物理探究教学新探

骆波

摘要：探究教学强调通过 “再发现 ”增进对知识的理解。物理探究教学要始于问题 ，强调问题的发现与解决 ;忠于证据 ，强调证据的收集与处理 ;重于思维 ，强调思维活动的发生与表达 ;严于评价 ，强调评价的施行贯穿始终。

关键词 ：初中物理 ;科学探究 ;探究教学 ;凸透镜成像的规律

探究教学强调通过 “再发现 ”增进对知识的理解。在《义务教育物理课程标准 （2022年版）》中，“科学探究 ”是核心素养之一。新课标背景下 ，物理探究教学如何开展，有着新的探究空间。笔者认为 ，物理探究教学不能把问题、证据、解释、交流等要素僵化地视为探究要经历的环节 ，而应始于问题、忠于证据、重于思维、严于评价。本文以《探究凸透镜成像的规律》一课为例加以说明。

一、始于问题 ：强调问题的发现与解决

探究需要发现并提出要解决的物理问题 ，根据经验和已有知识作出猜想与假设 ，再通过收集与处理证据 ，解决所提出的问题。换句话说 ，探究始于问题。而在探究过程中 ，还可能不断地出现新的问题 ，围绕问题的发现与解决 ，促使探究逐渐深入。 （一）问题源自真实情境中的发现教师提出问题 ：凸透镜能成哪几种不同性质的像 ？学生开展观察活动 ：如图 1所示 ，通过距书较近的凸透镜看鹦鹉图片 ;如图 2所示 ，将远处液晶屏上的大鹦鹉图片通过凸透镜 “投影”到书本上。

教师出示自制直径 25cm的凸透镜 ———由两块透明锅盖粘连而成的水透镜 （如图 3所示 ），通过该凸透镜将液晶屏上的鹦鹉图片 “投影 ”到远处的幕布上 （如图 4所示）。

教师提出问题 ：凸透镜成像的大小、正倒与什么因素有关 ？在观察鹦鹉图片这一活动中 ，学生发现的深入 ，一边解决原有的问题 ，一边提出新的问题 ，以便明确后续探究的目的和方向 ，使学生始终处在探索与发现之中。这样的处理更符合科学的本质 ———问题的解决不是一蹴而就的 ，而是在新问题的解决和新证据的解释中不断发展的。

二、忠于证据 ：强调证据的收集与处理

探究 ，无论是对猜想与假设作出检验 ，还是对科学问题的解释进行评价 ，都需要基于可靠的事实和证据。教师应引导学生尊重实验结果与事实 ，用证据说话 ，杜绝编造和修改实验数据 ，培养忠于证据、实事求是的科学态度。

（一）证据要充分

教师提供 “F”形光源、焦距不同的凸透镜等器材 ，让学生开展实验探究活动 ：用刻度尺测量像的大小 ，并记录成倒立、等大像时的物距和像距 ，得到表 1。

通过改变物与凸透镜的距离 ，凸透镜能成正立放大、倒立缩小、倒立放大等不同性质的像，自然生成要探究的物理问题 ———什么距离对应成何种性质的像 ？问题源自真实情境，能够引导学生激发问题意识 ，体会发现问题和提出问题在探究中的重要意义。 （二）一边解决问题 ，一边提出新问题学生通过调节物距 ，在光屏上找到几个倒立、缩小的实像 ，再找到幾个倒立放大的实像，测量并记录每次的物距和像距。通过分析数据 ，初步得出成放大实像和缩小实像的距离范围。

教师顺势提出问题 ：你认为 ，在何种情况下可以得到倒立、等大的像 ？在何种情况下可以得到正立放大的像 ？如何观察 ？怎样判断像的虚实 ？

这些问题尽管包含在 “凸透镜成像的大A'B'O

师生分析论证 ：当物距等于两倍焦距时 ，成倒立、等大的实像。

教师带领学生进行理论探究 ：根据凸透镜对光的会聚作用 ，作图分析 ，由图 5可知 ，当物距等于两倍焦距时 ，△ABO≌△，A'B'AB=，成等大的像。

小、正倒与什么因素有关 ？”这一问题之中 ，但不宜在探究一开始就全部给出。应随着探究为得到充分且可靠的证据 ，教师在器材76教育研究与评论中学教育教学 /2023年9月上做了两点完善 ：一是使用 “F”形光源 ，便于通过测量来比较像与物的大小 ，比用肉眼大致判断烛焰及其像的大小更为精确 ;二是提供焦距不同的多个凸透镜 ，便于得出普遍规律。此外 ，真实测量结果存在一定的误差 ，通常情况下 ，物距和像距并不恰好是焦距的两倍。于是 ，教师进一步丰富探究类型 ，引导学生通过理论探究 ，使用光线 （模型 ）清晰地反映光学现象的特征和规律。理论探究不仅能够得出新的推论 ，还可以使学生更深刻地理解所学的知识 ，促进学生应用数学工具开展思维和探究活动。

（二）证据要严谨

“何种情况成正立、放大的像 ？”是探究活动的难点。在日常教学甚至中考试题中 ，常看见这样的处理 ：当u<f时，移动光屏 ，在光屏上看不到烛焰的像 ，透过凸透镜观察到正立、放大的像 ，于是 “归纳 ”出 “当u<f时，凸透镜成正立、放大的虚像 ”。

