物理探究教學需“突破”

摘要：物理新教材中，最突出的一個特點是強調(diào)探究式教學，這也是課程改革最難的新探索。當前探究的課堂離譜跑調(diào)，舍本逐末，這已成為課程改革的“瓶頸”。本文由案例談物理探究活動中需要“突破”的幾個方面，目的是引起廣大物理教師的思考和改進，以便進一步提高教學質(zhì)量。

關鍵詞：探究活動；驗證；引導

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0077-3

探究活動是新課程物理教學的中心問題，但實際課堂教學的探究活動中教師主宰課堂，學生被動接受的局面還沒有根本改觀，學生的主體性、主動性、創(chuàng)造性沒有得到充分發(fā)揮，探究的課堂離譜跑調(diào)，舍本逐末，這已成為課程改革的“瓶頸”。存在著這樣的傾向：教師很少去科學引導學生思考和探索，以教師的思維代替學生的思維，課堂上學生活動失真、探究失真，有些學生在探究活動中只是依葫蘆畫瓢，根本不能領會探究活動的原理和思想，不利于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。本文由案例談物理探究活動中需要“突破”的幾個方面。

突破一、不要把探究活動上成實驗驗證課

案例：人教版選修35第一章第一節(jié)《實驗：探究碰撞中的不變量》

教師教學活動:

提出思考的問題：一斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端水平，槽口在水平地面上的投影點為O，若小球A從斜槽上的P點由靜止開始滾下，經(jīng)槽口后做平拋運動，在地面上的落點為P；現(xiàn)在在槽口前的水平部分安放一個與A球等大但質(zhì)量較小的小球B，讓A球仍從斜槽上的P點由靜止開始滾下，A、B相碰后均經(jīng)槽口后做平拋運動，A球在水平面上的落點為M，B球在水平面上的落點為N，若已知A、B兩球的質(zhì)量分別為m1、m2，則碰撞前與碰撞后兩球的動量之和是否相等？

碰撞中兩球動量之和是否相等？教師提出這樣的問題，這實際是一個結果的驗證，并不是學生的探究活動，實際上把學生的探究活動上成實驗驗證課，這種現(xiàn)象的造成主要是由于對探究式教學的基本要素、目的還不十分清楚，探究的各個環(huán)節(jié)落實不到位。

對此問題的探究，教師當做好引導：物體碰撞前后速度發(fā)生變化會不會物體的質(zhì)量和它的速度組成的一個新的物理量在碰撞中保持不變呢？引導學生先猜一猜這個新的物理量與物體的質(zhì)量和速度有什么關系。

學生猜測新的物理量可能是mv，mv2，m2v，mv，vm，v2m等等。

設這兩個物體發(fā)生一維碰撞，碰前速度分別為v1、v2，碰后速度分別為v′1、v′2 ，我們猜想這個物理量在此次碰撞中守恒的表達式如何？

引導學生猜測：兩物體一維碰撞中守恒的可能表達式：

m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2

m1v12+m2v22=m1v′12+m2v′22

m12v1+m22v2=m12v′1+m22v′2

進而得出結論，并對結論進行討論和理解。

我們應該安排足夠的時間在探究活動中讓學生對各種想法各種觀點進行充分的交流和討論，學生自己在學習中發(fā)現(xiàn)問題是至關重要的，當學生提出有價值的問題時教師應該因勢利導適當拓展，滿足學生的好奇心和求知欲，讓學生知道在以后的學習中應提出什么樣的問題才是有價值的，這對激發(fā)和保護學生學習的積極性、養(yǎng)成積極思考敢于質(zhì)疑勇于探索的良好學習習慣大有好處。

突破二、探究活動不能只注重情景設置，忽視問題引導

案例：人教版必修1第二章第五節(jié)《自由落體運動》

教師教學活動:

設置“自由落體運動”問題情境：① 用繩子懸掛著的物體，如果繩子斷了，物體會掉下來； ② 樹上的果實，成熟后會掉下來； ③ 手里捏著的粉筆，松開手后會掉下來。(演示)

