科學實施探究學習，有效改變學習方式

摘 要： 改變學生的學習方式是高中物理課程改革的重點，探究性物理學習是高中物理新課程積極倡導的學習方式。本文結合教學實踐，從探究性物理學習的適用范圍、基本環節、基本要求、存在問題和效果分析等方面探討了科學實施探究性物理學習，有效改變學生學習方式的問題。

關鍵詞： 探究性物理學習 適用范圍 基本環節 問題和效果

傳統的灌輸接受式教學方式，學生不了解科學知識的來源，不知道知識的形成過程，感受不到學習探索的樂趣，難以產生持久的學習興趣，甚至有些學生進入大學或參加工作后，學習上帶有明顯的被動性，難以適應新的學習要求。高中物理新課標明確提出了知識與技能，過程與方法，情感、態度與價值觀的三維培養目標，意在使學生學習到終生發展必備的物理基礎知識和技能；掌握科學探究的基本方法，發展自主能力，培養良好的思維習慣；發展好奇心和科學探究的興趣，實事求是的科學態度和關心生活、關心社會的責任感。而探究性學習活動則能夠讓學生獨立、自主地發現問題，通過查閱資料、實驗、操作、調查、信息搜索與處理、表達與交流等活動，達到經歷探究過程、獲得知識與能力、掌握問題解決的方法、獲得情感體驗的目的。因此探究性學習是高中物理課程改革提倡的一種重要的學習方式，需要我們在日常物理教學中積極實施。

一、探究性物理學習的適用范圍

并不是所有的學習內容都適合學生做探究性學習，因此物理教學并不排斥接受式學習，物理學習需要多種學習方式的結合。比如歐姆定律，有人設計這樣的探究性實驗：保持電阻不變，改變導體兩端電壓，從而改變電路中的電流，用電壓表和電流表測出一組數值，從數值中歸納出電流與電壓成正比的結論。這個設計粗看是讓學生探索歐姆定律規律，但實際上存在邏輯問題，因為電流表和電壓表都是依據歐姆定律為原理工作的，使用這個表來測量，就意味著已經承認了歐姆定律，再去用它找規律，就犯了循環論證的錯誤。從歷史上看，歐姆定律的得來是非常不容易的，那個時候還沒有發明出電流表和電壓表。歐姆用磁針的偏轉方向來表示電流的大小，因為磁針受到地磁場和電流磁場的共同作用，N極沿合磁場方向，通過不同的電流，指針的偏轉方向就不同，又用溫差電偶的溫度差來表示電源的特征，用不同長度的銅絲來反映導線的特征，這些都是當時很巧妙的方法，很具有創造性。科學探究過程要體驗，但是不能把問題無理地簡化，設計出一種簡單的探究過程而違背科學原理，這樣不僅不能向學生展現科學發現過程，反而會引起誤解，使學生認為科學發現是一個很簡單、很輕松的事情，失去科學發現本身的巨大魅力。根據我的實踐，探究性物理學習在以下四方面將大有作為。

（一）進行基本物理量的測量活動。

中學物理學習中的很多物理量都沒有給出測量方法，但測量方法包含很多重要的物理思想和研究方法，可以作為探究活動的一個內容。比如：多種方法測磁體和電流周圍的磁感應強度、測聲波的頻率、測日光燈的頻閃頻率、極大和極小電阻的測量、用示波器測黑箱內的電學元件等。

（二）探究物理規律。

以物理規律為主的探究活動的基本過程是：通過對實驗現象的觀察，或應用已知規律、理論對某一現象進行邏輯推理，找出一些問題，然后設計實驗，采集實驗數據，對實驗數據進行分析歸納，最終得到規律性的結論。我們組織學生研究過的課題有：探究摩擦力的變化規律、探究求合力的方法、探究單擺的周期與哪些因素有關、探究碰撞中的能量問題、光在界面發生折射時遵循什么規律、如何查找電路故障、氣墊上彈簧振子的周期與質量、振幅的關系等。

