優化探究式教學 促進物理深度學習

白孝忠

（江蘇省蘇州市吳江區笠澤實驗初級中學，江蘇 蘇州 215200）

1 問題的提出

隨著課程改革的縱深推進，探究式教學已成為初中物理教學的一種常態，其育人價值得到一線教師的充分肯定，但在實施過程中卻存在著一些共性問題：比如探究設計“目中無人”，不關注學生經驗基礎，導致探究活動不是難度太大，就是缺乏挑戰性，學生對探究不感興趣，易游離于活動之外；又如活動組織“按圖索驥”，學生被教師或活動單牽引、控制，缺乏自主性和探究性，表面上課堂氣氛活躍，探究過程順利，而實質上未能有效激發學生思維.這些問題導致探究活動處于淺層學習狀態，影響了學生核心素養的培育，阻礙了學生綜合能力的發展.

2 深度學習視角下優化探究式教學的策略

深度學習是一種基于理解的學習，是指學習者以高階思維發展和實際問題的解決為目標，以整合的知識為內容，積極主動地、批判性地學習新的知識和思想，并將它們融入原有的認知結構中，且能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學習.［1］深度 學習具有以下特征：［2］強調對知識的批判性理解，注重新舊知識的整合或聯結，面向的是真實問題解決，關注對學習和自我認知的反思.探究式教學對應的學習過程本質上是一種深度學習方式，但在具體實施過程中，探究極易落入形式化的窠臼，難以發展學生高階思維.現從促進深度學習視角，探討優化探究式教學的路徑和策略.

2.1 情境創設應突出“四性”，激發學生探究興趣

深度學習是學生主動參與知識建構的高投入行為，課堂情境導入要能快速吸引學生注意力，在最短時間內讓學生進入學習狀態.深度學習理念下的情境創設要突出關聯性、趣味性、互動性和顛覆性.情境的關聯性，即情境不僅要和現實生活緊密聯系，而且要與課堂教學核心知識緊密相關，不能只圖形式上的熱鬧，這是情境創設最基本的原則；情境的趣味性，即情境要能吸引學生眼球，引起學生學習興趣，實踐表明物理實驗、魔術表演、游戲等活動類情境更能達到這一目的；情境的互動性，即情境不是教師一個人的表演秀，要有學生參與進來，通過師生互動，增強情境的導入效果；情境的顛覆性，即能激發學生強烈的認知沖突，激起學生認知需求和探究欲望.

案例1：“電磁感應 發電機”的導入.

如圖1，PVC板上固定一條長2m、額定電壓為5V的LED燈帶.

生：電源.

師：如果將一個線圈與燈帶接通，燈帶能發光嗎？

生：不能.

教師操作，燈帶不發光.

師：現在老師表演一個魔術，在現有條件下，能讓燈帶亮起來，同學們相信嗎？

如圖1，教師將線圈在褲子前左右擺動，燈帶發光.緊接著，請一位學生做相同的動作，燈帶卻不亮，而當教師重新操作，燈帶又亮了.

這是為什么呢？正當學生充滿疑惑和好奇時，教師從褲子口袋拿出一塊釹硼磁鐵，順勢導入電磁感應現象，并引出要探究的問題：產生感應電流需要什么條件？

通過會計實訓，能使學生快速掌握理論課所學的知識，提高學生的動手能力，為以后的擇業、就業提供幫助。因此，要注重實訓的真實性，加大投資力度，會計教師要積極改變傳統的教學方法，創新教學模式。通過此類措施能有效提高學生的會計能力，從而滿足各企業的招聘要求，緩解就業壓力。

本案例從學生已有知識出發，創設了與學習內容高度關聯、極富趣味性和互動性的真實情境，激發了學生認知沖突，為探究感應電流產生的條件做好情感和認知上的鋪墊.

圖1 LED燈帶發光

2.2 探究起點應基于學生經驗，促進學生反思重構

學生不是一張白紙，而是帶著各自的經驗走進物理課堂.學生經驗是學生個體在他生活的環境里，通過與環境的交互作用而獲得的.學生經驗是教育的起點，是教育的途徑，而學生經驗的獲得和持續改造則是教育的目的.［3］通過適切的情境創設和問題設計，喚醒學生已有經驗，并讓其充分呈現出來.在經歷自主探究、反思重構過程后，完成對經驗的同化或順應.基于學生經驗的探究式學習，強調新舊知識間的聯結或整合，與學生原有認知和體驗息息相關，所以探究過程必然是主動積極和深度參與的.

