探究式物理實驗教學及其設計

劉立國

【摘要】在新課程改革理念下的科學探究是基礎教育課程改革中的新事物，它要求學生經歷基本的科學探究過程，學習科學的探究方法，獲得學習物理的興趣。這就要求教師采取探究式的教學方法，精心進行探究式的教學設計，開展探究活動。本文在實施探究式物理實驗教學的必要性及其相關的認知基礎上，著重闡述了探究式實驗的教學設計。

【關鍵字】探究式；實驗教學設計；實施

一、實施探究式物理實驗教學的意義

1.傳統教學方法的不足

愛因斯坦曾經說過：“結論幾乎總是以完成的形式出現在讀者的面前，讀者體會不到探索和發現的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也難達到清楚地理解全部情況。”這段話深刻切中了基礎教育的要害，傳統的物理教學中，教師都是將書上現成的實驗做一遍，然后很自然的得到出結論、定律。再將得到的定律教給學生，學生并沒有機會參與實驗的設計、操作、結論的獲得，這樣就造成了學生對實驗只有感性的認識，并沒有上升到理性認識。因而也就造成了對定律的死記硬背，做題時亂套公式。

1.2新課改形勢下實施探究式實驗教學的必要性

針對這一問題，在新課程改革中頌布的《物理課程標準》中明確指出：物理課程不僅應該注意科學知識的傳播和技能的訓練，注重將物理科學的新成就及其對人類文明的影響納入課程，而且還應該注意重視學生終身學習的愿望、科學探究能力、創新意識及科學精神的培養。因此，教師在新教材教學中，要改變過去過分強調知識的傳授的傾向，注重科學探究精神，培養科學探究能力，讓學生經歷科學探究過程，學習科學探究方法等等，是十分必要的。

二、什么是探究式教學

所謂探究式教學，就是用與教學內容相關的實際問題為載體，讓學生在教師的組織和指導下有目的的相對獨立找茬 進行探索和研究，從而促進學生思維水平的發展，提高學生知識應用能力和解決實際問題的能力，并從中感悟到科學研究的基本策略和方法，體驗科學探究的過程，得到科學思想的熏陶，為培養創新精神、創造意識和實踐能力打好基礎。

2.1探究式教學的指導思想

探究式教學方法的核心是“探究”，教師要探究的教，學生要探究的學。也就是說教師師要多設置些和教學內容相關的探究課題，多給學生些空間，讓他們發揮自己的能力、特長去探究，作為學生要自己多動手動腦，去探索，去研究，并且自己去歸納總結，得出自己的結論然后和其他的同學比較、對照，找出不足，找到差距，以備下次有大的改進。最后教師要對整個探究過程做出合理的評價，指出缺點、鼓勵優點。

2.2教學的實施方案

探究式教學是靈活多樣的，但其主要要素是大致相同的，包括：提出問題，猜想和假設，制定計劃和設計實驗，進行實驗和收集數據，數據分析和論證結論，評估、交流與合作。其整個教學結構如圖（1）所示：

三、探究式教學的設計

在教學設計當中，教師作用相當于一部戲的導演，學生相當于演員，也就是說，教師要在教學活動開始之前，將整個教學活動做出合理的設計，如何引題，如何開始，如何引導學生自己動手去探究問題。

3.1教學前準備

整個探究式教學的過程中，每個步驟都很重要，都應該引起教師的注意。首先是研究題目的準備，這里提出的問題必須是科學性問題，所謂科學性問題是針對客觀世界中的物體、陌生事件提出的，問題要與學生已學的科學概念相聯系，并且能夠引發他們進行實驗研究，收集數據和利用數據對科學理象做出解釋。課堂上，一個有難度但又能讓人嘗到勝利的果實的題目，足以引起學生的求知欲，并能引出一系列問題。但如果教師給出的探究題目離學生的日常生活很遠，又基本上用不到所學的知識，那樣的題目是很難引起學生的興趣，也就不可能達到很好的效果。

其次，教學前還要圍繞所要研究的題目，準備學習材料、以及相關的實驗設備等，讓學生對所要研究的問題有個更加全面的了解和認識，同時準備的實驗器材要充足，讓學生自己去選擇他覺得有用的器材，如果找不到足夠的器材，讓學生自己去使用可以替換的器材。

3.2教學的實施與指導

教師將設計好的題目交給學生之后，還要對班級的學生進行分組，在小組里，學生們可以相互商量、相互討論，充分讓學生參與教學活動當中來，成為真正的學習主體。這樣一來可以優勢互補，又可以培養學生的團隊意識。在分組時，要在一個小組中既有成績好的也有差的，這樣，成績好的可以發揮他們的基礎知識扎實的優點，而一些成績差的同學往往能提出很多有創意的想法。在進行小組討論時，要鼓勵那些平時不愛發言的同學，讓他們說出自己心中的想法。

