高中物理發現教學情境的創設策略

黃李炮

摘 ? 要：發現教學是中學物理教學的重要方式。通過多留給學生發現的空間、多從實物實驗探究物理規律、多通過現實生產生活實踐逆向認識物理規律，多創設理論探究優化發現教學，鞏固和培養學生發現所需好奇心和求知欲。

關鍵詞：發現;情境;探究

諾貝爾物理學獎獎勵給物理學領域作出杰出貢獻的科學家，被普遍認為是物理學領域取得的最高榮譽。從1901年至今120多年間的116次評選，221人次獲獎，獲獎項目74項被界定為“發現”、27項被界定為“發明”。這足以說明“發現”在科學素養中的重要地位。新課程非常重視發現教學，2017年版課程標準中29次提到“發現”。發現教學是中學物理教學的重要方式，教育家杜威認為發現學習是一種最佳的學習方式，認知心理學家布魯納更進一步提出了結構——發現教學理論，布魯納認為教師起著為學生創造探索情境的作用，學生是積極探究的主體。我們強調在教學過程中學生是主體，讓學生親身參與獲得知識的過程，讓學生在探索中建立學科的知識體系或結構，學生物理規律的探究發現需要教師創設問題情境。學生從情境中發現和提煉問題，對問題的可能答案作出假設，并根據問題情境運用已有知識制訂探究計劃，選擇符合情境要求的實驗裝置進行實驗，獲取客觀、真實的數據，通過對數據的分析形成關于物理規律的結論[ 1 ]。下面從四個方面探討高中物理發現教學情境的創設策略。

1 ?教學情境多留給學生發現的空間

我們的物理教材安排很多“實驗與探究”，卻緊隨其后的是對現象介紹及層層深入的細致嚴謹的分析，學生通過預習就先知道了現象和結論，根本沒有探究的余地。例如牛頓第二定律的教學高中各個版本的教材都是在實驗探究加速度a與力F、質量m的關系的基礎上，總結出牛頓第二定律，從實驗到結論分析得無微不至。教材分析實驗思路從“加速度與力”和“加速度與質量”兩方面關系進行研究;物體的質量、所受的作用力和運動的加速度的測量;調試實驗裝置進行實驗;數據記錄表格、作圖像分析;直到結論“大量的實驗和觀察到的事實”得出牛頓第二定律。教科書的編寫就怕寫得不夠完整，哪怕漏掉一點空白。課外書就更絕了，“教材全解”連課后習題答案比與教材配套的教師用書還詳細，更有“學霸筆記”把學生的筆記全部代勞。在這種情境下的學習，學生沒有了發現的機會，也失去了發現的動力。

課程開發可以給學生多留下一些空白，社會給師生多一些寬容，課外讀物少一些保姆全解。在早期教材編寫非常簡陋，甚至沒有教材，學生勤于思考筆記，師生一起去探索發現，教學過程卻更具有探究性。如探究加速度與力、質量的關系，無需滴水不漏地灌輸給學生全面的原理、過程和結論，可以讓學生去發現摩擦力對探究的影響，可以故意較大幅度增加槽碼的質量，讓學生發現其重力與小車受到的拉力存在較大偏差。

2 ?多從實物實驗去探究發現物理規律

實驗探究是發現教學的主陣地，盡量給學生提供實物實驗情境，培養他們發現新事物的習慣和能力。如研究閉合電路歐姆定律，有的教材以滑滑梯等去類比理解內外電路，有的教材通過分析閉合電路中能量的轉化情況去推出電源電動勢等于閉合電路中內電壓和外電壓之和。教學情境設置應該根據學生情況和教學內容的需要。如果利用可調內阻電池（如圖1）創設教學情境，學生可以很直觀地觀察電池的結構。首先引導學生去發現內電路部分;接著指導學生畫出可調內阻電池平面圖，認清內電路，連接外電路（如圖2），探索測量內電壓、外電壓的方案，讓學生試探去測量圖1中AB之間、CD之間、BD之間和AC之間的電壓;最后讓學生通過數據分析去發現電源電動勢等于閉合電路中內電壓和外電壓之和。讓學生在操作過程中去發現向可調內阻電池內打氣（有的裝置是插入塑料板），通過改變電池內電解液的橫截面積，從而可改變電池的內阻，學生可以非常直觀地認識閉合電路及相關關系。引導學生培養分析誤差的行為習慣和分析方法，探究怎樣盡量準確地測內電壓，探究發現電動勢發生區間的特征。

