談談探究式物理實驗教學中的問題設計

摘 要: 在探究式物理實驗教學過程中，設計良好的問題能對整個教學過程起到引導和推進作用。教師應根據教學內容設計問題，提出問題，以問題作為探究式實驗教學的起點和出發點，以問題作為探究式實驗教學過程的主線，引導學生科學探究，從而達到教學目的。本文通過《探究單擺的周期公式》這一案例，探討了探究式實驗教學過程中的問題設計方法，并總結了探究式實驗教學問題設計的經驗。

關鍵詞: 探究式 物理實驗教學 問題設計

《普通高中物理課程標準》指出，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一，因此，大力倡導發揮學生主觀能動性的探究式物理實驗教學方式，也就成為高中物理教學的重要任務。科學探究中所包含的要素有:提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作。在整個教學過程中，問題的選擇與設計是探究式教學的指揮棒。設計良好的物理問題不僅能給學生探究物理規律提供一種導向，而且這種導向會使學生在實驗過程中學會研究和探索，從而提高學生的自我學習和科學研究能力。

1.探究式實驗教學中的問題設計方法

1.1提出問題與猜想假說

物理學的研究是從提出問題開始的。我們所說的問題是指能夠通過收集數據、分析數據而回答的問題。這個問題可以是通過觀察和體驗而感興趣的問題或者是一個可以驗證的觀點，我們要求學生能從物理學的角度明確地表述問題，并知道提出問題的目的和意義。

例如:在《探究單擺的周期公式》一課的教學中，我和學生共同討論后得出，要了解單擺的周期公式就應該知道單擺的周期與哪些因素有關，進而提出問題:單擺的周期可能與哪些因素有關?單擺的周期公式是怎樣的?

提出問題后，學生對此進行猜想和假說。猜想和假說是對實驗結果的預測，是建立在觀察、分析現有的證據和以往的知識經驗上的，并不是盲目的猜測。通過對解決問題的方式和問題的答案提出假設，以及對物理實驗結果進行預測，我們能夠從中得出整個實驗探究過程的基本思路。

學生經過討論后提出猜想:單擺的周期可能與單擺的振幅A、小球質量m、擺長l有關，事實上是否如此呢?那就需要設計實驗來檢驗猜想。

1.2制定計劃與設計實驗

在猜想和假說的基礎上，我們要設計一組實驗來檢驗我們的猜想。在計劃中應該確定所研究問題的變量和應變量，寫明詳細的實驗器材和實驗步驟，以及在實驗中要進行的觀測。我們在實驗的設計過程中，設計以下探究實驗:

探究實驗1:探究單擺周期T與擺球振幅A的關系。選擇相同的擺長l和相同質量m的小球，而使單擺的振幅A不同，進行實驗，觀察小球的周期T是否相同。

探究實驗2:探究單擺周期T與擺球質量m的關系。選擇相同的擺長l和相同的振幅A進行實驗，而使小球的質量m不同，觀察小球的周期T是否相同。

探究實驗3:探究單擺周期T與擺長l的關系。選擇相同的振幅A和相同的小球質量m，而使單擺的擺長l不同進行實驗，觀察小球的周期T是否相同。

1.3進行實驗與收集證據

在探究式實驗過程中，如何推進教學過程，引導學生自主實驗，問題設計是相當重要的。設計的問題恰當，可以引導學生思考，有助于探究;設計的問題不恰當，則會使探究式實驗喪失應有的作用。對探究式實驗的問題設計可以使實驗的內容拓寬、延伸。

在整個實驗過程中，我不要求學生去死記實驗步驟，而是在實驗各個階段設計出合理的問題供學生思考。

問題1:單擺應當選用什么樣的球?什么樣的線?線的長度應當在什么范圍內?

問題2:測量擺長用什么測量工具?線長測量好后掛還是掛好后測量?手持擺球拉緊測量線長還是自然懸掛測量線長?

問題3:如何較為正確地量出小球的直徑?

問題4:有哪兩種不同的擺動?怎樣保證小球的擺動是簡諧運動?小球擺成圓錐擺，對周期有什么影響?如何避免圓錐擺運動?

問題5:秒表怎樣讀數?要不要估讀?秒表奇數位與偶數位的刻度不連續是怎么回事?

問題6:怎樣測量單擺周期?從何處開始計時較為準確?到何處停止計時?測30-50個周期有什么好處?

問題7:單擺擺動時怎樣控制變量測單擺的周期?控制哪些變量?記錄哪些數據?

問題8:單擺的周期與哪些因素有關?單擺的周期公式是怎樣的?