同時教師要提倡探索、鼓勵創新、保護和激發學生的求知欲，改變過去“聽話就是好學生”“教師的話就是真理”的觀念和做法，提倡真理面前人人平等，尊重學生的個人經驗和新異見解，并及時給予鼓勵和評價。在制定計劃時，教師要給學生適當的指導，但不能將現成的計劃，實驗表格都交給學生，要發揮學生的聰明才智，讓他們自己設計完成。

接下來是學生進行實驗，在進行實驗之前，教師必須保證小組有明確的實驗目的、實驗步驟、要測的數據及表格以及在實驗過程中要注意的事項，這些對于實驗成功與否都很重要。實驗之后的數據收集、整理，都將用到曾經學過的物理學知識，在這時，不光考驗學生的動手能力，也考查學生的知識運用能力，可謂一舉兩得。在分析論證得出結論的過程中，教師要引導學生仿照課本上一些結論的得出，概括總結自己的結論，從而讓培養他們分析問題的能力和科學的思想。

3.3課后的評價與總結

在整個探究過程即將結束時，教師要注意引導學生自己作好學習小結，讓學生清楚所探究的內容，采用的研究方法和步驟；在品味學習成果的喜悅當中，提高學生對學習活動的積極性和對物理學習活動的興趣，增強學習的信心，教師要少講，盡量讓學生講、學生做，通過這樣的教學不僅培養良好的學習情感，還培養了良好的學習習慣。由于探究式的教學方法和傳統的教學方法不同，同樣采取的評價方法也不一樣，傳統的教師評價學生時看學生的考試成績，但探究式教學更多的是看學生的思路以及操作過程表現，因此教師要改變傳統的以成績論英雄的觀念。

四、探究式教學設計實例

下面我就用一個初中物理課中常見的問題作為探究的課題，具體展示一下探究式教學的設計過程。

（一）分組

按照前文提到的分組原則進行分整體組，注意分組時每個小組的人數不能太多也不能太少，最好每組四到八人。

（二）提出問題

如圖（2）所示，大燒杯和試管中裝有適量的水，用酒精燈給它們加熱，當燒杯中的水沸騰足夠的時間后，試管中的水會沸騰嗎？其溫度與燒杯中的水溫有什么關系？

（三）小組討論、猜想假設

根據熱傳遞的知識，人們普遍認為：試管中的水溫和燒杯一樣，達到了水的沸點，但是當兩者溫度相同時，試管中的水就不能從燒杯中吸收熱量，所以不能沸騰。但事實真是這樣嗎？通過測量，試管中水的溫度至少比燒杯中的水低3攝氏度，為什么會出這種情況，哪些因素影響了試管內外的水溫差？

通過觀察，結合所學的知識及已有的經驗，同學會提出以下猜想：

猜想1：水溫差可有和試管的材料有關；

猜想2：水溫差可能和試管壁的薄厚有關；

猜想3：水溫差可能和試管的橫截面積有關；

猜想4：水溫差可能和試管里面水的多少有關。

（四）檢驗方案、進行驗證

針對上述猜想，學生就會設計相應的實驗，對猜想進行驗證。

實驗1：研究材料是否影響水溫差

（1）實驗方案：取兩支大小相同的中號的試管，一支是玻璃試管，另一支是銅試管，

分別裝上同樣多的水，把他們放到同一個裝有同樣多的（適量）水的燒杯中（兩試管都不與燒杯接觸，插入深度相同，試管內外的水面相平，在燒杯和兩個試管中各放一個溫度計，溫度計插入深度相同，用酒精燈加熱，觀察實驗現象，且隔2分鐘記錄一次水溫。

（2）實驗數據及現象：加熱過程中，兩試管的水溫始終比大燒杯要低，當大燒杯中的水沸騰足夠長的時間后，（判斷依據：大燒杯中的水溫不再變化，而且試管中的水溫也保持恒定，下同），大燒杯的水溫為101攝氏度，玻璃試管中水溫為97攝氏度，銅試管中的水溫為98.5攝氏度，兩試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結論：材料影響水溫差。

（4）原因分析：不同材料導熱性能不同，其中銅是熱的良好導體，而玻璃是熱的不良導體，在室溫附近（20攝氏度）銅的導熱律比玻璃大很多，而且物質的導熱律隨溫度升高而略有增加，但是若物體各部分間的溫度差不太大，則整個物體的導熱律可看作恒量，由此而知，在厚度相同的情況下，銅的導熱律比玻璃強得多，從而導致銅試管的水溫比玻璃試管要高一點。

實驗2：試管壁是否影響水溫差

（1）實驗方案：取兩只大小相同的試管，但是試管壁的薄厚不同，重復實驗1的內容。

（2）實驗數據及現象：當大燒杯的水溫為101攝氏度時，厚試管的水溫為97攝氏度，而薄試管的水溫為98攝氏度，試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結論：試管壁的薄厚是影響水溫的一個因素。

（4）原因分析：試管的導熱本領除了與材料有關外，還與其薄厚有關，在材料相同時，試管壁越厚，其導熱本領越弱，此外，試管壁也阻礙了試管中的水與燒杯中的水的對流現象，阻礙了熱傳遞，這也是試管內外存在溫度差的原因之一。