上述证据严谨吗 ？此时 ，像在烛焰一侧 ，光屏那一侧肯定找不到像 ，所以并不能证明成虚像。对此 ，教师可启发学生将探究平面镜成像特点的实验技能迁移过来 ，先确定像的大致位置 ，再用光屏检验像的虚实。引导过程如下 ：（1）当物距小于焦距时 ，移动光屏 ，在光屏上能看到烛焰的像吗 ？ （2）通过凸透镜观察烛焰 ，你能看到它的像吗 ？这个像是放大的还是缩小的 ，正立的还是倒立的 ？这个像在哪一侧 ？ （3）这个像是实像还是虚像 ？将光屏置于像的位置附近 ，来回移动光屏 ，绕过凸透镜观察 ，光屏上是否有烛焰的像 ？最后，师生一起进行理论探究 ，得出结论 ：根据凸透镜对光的作用 ，通过作图发现折射光线是发散的 ，但反向延长后会相交。

在探究教学中 ，教师要注意引导学生评估证据的可靠性 ，分析证据与结论之间的论证关系是否严谨。如果证据不严谨 ，那么 ，应该及时改进探究方案 ，采集真正能说明问题、解决问题的证据 ;如果最初的假设被证据否定，那么 ，需进行修订或作出新的假设 ，然后继续收集证据加以检验 ，推动探究与认知不断深入。

三、重于思维 ：强调思维活动的发生与表达

在“理解本位的知识观 ”视域下 ，一切学科知识都变成学生探究和使用的对象 ，探究与创造成为每一个学生的学习和生活方式。[1]因此 ，探究不再停留于观察或操作的技能层面 ，而是通过经历发现与创造 ，形成支撑学科理解或思想的心智结构 ，在探究过程中运用并发展科学思维。探究过程中应始终充盈着各种思维活动 ，本文仅结合具体案例谈谈模型建构和数学思想方法的运用。

（一）将实际对象抽象为物理模型

教師引导学生一边实验 ，一边将实验中所使用的 “物”（烛焰 ）及观察到的 “像”用大小适当的 “箭头 ”摆在相应的位置 （如图 6所示）。接着 ，再引导学生绘制与图 5类似的光路图 ，用“光线 ”展示光经凸透镜折射前后的传播路径 ，解释像的性质和成因。

上述过程 ，通过模型建构的进阶 ，实现科学思维与科学探究的协同发展。用 “箭头”标示实验现象 ，既是对实验证据的直观呈现 ，又是对实际研究对象的精妙抽象。画光路图解释像的性质和成因 ，回归了几何光学的本质问题 “光的传播规律及其应用 ”，帮助学生进一步认识物理模型的抽象性和解释力（。 二）运用数学语言表达实验结论探究凸透镜成像的规律 ，可能是进入物f 。结论 并用简洁的数学语言表达出来会运，理课程学习以来证据最为繁多的学生必做实验。如何分析证据、发现规律 ，并形成合理的结论 ？可以运用数学工具。教师引导学生在v。利用相似三角形的知识加以严格证明图6的基础上画出数轴 ，然后根据实验现象找出成像性质变化的两个分界点 ———一倍焦距处 （虚像与实像的分界点）、二倍焦距处 （放大像与缩小像的分界点 ），再用这两个点将两侧的数轴各分为三个区间 ，最后逐一归纳各区间的成像性质。针对数理基础较好的学生，可进一步引导他们发现物距、像距、焦距之间的定量关系 1=1+1 ，并在图 5中探究过程中的分析论证不是对实验现象u的重复描述 ，而应倡导基于证据得出科学的用数学工具解决物理问题 ，是科学思维的重要表现之一。就数学语言而言 ，它为人们提供了一种描述与交流物质世界的表达方式 ，可以简约、精确地描述自然现象及蕴含在其中的数量关系。

四、严于评价 ：强调评价的施行贯穿始终

探究需要不断地评价 ，以推进其进程。探究过程中 ，需要对问题进行评价 ，判断提出的问题是不是科学的问题、是不是可探究的问题、是不是有探究价值的问题等。比如 ，在情境创设环节 ，观察到各种成像情况后 ，学生便急切地提出 “为什么会成不同性质的像 ？”的问题。而要解决这个问题 ，首先应探明成像的规律。对猜想、假设也要进行评价 ，判断支持猜想、假设的证据是否充分、方法是否规范、得出的解释是否合理。比如 ，部分探究活动换用 “F”形光源、使用不同焦距的凸透镜 ，都是在评价基础上对方案进行的优化。探究结束后 ，教师可布置学生用物理术语、符号、图表等描述探究过程 ，说明探究结果 ，撰写简单的探究报告。对于初学者而言 ，探究报告不必过分关注学术性 ，但应强调尊重客观事实、尊重不同观点等道德规范 ，鼓励质疑创新、严谨认真等科学精神。

探究是获取科学知识的基本方式 ，是不断发现问题 ，通过多种途径寻求证据、运用科学思维解决问题 ，并通过评价与交流达成共识的过程。探究的方式和过程是多种多样的，没有一成不变的模式。但无论采取何种形式 ，都需要体现探究的思想 ，充分发挥探究教学的作用。

参考文献 ：

[1]张华 .让学生创造着长大 ———2022年版义务教育课程方案和课程标准核心理念解析 [M].北京 ：教育科学出版社 ，2022：2.