落；3)纸片揉成小纸团下落；

它们下落的快慢是否一样？不同的物体下落的快慢由哪些因素决定？

在上“自由落体运动”一课的前一晚上把学案导学发给学生预习、自学，使学生自主明确下节课掌握什么？探究什么？为这节课的顺利完成打下良好的基础.

(2)习题导学设计，理清探究思路

有些实验的探究思路可能在前面的实验中学过了，但是，如果在课堂上再进行复习，教学任务就完不成了，所以，教师可以通过设计习题导学，帮助学生理清探究实验思路.下面仍以“自由落体运动”为例说明.

教师：根据学案导学中 “探究小车速度随时间变化规律”的实验知识回顾，我们大致知道了小车运动性质的研究方法，那么对于自由落体运动性质我们又该如何研究呢？

学生:思考交流讨论.

教师：在学案导学中，我们通过对“探究小车速度随时间变化规律”知识回顾，可以发现，我们是通过画v-t图来研究小车的运动性质.利用图像法将小车的运动既形象又直观地展示在我们面前，这也是我们研究的物理思想方法之一.

教师：在这样的思想指导下，我们应该怎样研究自由落体运动性质？

学生：交流分析讨论.

教师:引导学生归纳总结.

这就是研究的思想方法.

点评：通过学案导学中“探究的导”来引导学生思考利用图像法判定物体运动性质的方法，使得研究过程简单化、明白化.

2．2 实验仪器选择 培养自主探究

(1)仪器种类选择，掌握实验目的

既然要做实验，肯定离不开实验仪器的选择.如果教师直接把所需的实验器材讲解好，学生缺少了实验仪器种类的选择，这样势必会导致其缺少对实验目的的研究，缺少探究精神.久而久之，产生依赖性，对我们的探究教学不利.所以，在仪器种类的选择上可以让学生尝试着去做，有利于更好地掌握实验目的.

例如“测定电池的电动势和内阻”.

在仪器种类选择前，学生必定要了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法.可以借助闭合电路欧姆定律，尝试着画出实验的电路图，主要有以下3种电路图,如图2所示.这样再去选择就达到了事半功倍的效果.

采用冲击波电压发生器(标准波)对装置的测量电极输入冲击波激励，同时记录装置的输出电压，如表2所示。输入、输出电压数据经拟合后呈线性关系，且与在工频激励条件下的输出电压误差不超过0.5 V。

图2 3种电路图

有时候所给的仪器种类比较多，学生可能还会出现更多的选择方案.

比如，本实验中如果还有一个定值电阻的话，部分有能力的学生还会用定值电阻和电流表组合代替电压表的功能，同样达到了目的.通过学生自主探究，印象深刻，起到了举一反三的作用.

(2)仪器接法选择，明确实验原理

实验目的不同，实验仪器的连接方式势必不同.要想实验的连接方式正确，必须对实验原理非常的清楚，只有这样才能达到预期的效果.

例如“测绘小灯泡的伏安特性曲线”.

实验原理：通过调节滑动变阻器，改变加在小灯泡上的电压和通过小灯泡的电流，用电压表和电流表测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，绘制出小灯泡的伏安特性曲线，进而研究小灯泡灯丝电阻的变化规律,如图3所示.

图3 测绘小灯泡的伏安特性曲线

这样的情况下，学生势必会思考.

2)滑动变阻器的接法——限流式还是分压式.

带着这样的问题，学生会尝试着分组做，虽然可能会花费一定的时间探究，但是，通过自己努力得出的结论印象深刻，真正符合了发展学生核心素养的特点.

(3)仪器量程选择，减小实验误差

选择量程的标准是要遵循“安全”“准确”的原则：“安全”是指不损坏实验器材，能保证实验安全正常进行.例如，电压表和电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值；通过电源、滑动变阻器的电流不能超过额定值；电路中电流不能超过限流电阻的允许值等.在安全保证的情况下，就要确保“准确”，“准确”是指所选器材要考虑尽可能减小实验误差.

例如“使用多用电表测量定值电阻”.

图4 指针式多用电表

测量时选择相应测量项目的合适挡位，指针偏转恰当时再读数，实验误差较小.

2.3 实验仪器操作 提升探究素养

(1)教师引导操作，明确探究步骤

有些实验仪器可能比较新颖，学生见到的比较少.如果这时候你只给他实验仪器，让他自己做，可能好多学生很茫然，根本不知道做些什么，这时候需要教师引导探究，使得探究方向明确.

例如“安培力方向的探究”.

1)安培力的方向和电流、磁场方向到底存在怎样的空间关系？我们通过实验来进一步探究.

2)教师讲解实验装置.这里给大家提供的实验器材有：磁铁、金属导轨、一根铜棒、导线、电源.如图5(a)所示.

图5 安培力方向的探究

为了方便研究我们把通电导线垂直放在磁场中.

3)该实验涉及到3个物理变量，所以我们在探究过程中应该采用什么样的科学方法？

4)思考并回答：

①怎样改变电流方向？

②怎样改变磁场方向？

③导体棒的受力方向如何体现？

④该实验有几种组合情况？

通过教师的引导，明确探究实验步骤，学生一步一步跟着做，使得探究更具目的性.

