以問題為牽引 構(gòu)建探究性物理實驗課堂

張麗 周嫻 潘華錦 趙建君

摘 要 實驗課堂中開展探究式教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、團隊合作意識和能力。針對大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，在大學(xué)物理實驗教學(xué)中以問題為牽引，構(gòu)建探究性實驗課堂，以著力提升學(xué)員綜合實驗?zāi)芰退刭|(zhì)，提高實驗課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理實驗；探究性教學(xué)；問題；自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）08-0112-03

Constructing Inquiry Physics Experiment Classroom with Pro-blems as Traction//ZHANG Li， ZHOU Xian， PAN Huajin， ZHAO Jianjun

Abstract Carrying out inquiry-based teaching in the experimental class is beneficial to train the students ability of independent study， innovation， sense and ability of teamwork. According to the present situation of college physics experiment teaching， in the teaching of

college physics experiment， the construction of inquiry-based expe-riment classroom with the questions as the traction can enhance the comprehensive experimental ability and quality of the students and improve the experimental teaching quality.

Key words university physics experiment； inquiry-based teaching； problems； independent study

1 前言

大學(xué)物理實驗是學(xué)員進(jìn)入大學(xué)后的第一門實驗課程，是培養(yǎng)學(xué)員科學(xué)素養(yǎng)、實驗?zāi)芰Α?chuàng)新能力等的重要手段，在高等院校體系中占有重要地位。作為科學(xué)實驗基礎(chǔ)訓(xùn)練的一門重要課程，大學(xué)物理實驗課程不僅承擔(dān)了培養(yǎng)學(xué)員“三基”（即基本實驗知識、基本實驗方法和基本實驗技能）的重要任務(wù)，更是培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新思維和科學(xué)探究能力、培養(yǎng)學(xué)員團結(jié)合作精神的有效載體[1-3]。在大學(xué)物理實驗教學(xué)中引入探究式教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)和探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)員團隊合作意識和能力，對提升學(xué)員綜合實驗?zāi)芰退刭|(zhì)，提高實驗課堂教學(xué)質(zhì)量，具有十分重要的意義。而大學(xué)物理實驗課堂中，以高度凝練、提取的相關(guān)問題作為線索，“穿針引線”地貫穿學(xué)習(xí)目標(biāo)和知識內(nèi)容，對于構(gòu)建探究性實驗課堂無疑是一條有效途徑。

2 以問題為牽引的探究性大學(xué)物理實驗教學(xué)過程

問題是思維的起點，也是思考的動力。“疑”生“惑”，“惑”促“解”，只有學(xué)員心中有疑惑，其心理上才會產(chǎn)生一種強烈的解惑內(nèi)驅(qū)力。以教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)為主線，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)膯栴}情境，以問題為牽引，穿針引線、組織學(xué)員的探究活動，構(gòu)建探究性實驗教學(xué)課堂，讓學(xué)員圍繞一個中心任務(wù)或問題開展探究性學(xué)習(xí)活動，以啟發(fā)學(xué)員積極思考，主動學(xué)習(xí)探究，進(jìn)而提高實驗課堂學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

探究性實驗教學(xué)過程既包括個人分析問題、搜集查閱相關(guān)資料，又包括團隊討論、協(xié)商解決方案；既包括理論推理，又包括實驗驗證，不斷發(fā)揮個人和集體的力量修正完善方案，最終解決問題。在此過程中，學(xué)員既可以通過自主學(xué)習(xí)或是團隊合作獲得相關(guān)的知識，掌握解決問題的方法，培養(yǎng)鍛煉探究意識、思維能力，又可以培養(yǎng)團隊協(xié)調(diào)、協(xié)作意識等人文素質(zhì)[4-8]。以問題為牽引的探究性實驗教學(xué)過程主要包括以下幾個教學(xué)環(huán)節(jié)。

創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)員自主探究 教員通過分析教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)員學(xué)情將整個教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容分解為若干個具有內(nèi)在邏輯關(guān)系并層層深入的小問題。通過這些問題引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)入具體目標(biāo)知識點的學(xué)習(xí)和探究，并層層深入，最終使學(xué)員形成探究、創(chuàng)新的心理愿望和性格特征。現(xiàn)代心理學(xué)研究認(rèn)為，當(dāng)人們遇到問題而又沒有現(xiàn)成的辦法解決時，思維就會啟動。一個好的問題情境的創(chuàng)設(shè)不僅要考慮教學(xué)目標(biāo)、問題本身的科學(xué)性，還要逐步深入，遵從“最近發(fā)展區(qū)”原則，充分考慮學(xué)員本身的實際情況，切忌為了問題而問題，這也是需要教員精心考慮、反復(fù)斟酌并不斷錘煉的一種能力。

