物理探究性學習的教學實踐與探討

與二十一世紀的知識經濟時代的發展趨勢相適應，教育領域在價值觀念、培養目標、課程結構、教學方法和管理模式等諸多方面發生了一系列的變化。引起全社會廣泛關注的探究性學習正是在這一歷史背景下得以提出且不斷發展的。為此，廣大教育工作者應該加強對學生探究性學習的教學活動的研究。不斷在課堂教學中滲透探究性的學習方式，充分發揮學生學習的主動性和創造性，形成在探究中獲得知識的教學氛圍以實現教學的創新。

一、科學探究能力的培養目標

由于科學探索是一項重要的創新活動，那么科學教育中學生進行科學探究就需要重要的科學創新、科學思維維力。其具體體現為以下幾個方面：

1、發現問題、提出問題的能力(運用對稱、類比、特殊化、一般化等方法提出問題)；

2、能運用理論思維導致悖論，分析產生悖論的原因，并能提出猜想或假說(運用已學過的理論結合歸納、推廣、等效、直覺等方法提出新的猜想或假設)；

3、能運用實驗和邏輯方法驗證猜想或假說。完善新的理論：

4、能運用科學思維方法(分析、比較、抽象、概括、歸納等)從理論上分析及處理實驗現象和數據、建立模型、得出概念、發現規律等。

針對以上能力目標，筆者愿做引玉之磚。結合自身的教學實踐談以下幾方面的粗淺認識。

二、物理探究性學習的教學探討

1、運用“科學探究式”教學模式設計實施新知識創新教學

新知識主要是科學研究中的一些新概念、新規律和新模型等。運用“科學探究式”教學模式來實施新知識創新教學，其特點是以學生的認知流程為主線，以教師的啟發指導、提供信息(知識背景和方法背景、材料)為導航。以學生的自我探究為主體。通過教師與學生雙方互動式交流使學生獲取新知識。該教學模式流程如圖表1所示。例如對《原子的核式結構的發現》一節教學。由于學生在化學課中已學過原子的核式結構，若簡單陳述盧瑟福的a粒子散射實驗并不能激發起學生的學習興趣和創新思維。但是如果將盧瑟福的a粒子散射實驗的設計思想設計成探究性的研究課題，去組織引導學生的思維活動，則可設計如下程序化問題以調動學習的積極性：

(1)盧瑟福為何要設計a粒子散射實驗?

(2)盧瑟福為何以a粒子作為射線源?能否用陰極射線代替?

(3)實驗中靶標的材料為何用金(Au)，而且要制成金箔片?能否用鋁箔代替?

(4)根據實驗現象中a粒子極少數反彈，絕大多數不偏轉。能推出什么結論?

通過以上小課題的研究，不僅使靜態的知識被還原成為動態的科學認知過程和探究過程。還可使學生在此過程中受到物理學家們科學研究方法、科學創新思維的熏陶，從而使學生在新知識學習過程中自身能力得以提高和鍛煉。

2、運用“實驗探究式”教學模式設計實施實驗創新教學

物理學是一門實驗科學。在實驗教學中要充分培養學生探究物理規律的各項技能和方法。“實驗探究式”教學模式就是針對這個要求而提出的，其特點是以學生認知程序為教學主線，即教師根據學生認知特點，遵循科技人員應用設計的思維方法。模擬科技人員進行實驗探究情景，通過鋪設知識和思維臺階，展現實驗探究過程，在教師導航下，通過師生雙方互動式活動來引導學生進行科技探索。

下面舉一個例子來作簡要分析。

例如2002年高考(上海卷)第17題：有一組同學對溫度計進行專題研究，他們通過查閱資料得知17世紀時伽利略曾經設計過一個溫度計，其結構為：一麥桿粗細的玻璃管，一端與一雞蛋大小的玻璃泡相連。另一端豎直插入水槽中，并使玻璃管內吸人一段水柱，根據管內水柱高度的變化，可測出相應的溫度。為了研究“伽利略溫度計”，同學們按照資料中的描述自制了如圖1所示的測溫裝置。圖中A為一小塑料瓶，B為一吸管，通過軟木與A連通，管的下端豎直插在大水槽中，使管內外水面有一高度差h，然后進行實驗研究：

(1)在不同溫度下，分別測出對應的水柱高度h，記錄的實驗數據如表2所示：

根據表中數據算相鄰兩次測量水柱高度差并填入表內的空格。由此可得出結論：

①當溫度升高時，管內水柱高度h將______(填：“變大”、“變小”、“不變”)；

(2)柱高度h隨溫度的變化而______(填：“均勻”或“不均勻”)變化；試從理論上分析并證明結論②的正確性(提示：管內水柱產生的壓強遠遠小于一個大氣壓)：______。

(2)通過實驗，同學們發現用“伽利略溫度計”來測溫度，還存在一些不足之處，其中主要不足之處有①______；②______。

該題提供的物理情景：“有一組同學對溫度計進行專題研究……”本身就是一個關于實驗探究性學習的題目，從考查方面看，本題突出考查了學生是否具有這種“類似科學研究”的能力。在第(1)小題中首先需要進行數據處理，若描出h-t圖像就會發現在實驗誤差范圍內圖像是一條直線，從而得出h隨溫度是均勻變化的，這就要求教師在平時教學中培養學生處理實驗數據并根據這些數據總結歸納出物理規律的能力。然后第(1)小題題目中接下來有提示“管內水柱產生的壓強遠遠小于一個大氣壓”則暗示學生瓶內氣體做等壓變化，這考查了學生是否具備建構“等壓變化”這種模型的建模能力。在第(2)小題中由于在建構物理模型過程中不考慮管內水柱產生的壓強和實際大氣壓可能會變化等因素的影響，這與實際實驗情況有偏離，故該種溫度計測溫度存在不足之處也是顯而易見的，這需要教師在平時進行“實驗探究式”教學中努力提高學生的實驗素養和誤差分析能力。

