探究式物理教學(xué)中滲透探究方法應(yīng)用之研究

林軍

摘要：在探究式的物理教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生是探究的主體，教師做為探究的引導(dǎo)者，需要解決的是如何讓學(xué)生通過(guò)自己的分析挑選某種方法進(jìn)行科學(xué)探究.“授人以魚，不如授之以漁，授人以魚只救一時(shí)之急，授人以漁則可解一生之需.”讓學(xué)生在探究式的學(xué)習(xí)過(guò)程中擁有自己的想法和嘗試解決問(wèn)題的方法，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性的關(guān)鍵.

關(guān)鍵詞：探究式物理教學(xué)；滲透；探究方法

物理學(xué)是一門研究自然界最普遍的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其形態(tài)，物質(zhì)組成以及各層次的結(jié)構(gòu)，相互作用和運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)性學(xué)科，是自然學(xué)科和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ).物理學(xué)發(fā)展的過(guò)程中積累了一定的知識(shí)體系和一系列的探究方法和手段.中學(xué)物理教育的目的就是讓學(xué)生了解這樣的知識(shí)體系，體會(huì)到物理學(xué)對(duì)于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要性，在生活中處處感受到物理學(xué)的存在.高爾基說(shuō)過(guò)： “如果學(xué)習(xí)只在模仿，那么我們就不會(huì)有科學(xué)，就不會(huì)有技術(shù).”所以我們進(jìn)行中學(xué)物理教育更重要的是通過(guò)物理探究過(guò)程，掌握物理探究的方法，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度與作風(fēng).運(yùn)用科學(xué)的思維方法敏銳的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出驗(yàn)證猜想的方法并嘗試與驗(yàn)證，促進(jìn)物理學(xué)的再發(fā)展，并在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)繼續(xù)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維，提高自身的終身學(xué)習(xí)能力.

當(dāng)我們通過(guò)一些生活的現(xiàn)象或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出各種各樣的猜想后，需要設(shè)計(jì)或者模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取一定的比較形象的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)判斷猜想的正確與否，而獲取實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是需要一定的手段的，有些數(shù)據(jù)或現(xiàn)象不能直接測(cè)量或觀察，需要我們通過(guò)一些巧妙的手段來(lái)解決，這就是物理學(xué)探究過(guò)程中采用的科學(xué)手段.美國(guó)教育家杜威說(shuō)：“如果學(xué)生不能籌劃他自己解決問(wèn)題的方法，自己尋找出路，他就學(xué)不到什么；即使他能背出一些正確的答案，百分之百正確，他還是學(xué)不到什么.”科學(xué)方法猶如行動(dòng)綱領(lǐng)一樣，科學(xué)知識(shí)伴隨著它應(yīng)蘊(yùn)而生，所以學(xué)習(xí)物理最重要的莫過(guò)于掌握科學(xué)的探究方法.下面淺談一下筆者在教學(xué)過(guò)程中滲透科學(xué)探究方法的一些認(rèn)識(shí)和做法.

一、精確定位，逐個(gè)檢查，感受控制變量法

控制變量法是基于學(xué)生對(duì)于某個(gè)要探究的問(wèn)題提出若干猜想后，為了逐個(gè)確定每個(gè)猜想是否對(duì)所要研究的物理量是否有影響，采用控制其他物理量不改變，只改變所要研究的猜想，將改變前后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比得出結(jié)論的方法.控制變量法在物理探究過(guò)程中最常見(jiàn)，是最為基本的物理探究方法之一.在當(dāng)前的物理教學(xué)中存在著將探究性實(shí)驗(yàn)變味為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，很多時(shí)候很多教師在教學(xué)過(guò)程中為了省時(shí)間只要求甚至只允許學(xué)生進(jìn)行和所要研究的物理量有關(guān)聯(lián)的因素進(jìn)行猜想，而將在教師看來(lái)不合理的猜想因素直接否定.常此以往的結(jié)果是造成學(xué)生不敢進(jìn)行大膽的猜測(cè)，極大地挫傷了學(xué)生的積極性和發(fā)散性思維.學(xué)生在進(jìn)行猜想的時(shí)候往往根據(jù)直覺(jué)，其中有科學(xué)性的猜想，當(dāng)然也有不科學(xué)的猜想.如何使學(xué)生在一系列的探究過(guò)程中提出有針對(duì)性的猜想是需要教師的引導(dǎo)和學(xué)生自己通過(guò)整個(gè)過(guò)程慢慢領(lǐng)悟的，只要學(xué)生能夠有自己的方法對(duì)猜想進(jìn)行有效驗(yàn)證就達(dá)到了“授之以漁”的目的，對(duì)于后續(xù)性學(xué)習(xí)和將來(lái)的自我探究性學(xué)習(xí)在能力上就有了基礎(chǔ).如，在初中教材中“研究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生提出的猜想非常多：可能與深度、密度、方向、液體的多少、容器的形狀、溫度等因素有關(guān).在教學(xué)過(guò)程中不能直接將液體的多少、容器的形狀這兩個(gè)因素直接去除，否則學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)自己的驗(yàn)證往往沒(méi)有比較深刻的理解而導(dǎo)致“死記硬背”.教師可以引導(dǎo)學(xué)生控制其他所有提出的猜想相同，分別只讓液體的多少和容器的形狀兩個(gè)猜想不同，利用壓強(qiáng)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而溫度因素可以引導(dǎo)學(xué)生分析將其歸入密度因素，原因是溫度變化將導(dǎo)致液體的密度的變化.將提出的猜想進(jìn)行合理的歸類后再讓學(xué)生自己挑選實(shí)驗(yàn)器材并經(jīng)歷控制變量逐個(gè)探究的過(guò)程從而得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律和影響因素.學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了提出猜想、如何甄別猜想的合理性、將猜想分類再利用控制變量的方法探究，培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維、理性分析和科學(xué)探究等一系列的能力，所得收獲遠(yuǎn)非最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.初中階段許多知識(shí)點(diǎn)都需要通過(guò)這一科學(xué)探究的方法得出，教師應(yīng)該多創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，不限制學(xué)生的思維，通過(guò)反復(fù)多次的猜想、討論、交流和實(shí)驗(yàn)，這一科學(xué)研究方法會(huì)在學(xué)生心中生根.