學(xué)員自主探究，組內(nèi)交流協(xié)作 探究性實驗教學(xué)模式因為采取“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式，所以在教學(xué)過程中特別強調(diào)學(xué)員的自主學(xué)習(xí)和自主探究，以及在此基礎(chǔ)上實施的小組合作學(xué)習(xí)活動。一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)通常要靠單個學(xué)員的自主探究再加上學(xué)習(xí)小組的合作探究學(xué)習(xí)活動來完成。因此，本環(huán)節(jié)成為探究性教學(xué)模式的中心和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不管是單個學(xué)員的自主學(xué)習(xí)和探究，還是以學(xué)習(xí)小組為單位進(jìn)行的合作探究學(xué)習(xí)活動，學(xué)員都需要充分調(diào)動以前的知識和經(jīng)驗，對所探究的問題進(jìn)行思維加工，進(jìn)行意義分析，從而將自己之前的知識和經(jīng)驗進(jìn)行關(guān)聯(lián)和整合，在知識結(jié)構(gòu)中進(jìn)行意義建構(gòu)。教員則需激勵學(xué)員探究，引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行知識的意義建構(gòu)；學(xué)員經(jīng)過認(rèn)真的自主探究、積極思考后，就可以進(jìn)入小組協(xié)作交流階段，教員在這個過程中要起到組織、協(xié)調(diào)和引導(dǎo)的作用。

教員適時啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)員探究 在學(xué)員的實驗探究活動中，教員的適時啟發(fā)指導(dǎo)必不可少。一方面，教員作為學(xué)員探究學(xué)習(xí)活動的組織者和引導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)員朝著預(yù)定的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)步步前進(jìn)，同時指導(dǎo)、規(guī)范學(xué)員的探索實踐過程；另一方面，經(jīng)過探究，學(xué)員將自己的實驗過程或是查閱的資料進(jìn)行總結(jié)梳理，得出自己的結(jié)論或解釋，不同的學(xué)員或是團隊之間就有可能就同一個問題提出不同的看法，教員就需要引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行進(jìn)一步的探究求證，直至共同尋找出最佳答案。

分析歸納知識，總結(jié)提高能力 教員要引導(dǎo)學(xué)員對問題進(jìn)行回答，對學(xué)員的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行分析評斷，并對知識點進(jìn)行及時歸納總結(jié)、深化遷移，以提高學(xué)員綜合實驗?zāi)芰退刭|(zhì)。

3 以問題為牽引，探究性實驗教學(xué)課堂的構(gòu)建

為提高學(xué)員在實驗課堂中學(xué)習(xí)的自主性和主體地位，培養(yǎng)學(xué)員的主動探究意識和能力，進(jìn)而提高學(xué)員綜合實驗?zāi)芰退刭|(zhì)，針對軍械工程學(xué)院大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，在教學(xué)實踐中積極嘗試并實踐，以問題為牽引，構(gòu)建探究性實驗教學(xué)課堂，收效良好。

以“用光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)”這個實驗為例，教員通過分析教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，分析學(xué)員知識結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀，將教學(xué)目標(biāo)和過程分解為以下幾個問題。

1）本實驗的主要實驗?zāi)康氖鞘裁矗?/p>

2）光電效應(yīng)方程是什么？

3）測量依據(jù)的基本原理式是什么？

4）截止電壓應(yīng)該如何測量？

課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié) 教員對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行分析，對學(xué)員現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將整節(jié)課總結(jié)歸納為上述幾個問題，并在課前由課代表下發(fā)給每個學(xué)員；學(xué)員在課前針對教員提出的這幾個問題進(jìn)行有針對性的預(yù)習(xí)和思考，并形成自己的初步見解。

課上實驗環(huán)節(jié) 以上述幾個基本問題為牽引，將學(xué)員要掌握的基本知識點和內(nèi)容用這幾個問題穿針引線地穿插起來，并適時在學(xué)員探究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)給予幫助和引導(dǎo)；學(xué)員以組為單位，自主探究、組內(nèi)交流協(xié)作形成統(tǒng)一意見，并推選代表進(jìn)行表述；教員對學(xué)員的表述進(jìn)行系統(tǒng)分析，并給出合理評價。