3、鼓勵發散性思維，培養學生思維的變通性

發散性思維又稱輻散思維，是創造性思維中重要組成部分。它是根據已有的信息，從不同角度、不同方向思考，從多方面尋求多樣性答案的一種展開性思維方式。它表現出流暢、變通、獨特三大特征。培養學生思維的變通性要求教師在平時的物理教學中對所給的例題、習題、試題的形式和內容上應富于變化，要讓學生在條件和問題的不斷變化中培養自己的探究性學習的意識和能力，防止不良思維定勢，不動腦筋地照搬某種常規解題方法。

例如在熱平衡方程教學中，特意設計這樣一個問題：用200g溫度為100度的熱水和200g溫度為20度的鋁塊，能否用混合法使鋁塊的溫度達90度?

一般學生按照常規的思維方式，運用熱平衡方程來分析，不難列出：

此時，如果教師提出一個啟發發散性思維的關鍵問題：“題目要求水必須一次性與鋁混合嗎?”許多同學就可能突破常規思維的束縛去分析；先取100g熱水與鋁塊混合，解得熱平衡后溫度t=74.4度，然后把這部分水倒掉，再加入剩余的100g溫度為100度熱水與溫度已升高到76.4度鋁塊再次混合，則可解得最后熱平衡溫度t=93度，可見完全可以使鋁塊溫度達到90度。進而提出問題，“鋁塊最后的溫度有可能超過93度嗎?”此時大多數學生會興致勃勃地再去分析考慮，探究出的結論漸漸浮出水面：把水分成的份數越多，進行熱傳遞的次數越多，鋁塊能達到的末溫就會越高。

4、開創具有科技創新特點的研究性學習及活動課

要進行以培養學生創新精神和實踐能力為重要內容的素質教育，就必須改變學生的學習方式，即由以被動接受知識轉變為自主研究探索來主動領悟，不但要學習課本內的知識，還要探索課本外的東西，從中感受從事科學研究的一般方法和創新樂趣。研究性學習及活動課由此產生，其一般程序是：開設科普講座一指導選題一制定研究計劃一實施研究一結果處理或撰寫論文報告一交流研討等。針對物理學科的特點通常有：1斗普講座型；2知識探究型；3準學術研究型；4新研究型等不同層次的研究性學習及活動課類型。

不論哪一個層次的研究性學習和活動課都要注意以下幾點：

①要注意新穎性(獨特、創新)、實用性(經濟實惠，符合科學規律，具有實用價值)、先進性(能解決某些技術難題，使產品的性能提高、用途增廣等)。

②要注意使學科類知識與科技活動類知識相互有機的結合。在學科教學中，應認真挖掘科學知識因素，引導學生把課堂學到的知識轉化為實用技能，在社會實踐與日常生活中運用。

③要注意在研究活動中做到多輔導，多點拔，多示范，少指責，少包辦。

5、滲透科學研究方法，提高科學探究素質

在探究性學習的教學實施過程中，應注意有機地滲透科學研究方法，使學生明白一些學科方法論內容以培養他們的科學素養。

著名教育家陶行知說過：“人身兩大寶，雙手和大腦”。瑞士心理學家皮亞杰也曾說過：“要認識一個客體，就必須動之以手，智慧始于動作”。教師平時教學中要鼓勵學生勤動手多去做一些科學探究，從中體會到探究問題的一般方法和過程，從而使學生初步認識到將來從事科研工作的基本程序。使他們科學探究素質得到一定的提高。

如在學習《電動勢》一節內容之后，可提出以下問題布置學生課后探究：

①搜集器材，自制一個伏打電池。

②怎樣確定自制伏打電池的正負極?

③測定自制伏打電池的電動勢。

④研究自制伏打電池電動勢大小跟電池的哪些因素有關?(如：電池內溶液濃度、兩極金屬板的材料及插入溶液的深淺度等)

通過對以上問題的實驗和理論研究探索，學生不但可以加深對電動勢的產生機理、特點等的認識和理解，而且還可以從中體會到科學探索的一般研究方法和無窮樂趣。這對培養學生進行探究性學習的能力是非常有益的。

由于在探究性學習的教學中要注重學生探究的過程、方法，注重學生情感、態度和價值觀的培養，注重交流與合作，注重科學精神，注熏創新和實踐，所以對學生學習的評價不能只盯住一個最終的結果。而應該更加注重對學生探究性學習的過程進行評價，并且要注意評價方式的多元化。中學生由于知識和能力水平所限，在他們進行的探究性學習當中能夠取得一個好的“結果”固然可喜，若沒能取得，教師也必須充分肯定他們從中表現出來的良好科學探索精神和處理問題時的科學探究態度。通過建立積極、正面的評價機制，使學生在科學探究的鍛煉中，逐步形成科學思想和科學方法，培養他們良好的科學合作態度和做人的態度，這必將有利于學生的終身學習，有利于全面提高受教育者的素質。