二、由表及里，感受轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用

物理學(xué)的原理相對(duì)于其他原理在實(shí)際生活中的表象是比較抽象的，在研究一些看不見(jiàn)、摸不著的現(xiàn)象或者測(cè)量一些不易直接測(cè)量的物理量的時(shí)候，通常用一些直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)物理本質(zhì)或用一些易測(cè)量的物理量來(lái)間接測(cè)量，這就是探究式教學(xué)中的又一種重要方法——轉(zhuǎn)化法.物理學(xué)中的質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度等物理量是比較直觀且容易測(cè)量的，我們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常接觸.而對(duì)于熱量、功、電能等物理量在生活中卻幾乎不接觸，將這些比較抽象的物理量通過(guò)前面的直觀的物理量反應(yīng)不失為一種化繁為簡(jiǎn)、化抽象為具體的方法，不僅降低了理解的難度，也為我們將抽象現(xiàn)象逐步轉(zhuǎn)化成具體的存在形式提供了一種有效的方法.如，在“研究影響動(dòng)能大小因素”的實(shí)驗(yàn)中，如何才能測(cè)量從斜面上滾下的小球的動(dòng)能的時(shí)候，通過(guò)小球?qū)δ緣K做功將小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成木塊克服摩擦所做的功，比較木塊克服摩擦所做的功的時(shí)候通過(guò)比較相同木塊（摩擦力相同）在水平面上滑行距離的遠(yuǎn)近來(lái)比較.不僅通過(guò)所測(cè)物理量在物體間的轉(zhuǎn)換，還通過(guò)直觀的距離這個(gè)物理量來(lái)表現(xiàn)功這個(gè)抽象物理量，巧妙的實(shí)現(xiàn)了化抽象為形象，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單.轉(zhuǎn)化法在聲、光、力、能量、電學(xué)中無(wú)處不在，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該給予學(xué)生利用轉(zhuǎn)化法設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，學(xué)生可以通過(guò)不同的手段來(lái)達(dá)到同樣的目的，學(xué)生在交流的過(guò)程中能夠逐漸體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)的方法和手段的豐富多樣，并能夠在多種實(shí)驗(yàn)手段的優(yōu)劣比較過(guò)程中提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作能力和多樣性思維，真正利用好實(shí)驗(yàn)這一科學(xué)手段學(xué)習(xí)物理學(xué).

三、順勢(shì)而為，理想實(shí)驗(yàn)法（推理法）

物理學(xué)有時(shí)候需要研究一些我們生活空間范圍內(nèi)無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)，而采用通常情況下能夠完成的實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察所要研究對(duì)象變化的趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)概括、抽象、推理得出規(guī)律的方法.這種方法就是物理學(xué)中常用的理想實(shí)驗(yàn)法，它是在原有實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上思維的延伸，并不是主觀的臆斷.這種探究的方法無(wú)疑是走在技術(shù)手段之前的一種略顯無(wú)奈的實(shí)驗(yàn)探究的手段，但是利用它得到的物理規(guī)律往往又會(huì)促進(jìn)科技的發(fā)展.“牛頓大炮”的設(shè)想基于扔出的石塊速度越大落地點(diǎn)就越遠(yuǎn)的事實(shí)基礎(chǔ)之上，大膽設(shè)想速度足夠大的時(shí)候?qū)@地球運(yùn)轉(zhuǎn).這個(gè)推理結(jié)論在當(dāng)時(shí)是多么“天方夜譚”，但是現(xiàn)在我們利用當(dāng)初的結(jié)論享受著衛(wèi)星給我們的生活帶來(lái)的巨大變化，體會(huì)著科學(xué)探究方法帶來(lái)的成果.科學(xué)需要我們尊重事實(shí)，又需要我們大膽設(shè)想，理想實(shí)驗(yàn)法就是兩者的結(jié)合.“聲音無(wú)法在真空中傳播”，牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律的得出，都需要理想實(shí)驗(yàn)法，在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該提供并創(chuàng)造條件讓學(xué)生經(jīng)歷并體驗(yàn)理想實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維和發(fā)散性思維是非常好的鍛煉.