如對于本次課，以簡單的問題作為開篇：本實驗的主要目的是什么？由于問題比較簡單，學(xué)員回答起來難度也不大，可以隨便找一組學(xué)員由學(xué)員代表回答。實驗的主要目的有兩個：驗證光電效應(yīng)方程的正確性；測定普朗克常

數(shù)，在實驗過程中加深對于光的量子性的理解。

針對學(xué)員的回答情況，教員可以請其他學(xué)員進(jìn)行補充，并就此提出下一個問題：既然實驗?zāi)康闹皇且炞C愛因斯坦的光電效應(yīng)方程，那么光電效應(yīng)的基本形式是什么樣的呢？它所蘊含的物理含義是什么？就此開啟接下來內(nèi)容的探究和學(xué)習(xí)。學(xué)員進(jìn)行簡單的準(zhǔn)備工作之后，由一組學(xué)員在黑板上寫出方程的基本形式，同組其他學(xué)員進(jìn)行補充和更正，并闡述此物理方程所蘊含的物理含義。在學(xué)員闡述和補充過程中，教員根據(jù)情況進(jìn)行補充、歸納和總結(jié)。

教員在此基礎(chǔ)上提出第三個問題：既然實驗?zāi)康闹皇且炞C這個方程，那么怎樣去驗證？所依據(jù)的基本原理是什么？接下來就可以繼續(xù)以小組形式進(jìn)行組內(nèi)的探究、討論、歸納、總結(jié)，并由學(xué)員代表寫出具體的測量原理式，進(jìn)行原理闡述。

教員對學(xué)員代表的闡述進(jìn)行總結(jié)、點評，并引導(dǎo)學(xué)員分析總結(jié)：“此測量原理式是基于光電效應(yīng)方程推導(dǎo)出來

的，是關(guān)于截止電壓和入射光頻率之間的一個關(guān)系式。具體來說，也就是入射光頻率和截止電壓是線性關(guān)系，而現(xiàn)在要驗證光電效應(yīng)方程，就不妨去驗證由這個方程推導(dǎo)出來的二者之間的這種線性關(guān)系。所以就可以通過實驗實際作圖，做出截止電壓和入射光頻率之間的關(guān)系曲線，如果確實是一條直線，則光電效應(yīng)方程就得到了驗證，由直線的斜率也就可以得出普朗克常數(shù)了。”

與此同時，將本實驗的最后一個關(guān)鍵問題拋出：測量截止電壓和入射光頻率之間的關(guān)系曲線。截止電壓的測量是關(guān)鍵，那么什么是截止電壓？如何測定截止電壓呢？針對這個問題，學(xué)員以小組形式探究、協(xié)作、討論，最終得出小組結(jié)論。由教員進(jìn)行必要的更正和補充，最終形成實驗的整體思路，并以該思路為牽引，引導(dǎo)學(xué)員認(rèn)識儀器和理清實驗的基本步驟，進(jìn)而就可以由學(xué)員來自主進(jìn)行實驗。

實驗結(jié)束 針對實驗中的具體問題，教員可以引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)一步思考、質(zhì)疑，為課下進(jìn)行進(jìn)一步的深入探究埋下伏筆。如本實驗中尋找截止電壓的方法問題，教員就完全可以作為一個專題，由學(xué)員課下搜集材料，進(jìn)行深入探究，撰寫成實驗小論文。

4 結(jié)語

在高等院校教學(xué)中，大學(xué)物理實驗作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，其創(chuàng)新教育的功能和載體作用早已為人們所共識，對培養(yǎng)學(xué)員綜合實驗和能力的作用也是顯而易見的。在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，著力培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新精神和實踐能力，關(guān)鍵是要改變傳統(tǒng)的教員的教學(xué)方式和學(xué)員的學(xué)習(xí)方式。以問題為牽引，構(gòu)建探究性實驗課堂，既可以將整個實驗內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)化零為整，又可以有效提升學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)員的探究、協(xié)作意識以及創(chuàng)新能力。實踐證明，該教學(xué)方式不失為實驗課程課堂教學(xué)改革的一種有效途徑。

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