（1）基于經驗，步步深探.

比如小孔成像實驗，若直接提供器材讓學生實驗，確實能讓學生獲得小孔成像的相關經驗，但回顧整個活動過程，主要是觀察實驗現象，缺少思維的參與和訓練.優化后的教學過程如下.

案例2：“小孔成像”的實驗探究.

光線較暗的教室內，課桌上提供光具座、蠟燭、光屏、卡片紙若干（包括中間分別開有較大尺寸三角形、正方形、圓形孔的卡片紙）、卡片紙支架等，讓學生組裝好器材，如圖2.

問題1：將開孔的卡片紙放在點燃的蠟燭和光屏之間，光屏上會看到什么現象？

本問題在于喚醒學生生活經驗，根據經驗學生不難判斷，光屏上將分別呈現三角形、正方形、圓形的光斑.學生動手操作，現象與猜想吻合.

問題2：如果保持孔的形狀不變，將其慢慢縮小，光屏上將出現什么現象？

由于學生缺乏小孔成像的生活經驗，自然推測出現象是三角形、正方形、圓形光斑將逐漸縮小.這個問題將學生前概念充分暴露出來，為接下來的認知沖突埋下伏筆.

問題3：選什么形狀的孔進行探究，既能方便地將其縮小，又能控制孔的形狀不變？

本問題側重探究工具的選擇，而工具的選擇往往伴隨著思維過程.經過討論，學生選擇了三角形孔.如圖3，當卡片紙疊放在開孔卡片紙上，從上往下遮蓋時，孔雖然變小，但形狀基本保持不變.學生分組探究，發現孔慢慢減小時，三角形光斑逐漸變小，繼而周邊變模糊，最后光屏上竟出現了燭焰倒立的實像.

圖3 改變孔的大小進行探究

問題4：如果改變小孔形狀，會觀察到什么現象？你能解釋小孔成像現象嗎？

學生先猜想，然后實驗.卡片紙上戳出不同形狀的“小”孔，仍放在燭焰與光屏之間的固定位置，光屏上的現象不變，說明“小”孔的形狀并不影響成像性質.通過“大孔—小孔—不同形狀小孔”的探究進階過程，學生對小孔成像實驗產生立體而深刻的認識.現象解釋具有挑戰性，需要學生化抽象為具體，運用“光的直線傳播”知識理解這一真實情境.

（2）尊重經驗，自主探索.

比如探究感應電流產生的條件，從學生經驗來講，有電流通過的證據是燈發光，或電流表發生偏轉.教學設計時要充分尊重并利用好學生的這一經驗，讓學生自主選擇器材，他們會根據經驗選擇燈泡、發光二極管或電流表來顯示感應電流.初步探究后，發現這些器材幾乎無反應，通過組織學生討論，引發學生深度思考，可能是感應電流太小，這些器材無法顯示出來，從而產生使用更小量程電流表的心理需求.此時提供靈敏電流計，符合學生認知規律，加深了學生對靈敏電流計的認識.在重要器材的選擇上，本案例延遲提供教學支架，學生在經驗驅動下自主探究，自我評價與反思，調整探究思路和方向，這種教學方式有利于培養學生元認知能力.

2.3 探究重點應聚焦思維發展，指向真實問題解決

科學探究應促進學生思維發展，然而在現實課堂中，因教師對探究式教學內涵理解上的偏差和對探究重點把握不當，導致教學缺乏探究味，形式大于內容.探究式教學的設計不能盲目發力，也不能平均發力，要在思維的生長點上發力.對猜想的自我否定，探究方案的設計與優化，實驗數據的處理與分析等，都可能是思維的生長點，不同探究主題，思維生長點會有所不同，這些需要在深度備課中挖掘和發現.

案例3：探究二力平衡的條件.

蘇科版教材內容如圖4，本探究實驗缺乏挑戰性，學生能輕松地完成探究任務，探究過程并不能促進學生深度學習.本探究活動思維發展的著力點在探究方案的設計，教學設計的重心需要前移，即為什么用卡片進行實驗？優化過程如下.