實驗3：探究試管橫截面積是否影響水溫差

（1）實驗方案：選取大小不同的3只玻璃管，口徑分別為42mm、25mm、16mm裝上等量的水，重復實驗1步驟。

（2）實驗數據及現象：當大燒杯的水沸騰足夠長時間后，大燒杯水溫為101攝氏，大試管的水溫為96攝氏度，中號的水溫為97攝氏度，小號的為98攝氏度。各試管的水都沒有沸騰。

（3）初步結論：試管口徑的大小影響小溫差

（4）原因分析：試管口徑越大，試管里的水蒸發時吸的熱就越多。

實驗4：探究水溫差和試管里水多少的關系

（1）實驗方案：取三只型號相同的試管，各裝入不同量的水，放入盛有適量水的燒杯中（插入的深度相同），重復實驗1的操作。

（2）實驗數據和現象：當大燒杯里的水沸騰足夠時間后，大燒杯里的水溫為101攝氏度，水最多的試管水溫為96攝氏度，其次97攝氏度，最少的98攝氏度，試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結論：試管中的水的多少影響水溫差

（4）原因分析：當試管中的水多時，其升高溫度時吸的熱也增多，所以出現了以上現象。

（五）評價與總結

實驗后，教師應該對各個小組的實驗情況給予評價，對做的好的要表揚，做的稍差的，應該鼓勵，切不可打擊學生的積極性，這樣才會讓學生在將來的探究活動中更好的發揮、表現。同時通過上述實驗可以得出以下結論：當燒杯里的水沸騰足夠時間后，試管中的水不能沸騰，而且燒杯和試管中的水存在溫度差，該溫度差的大小與試管的材料、試管壁的厚度、試管的口徑、試管中水的多少有關。

五、探究式教學設計的常見誤區

目前很多實驗地區試點學校都在進行探究式課堂教學的有益嘗試，但同時也發現有些教師對探究式教學存在一些誤解，在探究教學中存在著表面化、僵固化、形式化等一些不容忽視的問題。探究式教學，關鍵不在形式，而在于體現探究的本質特征，一定要防止讓探究式課堂教學走入誤區。

誤區一：分組討論就是探究。分組討論對于學生之間互相交流、互相補充，確實有著獨特的優勢，對探究的問題能達到相互補充、促使觀點統一、理解全面的目的，但這種形式也會出現人云亦云的現象，長此出現“精英化”現象，另外教師的講解和指導也非常有必要。沒有反映相應物理知識特點的合適問題，沒有保持思考力水平的理性思維，討論就會流于表面化，并不能導致真正的物理理解，而且會浪費寶貴的學習時間。

誤區二：探究就是不要教師講授。這是一種極端傾向，是不可取的。追求物理教學過程的探究，不只是對傳統的教學做新的探究性解讀，必須在與傳統教學的融合中進行探究，即便是在探究式教學中也包含多種教學方法，如在學生對某一物理現象有大量感性經驗時，講述法可能會是一種更恰當的選擇。總之，學生的自主探究與教師的適當講解，利用傳統的講授、提問、討論、實驗等形式，在物理教學中可能會取得更好的效果。

誤區三：學生自主探究，教師就“解散”了。學生習慣了“教師講學生聽”的模式，短時間內難以適應探究式教學，這需要教師付出較大的時間和精力。探究情境的設置又比傳統的備課費時費力，在現行教材和教參中是沒有現成答案的，可以借鑒的經驗不多，教師工作量更大了。探究教學還要承受來自各方面的壓力，學校領導、家長、學生等，教師沒有更多的付出，探究教學將會流于表現形式而難以深入下去。

誤區四：探究就是實驗。物理學是以實驗為基礎的一門自然科學，實驗教學是物理學科教學自身的特點，也是學生探究并獲取知識與應用知識的過程中一個有機組成組成部分，但不是所有的科學探究都要經過實驗，不能脫離實際，為了實驗而實驗，為了探究而探究。有的依據物理事實，運用邏輯判斷來確定物理量之間因果關系，有的物理知識是無法用實驗來探究的，是在一定實驗基礎上經過抽象思維得出來的。

誤區五：所有探究都面面俱到。探究全過程要經歷7個要素，只能有所側重，且不可求全，不可牽強，一定要避免由于探究教學的形式化、僵固化，而失去應有的活力。

誤區六：所有知識都要要學生去探究。這是一種形而上學的觀點，是行不通的。一是沒有必要，二是時間不允許。

六、結語

探究式教學是我國一種新興的教學方法，肯定存在這樣那樣的不足，但是隨著教學改革的逐漸深入，相關的專家學者的不斷探索，教學一線的教師的大力實踐，這種教學方法一定會迅速健全，成為一種主流的教學方法，對推動教學改革，為現代化建設培養合格人才發揮越 來越重要的作用。

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