(2)学生自主操作，提高探究能力

教师如果一味地认为学生自己操作仪器开始是不行的，从而不断地进行讲授，手把手地教，这样势必会使学生丧失探究精神，习惯性地接受教师所传授的，久而久之就会忘记，印象不深.只有让学生通过自己主动探究，才能达到记忆犹新的效果.所以，有些探究实验可以大胆地让学生自主操作，提升自己的探究能力，如图5(b)所示.

例如“猜想：粒子运动的半径与哪些因素有关？”

如图6所示，在介绍完洛仑兹力演示仪构造后，学生已经有了一定的探究基础，教师可以提出：

图6 洛仑兹力演示仪实物图

1)能否用这里现有的实验装置定性探究？

2)请你设计一个简单易行的方案.

学生自告奋勇上台探究，通过一边做一边得到一定的实验结论，为接下来的理论分析奠定了很好的基础.

(3)教师意外操作，激发求知欲望

实验操作难免会出现意外，正确面对课堂意外，学生可在多方面获得提升.有时候教师经常强调实验的注意事项，但是效果不佳，主要还是学生只是被动地接受知识而不是主动地去探究得到.研究者发现有时候一些刻意的实验意外，反而激发了学生的求知欲，使得问题迎刃而解.

如在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，当时先故意演示了一遍错误的操作，通过有意错误操作实验仪器，让学生自己去探究，激发了学生的求知欲，真正让学生主动参与进来，自己去发现实验操作时的注意点，避免了实验意外的发生.

2.4 表格设计合理 探究实验规律

(1)呈现探究内容，总结实验规律

探究实验都有一定的规律性.通过对实验的数据分析，往往可以总结出实验规律.但是为了更快、更直观地总结出实验规律，我们可以设计合理的实验数据表格.

例如：实验“探究求合力的方法”，教师可以通过先让学生在同一个图中作出两力不同夹角时所得F和F′，然后测量、换算出F和F′的值，最后通过两者数据的对比总结出实验的规律.具体数据处理表格如表1所示.

表1 “探究求合力的方法”实验数据处理表格

通过对课堂实验规律的总结，学生在今后可以更加自如地去质疑、去分析、去解决某些意外，找到科学的思考方法，提高学生的分析问题、解决问题的能力.

(2)处理实验数据，得出实验规律

有些实验规律不是直接从表格中观察出来的，还需要借助Excel表的处理来得出规律.例如“自由落体运动”中，教师尝试着让学生把数据填在如表2所示的数据处理表格中.

表2 自由落体数据处理表格

学生在计算v的时候已经花去了很多的时间，但是，即使正确地算出来了，也不能从表格中得出实验规律，还要尝试着画出v-t图像，这样教学任务肯定完不成.为了更形象地展示画图过程，让学生把数据报给笔者，然后利用Excel画v-t图，得到一条倾斜的直线.

思考：在v-t图中一条倾斜的直线，代表物体做什么运动？

学生思考讨论得出：做匀加速直线运动.

思考：比较那些图线，分析有什么不同之处？什么原因导致的？

学生讨论后得出：一条纸带起点速度不为零，一条为零.主要是处理纸带起点的选择不一样.

结论：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.

思考：那自由落体加速度又为多少呢？可不可以从图像中得出？

学生讨论得出：图线的斜率即为加速度.

学生分两大组分别计算图线的斜率得出加速度.

利用Excel画v-t图，不仅可以节省教学时间，而且可精确地作出图像，方便学生更好地得出实验规律.

基于“探究实验”的物理精准教学的有效设计，可以培养学生的探究能力和自主能力，能够使教师立足于学生，进行探究实验教学，对教学课程进行“二次开发”，使得课堂教学真正符合新课程标准，促进物理学科教师能够成为确实解决课堂实际问题的研究者，有助于提升教师自身的教学水平，提高教师的反思能力.

3 基于“探究实验”的物理精准教学有效设计的思考

(1)立足学生

学生是学习的主体，我们在教学的过程中一定要注意主体的主动性.若学生主观上缺乏能动性，教师的设计哪怕再精彩也是无效的，故要激发学生的能动性.从学生出发，通过实践与研究，设计出有效的课堂探究实验精准教学环节，通过“导学学案”“仪器选择”“仪器操作”和“数据处理”等方面的体验性、实践性学习内容，培养学生学习物理学科的兴趣和能力.

(2)二次开发

对相关研究的分析发现，大部分研究着眼于新课程提出的三维目标，基于学科核心素养的教学设计研究很少，这在一定程度上忽视了“学生为本”的理念，不利于学生物理核心素养的提升.教师立足于学生，进行探究实验教学，对教学课程进行“二次开发”，使得课堂教学真正符合新课程标准，促进物理学科教师能够成为确实解决课堂实际问题的研究者，有助于提升教师自身的教学水平，提高教师的反思能力.因此，基于学科核心素养的高中物理探究实验教学的二次开发，对促进教师专业发展具有重大的意义，也丰富了教师的理论与实践研究.

综上所述，基于“探究实验”的物理精准教学进行有效的设计，创设出符合学生实际的学习活动，优化学习过程，逐步提升师生的探究意识和改革创新意识，让师生共同体会探究的过程，从而获得在真实生活情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力，积极开展这样的教学活动，最终实现学生的创新精神和实践能力的培养目标.在落实学生发展学科核心素养的同时，提升学生学习物理学科的学科能力和素养，以便于学生更好地适应新课程和新高考，并最终在新课程高考中体验到成功.