圖4 探究二力平衡實驗

按一般邏輯，選一物塊進行研究，如圖5所示，左右兩側各掛一個質量相等的大鉤碼，物塊靜止.而在某一側加掛一個小鉤碼時，物塊仍然靜止，提出問題：該裝置能探究二力平衡條件嗎？學生討論后認為：物塊還受摩擦力作用，屬于三力平衡問題，要減少摩擦的影響，比如將滑動摩擦改為滾動摩擦，如圖6所示，將物塊換成一輛小車.當在一端增加一個質量較小的鉤碼時，小車還是保持靜止狀態，說明摩擦力對實驗仍然產生了影響.如何進一步優化？學生提議讓小車與桌面分離，可以將小車懸掛起來，如圖7所示.實驗效果不理想，小車重力較大，且受3個力作用.還能怎樣改進？學生建議：減小物體的質量，直至重力可忽略不計.此時，教師拿出卡片，用卡片代替小車實驗，即為教材上的實驗裝置.實驗方案的逐步優化過程，其本質為真實問題解決過程，在培養學生思維能力的同時，加深對教材的理解.

圖5 方案1

圖6 方案2

圖7 方案3

2.4 探究增值點應瞄準成果展示，拓展思維引發質疑

學生對探究方案、探究過程或分析論證后的結論進行展示交流，為生生之間相互學習、批判質疑創造機會，為學生綜合素質的發展提供鍛煉、展示的平臺，它是探究式教學中精彩而不可或缺的一個環節，是再次引發深度學習、彰顯附加價值的增值點.給學生一個舞臺，他們會還以很多驚喜.對臺下的學生來講，他們要對各小組展示的探究方案、過程、實驗數據和結論等進行全方位的理解、分析，并主動進行比較和評價，從而催生出創造性想法.重視展示活動，能倒逼學生以嚴謹認真的態度對待探究過程，形成良好的探究習慣和素養.遺憾的是，成果展示并未引起足夠重視，存在走過場、展示不充分的現象.

（1）展示探究方案，開闊學生視野.

案例4：探究浸沒水中的物體上浮瞬間浮力與重力的大小關系.

因上浮的物體處于運動狀態，如何測出其浮力大小是探究的難點.提供帶蓋的小玻璃瓶、彈簧測力計、燒杯等基礎器材，可適當增加其他器材，讓學生討論玻璃瓶浸沒水中上浮時浮力的測量方案.

A組匯報方案及思路：如圖8，小玻璃瓶下方掛有鉤碼，首先將鉤碼浸沒水中，讀出彈簧測力計示數為F1，然后再將小玻璃瓶全部浸沒水中，讀出彈簧測力計示數為F2，則小玻璃瓶受到的浮力為F1—F2.

圖8 A組方案

B組匯報方案及思路：如圖9，先測出小玻璃瓶的物重為G，然后將定滑輪用吸盤固定在燒杯底部，用彈簧測力計緩慢豎直拉動小玻璃瓶，讀出彈簧測力計示數為F，則小玻璃瓶受到的浮力為G+F.

圖9 B組方案

C組匯報方案及思路：如圖10，向小玻璃瓶中加水，直至瓶能沉入水中，通過稱重法測出小瓶的浮力.因小瓶體積不變，故此時浮力大小與空玻璃瓶浸沒水中的浮力相等.

圖10 C組方案

通過各小組匯報交流，打開了探究思路，開闊了學生視野，培養了發散思維，同時，學生會自覺比較各種方法的可操作性、產生的誤差和方便程度，選出最優的探究方案.雖然C組方案最理想，但其他方案也滲透了學生智慧，在方法上有創新之處，從長遠看，有利于學生問題解決能力的提升.

（2）展示探究過程與結論，鼓勵質疑批判.

科學探究是基于證據來形成解釋，并將各種解釋接受共同體相互批判、討論和修改，從而構建知識的過程.［4］例如，完成“探究感應電流產生的條件”實驗后，讓學生展示探究過程，他們得到的結論是：當導體棒豎直上下運動時（如圖11，軌跡為虛線），不產生感應電流，水平或斜著運動時產生感應電流（軌跡為實線）.這一結論得到多數小組的認同，但有小組提出質疑并上臺演示實驗現象：如圖12，當U型磁鐵豎直放置時，導體棒水平運動無感應電流，其他方向運動有感應電流.兩個小組的探究結論不同引發學生熱烈討論，最終他們領悟到感應電流產生的條件還與磁場方向有關，然后在圖中畫出磁感線，再進一步分析、歸納和修正，直至得出正確結論.［5］

圖11 磁鐵水平放置

圖12 磁鐵豎直放置