再進行以下情境設置：

情境一

取一截粉筆和一張小紙片(粉筆比紙片重)，從同一高處同時釋放?？梢姡悍酃P先落地。

師：這與我們平時常見的現(xiàn)象一樣，重的物體下落快。我們是不是可以得出結論：重的物體比輕的物體下落快？

情境二

以相同質(zhì)量紙團和紙片下落，讓學生注意觀察，可見紙團下落要快。

師：從這個實驗我們看到，相同質(zhì)量的物體下落快慢不同。可見亞里士多德的觀點是錯誤的。

教師為了問題的研究，想方設法進行情境的設計，這無可非議，但關鍵是如何引導解決問題。學生分析上述現(xiàn)象，自然會問自己，為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象？產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能條件是什么？如果讓學生對一個情景自由地或自發(fā)地進行沒有范圍的思考，想要提出一個有意義的探究問題，這種可能性通常是不大的，如果教師希望學生開展真正的探究并有所收獲，就要引導學生從中發(fā)現(xiàn)問題，從而確立要研究的問題。

那么如何引導呢，主要是從上述的“自由落體運動”的探究情景引入中，教師可以提示：為什么會有這種現(xiàn)象呢？這時學生就會想到為什么質(zhì)量相同的物體下落快慢會不一樣呢？是空氣阻力的作用嗎？從而進入我們所需要探究的問題中去。探究的問題提出來后，教師應清楚解決問題的科學探究方法，要引導學生尋找探究的方法，

引導1 在高中階段最常用的探究方法是控制變量法，還有歸納法等。上述的物體下落快慢和什么有關？引導學生大膽猜測，學生得出紙的形狀、大小、空氣阻力、風、材料等有關，這時教師可以提問的方式進行引導：到底是不是和這些因素都有關系呢？我們應該用什么方法來研究呢？這樣學生就可能得出用控制變量的方法對這些“有關”的因素逐一驗證。

引導2 教師引導學生通過演示實驗得出“輕重不同的物體在真空中下落的一樣快”這一結論后，要及時引發(fā)學生深入思考：“不同的物體自由下落的情況都相同，用什么物理量來表示自由落體的運動特征呢?”。 教師通過啟發(fā)性的問題把學生的思維引導到探究自由落體運動規(guī)律這方面來，引導學生認識只要知道物體的運動加速度(和運動初速度)就能知道物體的運動規(guī)律。那么，“你如何測量自由落體運動的加速度呢?請同學們思考并設計測量自由落體運動加速度的實驗方案。”

引導3 引導學生交流討論實驗設計的方案，讓他們對各種方案闡述自己的觀點，反思方案中的問題，比較方案實施的可行性和可操作性。

引導4 教師引導學生運用已經(jīng)學過的打點計時器測量勻變速直線運動加速度的方法來測量自由落體運動的加速度，提高學生的創(chuàng)新思維能力。

物理新教材根據(jù)“課標”的要求，將以往教材中較多的學生實驗和演示實驗改為問題的科學探究，這些改變的目的是什么？從目前實施的課堂教學來看，答案很明確：科學探究是在教師的指導和啟發(fā)誘導下，以學生獨立自主學習與合作討論為前提，以現(xiàn)行的物理教材為基本探究內(nèi)容，以學生周圍世界和生活實際為參照對象，為學生提供自由表達、質(zhì)疑、探究、討論問題的機會，讓學生通過個人、小組、集體等多種解難釋疑嘗試活動，將自己所學知識應用于解決實際問題的一種科學的教與學組織形式，學生的主體地位，大大提高了學生在教學活動中參與程度。

突破三、強調(diào)操作層面的“形似”，更要重視探究教學中本質(zhì)的“神似”

案例：人教版必修2第五章第六節(jié)《探究功與物體速度變化的關系》

教師教學活動:

1、老教材的思路是：功與物體速度變化的關系是通過理論推導，根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，由W=FS=mv2/2，得出結論。這一過程實際上是由知識到知識，以科學知識為最重要的教學目標。因為對科學素養(yǎng)和科學本質(zhì)沒有深切的把握，因而未能形成科學過程與科學知識相統(tǒng)一的科學教育觀，達不到培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和理解科學本質(zhì)的目標。

2、新教材的思路是：以科學探究為思路，讓學生親身經(jīng)歷知識的形成過程，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和幫助學生理解科學本質(zhì)。