（三）尋找儀器、生活用品的基本原理。

學生在日常生活中經常觀察到一些有趣的現象或有意思的用品、儀器，學生對這些現象或用品的基本原理產生興趣，提出問題后，教師帶領學生通過查閱資料，拆裝儀器、用品，或是將儀器、用品拿到實驗室進行測量，從而探究其基本原理。比如自行車磨電燈的工作原理、廁所馬桶沖水器的工作原理、汽車測速儀的工作原理、乒乓球落在案子上后為什么能向后運動、家用節水器的原理及利弊分析等。

（四）開展實驗和動手制作活動。

我們可以在課外活動中設計一些趣味實驗，實驗的內容有些移植于課外書，有些是從各種活動中學來的，還有些是學生根據所學知識自己設計的。比如：如何用地磁場獲得感應電流、組裝簡易望遠鏡、用鉛筆芯自制活動變阻器、體驗向心力的大小、估測手拋物體做的功等。

二、例析探究性物理學習的基本環節

探究性物理學習活動有許多環節，下面以探究“簡諧運動及其圖像”為例，探討探究性學習的幾個基本環節和基本要求。

（一）充分做好探究準備工作。

1.明確探究目的

（1）知識與技能目標：振動圖像的物理含義；簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦函數曲線；根據圖像知道振動的振幅、周期和頻率。

（2）過程與方法目標：以學生為中心的探究性教學過程：發現問題—設計方案—進行實驗—再發現問題—解決問題—得出結論。采用的方法：討論法、演繹法、歸納法。

（3）情感目標（情感、態度和價值現）：學生通過自己設計實驗、動手操作實驗，提高實驗設計能力與實驗操作能力，培養科學的思維方法和應用數學解決物理問題的能力；通過分組實驗培養學生的團隊合作的精神，體驗實驗過程和結果獲得的成就感。

2.把握探究的重點與難點

（1）探究重點：知道簡諧運動圖像的物理意義。

（2）探究難點：簡諧運動圖像的得出。即知道圖像表達的是一個質點的位移隨時間變化關系。

3.備好探究用具

鐵架臺（兩臺）、小鐵球（系有細線）、注射器及塑料細管、注射針、透明膠布、細線、鉤碼、白紙、紅墨水（一瓶）、長木板。

4.設計探究實施過程的流程

（1）將學生分為七大組（7—8人/組，圍成一圈，便于小組實驗與組內交流、合作）；（2）設計情景，提出問題；（3）設計方案，進行實驗，引導探究，尋求規律；（4）各小組交換意見；（5）肯定好方案并實驗得出圖線；（6）引導學生完善圖線；（7）得出結論；（8）總結鞏固。

（二）設計情景，提出問題。

設計情景、提出問題至關重要。從熟悉的知識中提出問題，引導思維的撞擊，既有利于激發學生提出解決問題的動機，又可以讓學生主動地思考，并提出質疑。面對學生的疑問，教師不必過早解釋，只要綜合學生的提問，提出一兩個重點問題組織學生合作探究即可。

例如：從學生熟悉的單擺模型中引導學生用現有的材料想辦法組建一個簡單的擺，再給出這樣的練習：假設你手中的擺做簡諧運動的周期為1.8s（如圖1），振幅為2cm，其中擺球從0點向右第一次到C點所需時間為0.3s，則：

①從c→B→c所需時間為多少?

②以振子從0點出發向右運動開始計時，第二次到達C點是什么時刻?第三次?第四次?

（學生在上節課的基礎上大多能完成，教師將所得的答案如圖2排列，在黑板上劃出來。）

（教師引導學生回憶：在研究勻速直線運動時使用表格來記錄，但它有缺陷，后來用圖像法來描述使問題更形象直觀。）

根據上面的引導向學生提出如何描述簡諧運動的問題。教師在學生提出的方案中選取比較好的方案組織學生進行實驗設計。

（三）設計方案，進行實驗，引導探究，尋求規律。

教師應該大膽放手讓學生自主設計實驗方案，展開討論，完善實驗，深化思維；教師可作適當的引導。對個別有困難的小組，進行個別指導。盡可能讓每位學生都參加小組設計，讓他們得到一種科學探究的體驗，感受探究的艱難，同時也嘗到成功的喜悅。