通過設置上述問題，學生在實驗過程中不但知道怎樣做，而且知道為什么這樣做，真正能在做中學，在學中思。

1.4分析數據與得出結論

實驗中得到的觀察和測量結果稱為數據。實驗結束時要對數據進行分析，我們要啟發學生思考，實驗數據是否存在某種規律或趨勢?能否支持先前的假說?實驗中是否存在缺陷?是否需要收集更多的數據?通過回答這些問題，學生能逐步向實驗結論推進。

利用多媒體和計算機輔助，我常常把數據根據需要整理成表格或圖像，以便更好地分析數據。我將實驗數據輸入計算機，利用“幾何畫板”軟件或者Excel軟件記錄并處理數據，經過計算機調整函數，學生發現單擺的周期T與T∞的圖線可以很好地擬合。

物理結論是對實驗研究發現的總結。在下結論的時候，通常需要重復幾次實驗才能得出最后的結論。而教師應鼓勵學生從得出的結論中發現新的問題，并設計新的實驗來尋求答案。

2.探究式實驗教學中問題設計的經驗與反思

2.1階梯性問題引導探究過程

原蘇聯的維果茨基針對人的智力發展水平提出了“最近發展區”的概念。“最近發展區”是指學生在有指導的情況下，借助教師幫助所能達到的解決問題的水平與獨自解決問題所達到的水平之間的差異，實際上是兩個臨近發展階段的過渡狀態。

因此，學生研究目標的確立，應從現有知識出發，向“最近發展區”邁進。在探究活動中我們可以在各個環節設置操作性強的階段性問題，引導學生的探究過程。要注意設置問題的難度和指導性，不能是學生無法解決的，也不能是學生輕而易舉就能解決的，而要有一定的研究過程。這是因為目標太高，其實現概率太小，不能起鼓舞推動作用;而目標過低，不需努力即達到，則不具激勵作用。就好比讓學生從樹上摘蘋果，不能是很輕松地就摘下來的，而要讓學生用力往上跳一跳才能摘到的，這樣才能有助于學生自身發展。當然這個蘋果的位置也不能太高，如果學生怎么跳都摘不到，學生也會喪失研究這個課題的信心和興趣。

因此，怎樣設計階段性問題就成為一個至關重要的要素，而且這些問題要有價值，要起到對研究課題的指導性和引導性的作用，使學生在解答這些問題的時候的同時就是在進行科學研究，解決這些問題就能對整個實驗起到柳暗花明、撥云見日的作用。

2.2開放性問題拓展思維空間

開放性問題是指允許作出多種可能解釋或回答的提問。開放性問題一般不具備完整的初始條件，解答過程具有不確定性、發散性、發展性和創新性等特點。解決開放性的物理問題，一方面能使不同的學生都能產生自己的思考結果，找到問題的答案，讓每個學生都有所得，另一方面又能使學生從不同的角度思考，提供不同的解決方法，使學生的創造性思維得以發展。探究式教學的基本目標之一是發展學生批判性和創造性思維，培養學生的科學態度和科學精神。教師必須認識到，在探究教學中最重要的不是記住物理結論，而是使學生有機會探索思考，有機會回答問題，從而增強他們自主探究的能力。即便學生得到的答案是片面甚至是錯誤的，但只要學生經過了思考，就能獲得物理研究的經驗，這種過程和經驗比正確答案更加重要。

2.3拓展性問題鼓勵創新思維

教學的最終結果不是用所授知識消滅問題，而是在初步解決問題的基礎上引發新的問題，進而把問題的探究延伸到課外，使學生更多地了解知識在生產生活中的應用。例如:單擺的產生歷史是怎樣的?單擺在生活中有哪些應用?研究單擺周期的計算機軟件是如何應用的?所設計的這些拓展性問題能刺激學生產生新的想法，從而促進他們創造性思維和解決問題能力的發展。拓展性問題不但能鞏固知識，激發學生學習物理知識的興趣，而且能增強學生學習的目的性，拓展學生視野，最終能啟發學生，把學生引上創造之路。

探究式物理實驗中提出的問題不僅能激發學生的求知欲，而且是學生吸收知識、鍛煉思維能力的主要途徑。問題應存在于探究式實驗教學的整個過程中，應使教學活動自始至終圍繞著問題的探究和解決展開，從而達到培養學生創造性思維的目的。通過對問題的各個擊破，學生在新材料、新情境、新問題面前勇敢質疑，不斷探索，學生將不再是消極的知識接受者，而是積極的探索者和研究者。只有這樣，學生才能成為學習真正的主人。

參考文獻:

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準(實驗).人民教育出版社，2003.

[2]張維善.普通高中課程標準教科書物理選修3—4.人民教育出版社，2004.

(作者系華東師范大學教育碩士)