基于探究性學習的高中物理數字化實驗教學案例設計研究*

◆郭威 薛耀鋒 王駿 陸李楊

基于探究性學習的高中物理數字化實驗教學案例設計研究*

◆郭威 薛耀鋒 王駿 陸李楊

結合高中物理實驗教學實際情況，應用探究學習理論，以“機械能守恒定律”為例，設計高中物理數字化實驗教學案例，旨在激發學生學習興趣，提升學生科學探究能力。實證研究過程中采用課堂觀察、課堂測試和問卷調查等方法對教學案例的實施效果進行評估。

高中物理；數字化實驗；探究性學習

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.131

1　引言

為了培養創新型人才，提升國民科學素養，世界各國都在調整基礎教育的培養目標，探尋更好的教學方式，實施課程改革，探究式教學［1］越來越受到各國教育領域的重視。以美英兩國為代表的政府文件《美國國家科學課教育標準》（1996年）和《國家科學教育課程標準》（英國，2000年）中指出，科學教學中要融入探究性的研究活動［2-3］。由此可見，探究式教學是國際視野下教育改革的發展趨勢，是轉變學習方式和課程實施的核心關鍵。

本文基于探究式教學理念，結合高中物理實驗教學［4-5］的實際情況，轉變教師的教學方法和學生的學習方法，設計基于探究學習模式的高中物理數字化實驗教學案例，通過創設不同的問題情境，讓學生利用數字化實驗裝備進行探究學習，激發學生學習興趣，培養學生的科學探究能力。

2　教學案例設計

本文以高中物理課程“機械能守恒定律”為例，采用探究性學習教學方法，設計一個基于探究學習模式的中學物理實驗教學案例。具體的教學活動設計包含6個步驟。

1）教師通過情境導入和學生的自主活動，使學生對機械能物理現象進行初步了解。

2）通過設問環節，教師將問題拋給學生，引起學生的深入思考。

3）教師通過介紹動能、勢能的互相轉化和機械能概念，使學生對已學物理知識進行溫習，為此次教學內容的學習做好鋪墊。

4）教師再導入一個新的情境并設問，使學生對問題產生濃厚的興趣。

5）利用教師的示范操作、學生的探究操作兩種不同方式研究兩種運動過程中機械能是否守恒。學生以小組的形式開展物理實驗操作和討論，通過多次實驗操作和討論思考，在教師的歸納總結和引導下從實驗過程中找出共性規律，得出機械能守恒定律及其條件。

*項目來源：上海市科委科技攻關重大項目“上海數字化教育裝備工程技術研究中心持續研發項目”（項目號：13DZ2280300）。作者：郭威，華東師范大學教育信息技術學系碩士研究生，研究方向為教育信息技術；薛耀鋒，通訊作者，華東師范大學教育信息技術學系副研究員，博士，研究方向為教育信息技術；王駿，上海市天山中學，研究方向為物理教學；陸李楊，上海市長寧區教育學院教研員，研究方向為物理教學（200062）。

圖1　機械能守恒定律教學活動流程圖

6）教師引出一些日常生活中的典型事例，引導學生判斷哪些實例是機械能守恒，哪些現象機械能不守恒。

此教學案例的教學活動流程圖如圖1所示。

在此教學案例的實施過程中，教師通過演示實驗，向學生演繹自由落體運動中機械能守恒的現象；而學生則通過數字化實驗，系統探討和驗證擺錘運動過程中的機械能守恒現象。

機械能守恒定律探究實驗包括兩個子實驗過程：實驗（一）讓學生從定性角度探究機械能守恒定律；實驗（二）讓學生從定量角度探究機械能守恒定律。實驗（一）和實驗（二）的具體操作步驟可參照上海科學技術出版社出版的《高中一年級第二學期物理（試驗本）》［6］第49、50頁的描述。

3　教學案例實施與效果分析

此教學案例在上海市某中學高一年級某班進行了教學實施。該班級共有27名學生。在課堂教學過程中，5位研究人員對學生的課堂表現進行了觀察和記錄，課后對學生進行了課堂小測驗和問卷調查。通過課堂小測驗，進一步了解學生對此課程知識點的理解和掌握程度。利用問卷調查，深入分析學生的學習體驗。

課堂小測驗包含10個題目，每個題目計1分，滿分10分，從物理概念和實驗操作等多個角度考查學生的掌握情況。課堂小測驗中，學生解答10個題目的平均正確率為73.3%，其中最低得分為6分，最高得分為9分。測試說明學生掌握了大部分課堂知識內容，學會了實驗操作，對物理概念有了進一步了解。

根據問卷調查的結果可知，51.86%的學生表示很喜歡或比較喜歡物理學科，44.44%的學生表示感覺一般，3.70%的學生表示不喜歡或很不喜歡物理學科；81.48%的學生表示很喜歡或比較喜歡做物理實驗，剩余18.52%的學生表示感覺一般，沒有學生表示不喜歡做物理實驗；同時，調查結果還顯示25.93%的學生認為物理實驗對輔助學習物理課本上的知識具有明顯的作用，51.85%的學生認為有作用，22.22%的學生認為物理實驗的輔助作用一般，沒有學生認為物理實驗對輔助學習物理課本上的知識毫無作用；在物理實驗過程中遇到問題時，48.15%的學生會選擇請教實驗指導教師，51.85%的學生會選擇獨自搞清楚問題出在哪里，沒有學生選擇忽略問題繼續往下做實驗或直接放棄實驗。

以上問卷調查的結果表明，物理實驗有助于培養學生進行科學探索和解決問題的能力，是物理教學中非常重要的一個環節。

4　結論

在新一輪物理課程改革影響下，中學物理教學越來越重視學生實驗能力和探究能力的培養，將探究性學習的理念引入物理學科教學是基礎教育改革和發展的趨勢。本文應用探究式教學理念，創設問題情境，設計了高中物理機械能守恒定律教學案例。課堂測驗證明，這種新的教學方法的實施，不僅能夠幫助學生掌握大部分課堂知識，而且更容易激發學生的學習興趣。問卷調查分析了學生對物理課程學習的態度和教學過程中的反應，為進一步引導學生學好物理課程提供了有價值的參考。■

［1］National Research Council （US）. National science education standards［S］.National Academy Press，1996.

［2］楚奇志.中學物理探究式教學研究［D］.長沙：湖南師范大學，2007.

［3］朱澤翱.鄉鎮高中物理探究式教學實施現狀的研究［D］.長沙：湖南師范大學，2012.

［4］李雪林.物理教學中探究性思想的滲透［J］.中學物理教學參考，2012（7）：8-9.

［5］蔡于娟.中學物理探究式教學的實踐研究［D］.西安：陜西師范大學，2014.

［6］上海中小學課程教材改革委員會.高中一年級第二學期物理（試驗本）［M］.上海：上海科學技術出版社，2004.

G633.7

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1671-489X（2016）12-0131-02