教學實踐中要因材施教，如研究閉合電路歐姆定律中實驗儀器多、變量多、操作能力要求較高，對少數尖子生可以分組實驗探究，對普通的同學通過演示引導觀察效果會更好。

3 ?多通過現實生產、生活實踐逆向發現物理規律

科學探究與我們生產生活中的實際情境密不可分[ 2 ]。有新版《物理 選擇性必修第一冊》的“光的衍射”開篇就提出問題：我們知道，波能夠繞過障礙物發生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？[ 3 ]我們常常以為光的衍射、干涉現象日常難以觀察到，其實在現實生活中還是可以找到光遇到障礙物時傳播方向改變的現象。有七齡童觀察到墻壁上釘子的影子“異常”的移動如圖3，并與家人討論這一現象。七齡童觀察到墻壁上釘子的影子“異常”的移動，就是遇到障礙物時光的傳播方向改變的現象。現實教學中缺少對學生發現所需好奇心的鞏固和培養，引導學生去觀察這些日常生活中的現象，可以有效地激發學生觀察生活的熱情。現實中的情境往往比較復雜，為了進一步研究光的衍射、干涉現象，我們在實驗室里用長長的遮光筒來減少外界干擾，觀察單縫（孔）這一最簡單情境中光的衍射現象。小孩對自然充滿好奇心，并積極去觀察發現，是當前物理教學中最需要提升的科學素養。

教學盡量從現實生產、生活實踐出發，文革時期中學課本這一點很值得我們借鑒。如：通過電機去學習三相交流電的原理、星形和三角形接法的區別;通過柴油機，學習活塞、曲軸連桿、杠桿、輪軸，計算不同速度下的牽引力;通過水泵，學習壓力，壓強，大氣壓。切實可行的教學情境設置，培養學生提出問題的意識和能力，通過引導優化問題，使得后續的探究有明確的目標和內容，是探究式教學的關鍵。例如在超重與失重的教學過程中，教師可以帶領學生坐電梯，讓一位同學平靜站在體重秤上，其他同學觀察體重秤的示數并拍攝記錄隨時間變化的情況。學生探究起來十分感興趣，引導學生去觀察、去發現在上樓和下樓過程中體重計的示數變化規律。這些第一手資料提供課堂探究，分析加速度的特點、分析樓高、分析上不同樓層電梯運行規律，向專業人員咨詢參數、查找資料，來源于自己生活的研究，令學生充滿了樂趣。

4 ?設置理論探究的情境去發現物理規律

科學靠實驗和理論兩條腿走路，探究一般有兩種途徑，一是實驗探究，二是理論探究[ 4 ]。物理學史上有伽利略、法拉第等長于實驗探究，也有牛頓、愛因斯坦等善于理論研究，更有圍繞“伯松亮斑”科學論戰等經典案例。學生也是部分適于實驗探究，一些學生則善于邏輯推理。探究教學都是在邏輯推理和猜想基礎上進行量化實驗探究。從實踐中來到實踐中去，教學中不能一刀切地定下理論和實踐誰先誰后，教材及教學評價應該給教師以自由的空間，讓教師根據教學實際設置教學情境。如安培力公式去推導洛倫茲力的公式，有新教材建議沿這樣邏輯線索去思考：設置靜止導線模型，由此推算出粒子的電荷量與電流的關系;寫出這段導線所受的安培力公式;推導出每個粒子所受的洛倫茲力的公式。其實，最后公式大可留給課堂去總結，甚至邏輯線索都留給教師去因材施教，適當留給學生發現規律的空間。

習題教學是設置理論探究的情境去發現物理規律的廣闊天地。在習題教學中，對物理規律的內在規律要多加“折騰”，以求得學生的融會貫通。如我國自行研制的大型客機C919首飛成功，假設飛機在水平跑道上由靜止開始的滑跑，勻加速直線運動的位移s=1.6×103 m時達到速度v=80 m/s，已知飛機質量m=7.0×104 kg，滑跑時受到的阻力f=0.1 mg，取重力加速度g=10 m/s2，求飛機滑跑過程中受到的牽引力。我們先從動力學入手去分析問題，在飛機滑跑過程中

F-f=ma ………………①

2as=v2-0 ?……………②

教學中不急于代入數值計算，由①、②得

Fs-fs=mv2-0…………③

讓學生去發現③式就是動能定理，這個解題過程就是動能定理的推導過程，發現這個題目可以從動力學、動能定理兩個方法去求解，而且兩種解法本質是相通的。這樣通過習題的情境設置，不僅訓練了學生的邏輯推理能力，而且加深理解牛頓第二定律、動能定理及他們的內在聯系。

從教材編寫多留一些空白到課堂教學多給學生思考空間，放開學生的“手”和“思想”，讓學生的個性解放，強化面向真實的世界的勇氣和對大千世界的好奇心、求知欲，去發現更多的自然界奧秘。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：52.

[2] 廖伯琴.普通高中課程標準（2017版）教師指導 物理[M].上海：上海教育出版社，2019：27.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中教科書 物理 選擇性必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2020：98.

[4] 惠廣俊.創設問題情境 啟迪學生思維[J].物理教師，2019（12）：15.