在設計簡諧運動圖像的實驗方案時，教師讓學生自主設計，并作適當的引導，以讓學生在民主和諧氣氛中體會科學的探究方法，尋求解答問題的規律性。

（四）分析實驗記錄，得出實驗結果。

這一階段教師既要對學生積極主動參與探究給予充分肯定，又要得出實驗記錄的分析結果。

在簡諧運動圖像的實驗探究中，學生根據本小組的情況，挑選一個好的方案進行實驗，記錄實驗數據并列圖分析，得出實驗結果：教師將其中較好的圖線畫到黑板上，將所有的C點用一條直線連起來，并在各個不同的C點下方注上時刻，見圖4。

（五）完善實驗結果，得出普遍適用的結論。

教師根據上述的實驗結果，以提問的方式引導學生完善實驗結果，得出簡諧運動的圖像是一條正弦、余弦函數圖線的普遍適用結論，并對圖像的物理意義進行分析。

三、存在問題和效果分析

（一）盡量減少實驗系統誤差與人為誤差。

存在的問題主要是實驗誤差大。首先，由于實驗材料本身的原因，實驗條件難以符合簡諧運動的條件而產生系統誤差；其次，學生拉木板時不能使木板做勻速直線運動。結果使實驗圖像與課本圖像產生很大誤差。

我們可以把本實驗注射器改成塑料果凍外殼，在實驗中把紅墨水放入塑料果凍外殼中，然后用縫衣針在果凍外殼下打個小洞，這樣就避免了把注射針粘在鉤碼下端在運動過程中由于注射細管過大帶來的摩擦引起的誤差，實驗裝置圖如圖7。

（二）效果分析。

1.比較充分地發揮了學生的主體作用

建構主義理論的核心思想是：知識不是被動地接受，而是認知主體積極建構的。探究性教學活動，教師的作用是指導和參謀，從知識的傳授者轉為學生發展的促進者。有人說在這里教師從“主角”轉換為“平等中的首席”，學生自己決定研究什么，怎么研究，研究的結果也由學生自己歸納總結，最后還要在全班同學面前做展示演講，遇到困難時再找老師尋求幫助，這種方式符合建構主義理論。比如本次探究，大部分學生理解圖像的物理含義，知道簡諧運動的圖像是一條正弦或余弦函數曲線，能夠根據圖像得到振動的振幅、周期和頻率，提高應用數學解決物理問題的能力。

2.促進了學生的科學感悟和創新意識的培養

探究性活動使學生回歸到物理概念和規律的提煉過程和應用過程，引發學生進行實證調查，通過收集和利用數據形成對科學現象的解釋，使得學生在思考物理問題時，在深度和廣度上比一般的課堂教學有所加強，有利于加深對物理理論的認識，有利于將物理理論與實際進行結合，有利于學生對物理學習產生持久的興趣。記得有一位上了大學的畢業生在給我的信中寫道：我進行科學探究活動主要收獲有：（1）了解了自然科學的一般研究方法；（2）物理實驗提高了動手能力；（3）培養了對自然的熱愛和在生活中運用科學、勤于思考的習慣。

3.提高了學生的團結合作意識和交往能力

從選題開始到設計研究方案，進行數據采集，查閱研究資料，做調查問卷，寫研究報告，最后在班里匯報，從始至終都是以小組形式來完成的。小組內有分工，有合作，有討論，有交流，每個成員要承擔分給自己的任務，彼此之間要進行溝通，要將每個人的研究整合到整體中去，要形成組內成員間的相互信任，如果組內出現了沖突，就要想辦法解決沖突。在這一過程中，學生充分地體驗挫折與成功，感受平等與公正。通過幾年的跟蹤觀察，我們發現，學生的團結合作意識和交往能力大大提高了，大多數在高一入學不久就建立了探究性學習活動小組，在三年里一直保持良好的合作關系。

總之，探究性物理學習是從學科領域或社會生活中選擇主題，創設一種類似于學術（或學科）研究的情景，通過學生自主、獨立地發現問題，進行試驗、操作、調查搜集與處理信息、表達、交流等活動，這種學習方式具有非常突出的優點，需要我們繼續深入實踐與探索，以取得更大的成效。

參考文獻：

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［2］李瑾瑜等.課程改革與教師角色轉換［M］.中國人事出版社，2003.

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［4］靳玉樂.探究教學的學習與輔導［M］.中國人事出版社，2004.