提出問題：物體的動能與它的速度是密切相關的，而物體的速度變化又與它受的力有關，所以，這一節(jié)我們通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關系。

制定計劃與設計實驗：

（1）設法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W……

（2）由紙帶和打點計時器分別測出小車獲得的速度v1、v2、v3……

（3）以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標，作出曲線；

猜想與假設：如果曲線Wv是一條直線，表明W∝v；如果不是直線，可著手考慮是否存在下列關系：W∝v2、W∝v3、W∝v ……

進行實驗與收集證據(jù)：探究過程中，并沒有測出橡皮筋對小車做功到底是多少焦耳，只是測出以后各次實驗時橡皮筋對小車做功是第一次實驗時的多少倍，這對本實驗已經(jīng)足夠了，這樣做可以大大簡化操作。

數(shù)據(jù)處理、分析與論證：根據(jù)Wv草圖，大致判斷兩個量可能是什么關系，如果認為很可能是W∝v2，就作出W∝v2曲線，如果這條曲線是一條直線，就可以說明兩者的關系真的是W∝v2……

交流與合作、評估并得到結論。

更多的教師在上述探究過程中關注的只是操作層面，其實這只是科學探究過程顯性的一步，在這一過程中，更重要的是隱性部分；這就是物理教學中科學探究的價值取向的問題，即探究教學的“神似”。上述探究可從“形”和“神”兩方面來認識：一方面“形似”，通過科學探究學生要了解和掌握功與物體速度變化的關系，學習怎樣進行科學探究，通過探究把未知變?yōu)橐阎?，更多關注的是科學探究的基本程序；更重要的另一方面“神似”，學生從中體會科學的研究方法、提高科學探究的能力、培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度、敢于創(chuàng)新的探索精神，更多關注的是從探究學習過程中領悟科學探究的本質(zhì)，形成正確的科學態(tài)度。

突破四、避免“湊數(shù)據(jù)”得出完美結論，造成探究的失真

案例：人教版必修1第四章第二節(jié)《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系》

教師教學活動:

在教師的指導下，讓學生自己設計實驗步驟，并互相交流，從中確定最佳實驗方案。

1、教師引導：要研究加速度與力和質(zhì)量三者的關系，如何進行研究比較好？為什么？

2、學生通過討論，確定實驗的研究方法——控制變量法。我們可以先保持小車質(zhì)量不變研究加速度跟力的關系，再保持力不變研究加速度跟小車質(zhì)量的關系，請大家按照這個思路設計實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)記錄表。

3、指導學生安裝實驗裝置，進行實驗。明確實驗目的、分析實驗思路、制定實驗方案、得出實驗結論。

數(shù)據(jù)處理：用圖象來尋找關系比較直觀和簡單。畫出“a1/m”的圖線，確定a與m的關系。“aF”的圖線，確定a與F的關系。

在數(shù)據(jù)處理這一環(huán)節(jié)，為了圖線的完美，學生修改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象時有發(fā)生，這是物理研究的大忌，造成探究的失真。事實上，研究物體的加速度與它所受力的大小的和質(zhì)量關系時，實際測量總會有誤差，所繪的aF； a1/m曲線總不會精確地過原點。學生在力求完美地過原點而又無法做到的情況下，難免想到“湊數(shù)據(jù)”，造成弄虛作假的現(xiàn)象?！皽悢?shù)據(jù)”除了學習態(tài)度或者說做人的態(tài)度有問題外，還有另一層次的問題，即對科學理論與實際事物的關系的認識有偏差，沒有形成實事求是的科學態(tài)度。

由上分析可以看出，科學探究必須要走出探究教學的誤區(qū)，提高探究教學的課堂效率?？茖W探究能力的形成必須依賴學生的學習和探究活動，緊密結合科學知識的學習，通過動手動腦，親自實踐，在感知、體驗的基礎上，內(nèi)化形成，而不能簡單地通過講授教給學生。為提高探究活動的有效性，要利用身邊的物品開發(fā)、設計各種物理實驗，豐富課內(nèi)和課外的探究活動。要認真研究如何通過實驗學好知識、提高技能，如何通過實驗學會方法、提高能力，如何通過實驗培養(yǎng)學生相信科學、熱愛科學和勇于創(chuàng)新的意識。

(欄目編輯張正嚴)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文