四、異曲同工，等效替代法

等效法是在效果相等的前提下將實(shí)際復(fù)雜的物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的、易于研究和處理的方案來(lái)處理的方法.這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)?shí)際不能測(cè)量的物理量經(jīng)過(guò)替代之后進(jìn)行測(cè)量，將抽象復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化、實(shí)際化，在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用.如，在研究“平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如何比較物與像到平面鏡的距離關(guān)系的時(shí)候，實(shí)際蠟燭到平面鏡的距離可以用刻度尺直接測(cè)量，但是虛像到平面鏡的距離是不可能直接測(cè)量的，因?yàn)檫@個(gè)虛像不是實(shí)際存在的物體.如何在效果相同的情況下找到虛像的位置并能夠使之可以測(cè)量呢？利用一根等長(zhǎng)的蠟燭，采用 “視差法”使實(shí)際的蠟燭和虛像完全重合，在這里需要比較的是物與像的大小關(guān)系以及物與像到平面鏡的距離關(guān)系，利用實(shí)際蠟燭替代蠟燭的虛像只改變了虛實(shí)，對(duì)于大小關(guān)系和距離關(guān)系并無(wú)影響，就所要測(cè)量的物理量來(lái)講效果是一樣的，經(jīng)過(guò)這樣的“等效替換”，原來(lái)看似不可能的測(cè)量變得實(shí)際而易操作，有“柳暗花明又一村”的感覺(jué).這種方法在初中物理中許多地方應(yīng)用，如，研究串并聯(lián)電路電阻特點(diǎn)的過(guò)程中引入“總電阻”的等效物理量，力學(xué)中引入“合力”的概念等.教師在引導(dǎo)學(xué)生嘗試使用這種方法的過(guò)程中最為關(guān)鍵的是如何做到“等效”，必須做到需要研究或測(cè)量的物理量在利用所選的物理量替代之后是沒(méi)有影響的.

五、觸類旁通的類比法

類比是一種物理學(xué)中常用的推理方法.它通常用于將一類具有相似之處的物理現(xiàn)象歸納相同的地方，達(dá)到觸類旁通的效果；或者利用人們熟知的、形象的現(xiàn)象去說(shuō)明那些無(wú)形的、陌生的現(xiàn)象.初中物理中有許多用比值定義的物理量，最先接觸的是速度的定義，在熟悉這一定義后再接觸到“密度”、“壓強(qiáng)”、“功率”等物理概念的時(shí)候就可以利用類比的方法輕易掌握這些物理知識(shí)，在這里類比法起到歸納的作用，降低了學(xué)生對(duì)新的物理知識(shí)的認(rèn)知難度.在學(xué)習(xí)聲波的時(shí)候?qū)⑸钪械乃ㄅc之類比，在學(xué)習(xí)電壓電流的時(shí)候?qū)⑺畨核髋c之類比，很好地讓學(xué)生理解這些抽象的物理現(xiàn)象，很好地利用了學(xué)生熟知的有形的物理現(xiàn)象去理解無(wú)形的物理現(xiàn)象.在讓學(xué)生了解宇宙起源過(guò)程中，用氣球類比宇宙、用粘在氣球上的小塑料顆粒類比天體，突破了時(shí)間上的限制，很好的顯示了宇宙的起源以及演化過(guò)程.在向?qū)W生滲透這種物理研究方法的時(shí)候需要讓學(xué)生明確類比的兩種物理現(xiàn)象大多在表象上有相似之處，在本質(zhì)原因上是有區(qū)別的.

六、化虛為實(shí)，建立模型法

初中物理中有許多客觀存在但是在日常生活中又難以直接觀察到的物理現(xiàn)象，如，光現(xiàn)象和磁現(xiàn)象中的光和磁難以直接觀測(cè).我們通常是利用轉(zhuǎn)化的方法將光傳播的規(guī)律和磁體的特點(diǎn)研究出來(lái)之后提出如何將光的傳播規(guī)律和磁體周圍的“特殊物質(zhì)”的特點(diǎn)表示出來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生利用帶箭頭的直線來(lái)表示光的傳播規(guī)律、利用帶箭頭的曲線和疏密來(lái)表示“特殊物質(zhì)”的分布特點(diǎn).利用這種建立實(shí)實(shí)在在的模型的方法方便學(xué)生對(duì)于抽象物理規(guī)律的理解，有利于學(xué)生從形象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)化，也幫助學(xué)生如何利用假想的模型來(lái)理解抽象的物理規(guī)律，為學(xué)生在形象與抽象之間建立了一座橋梁.建立模型的方法在初中物理中很多，如，研究物質(zhì)的構(gòu)成時(shí)，盧塞福建立了原子行星模型，很好地解釋了生活中關(guān)于物質(zhì)構(gòu)成的一系列現(xiàn)象.建立模型這種方法的目的是將抽象的事物具體化，復(fù)雜的事物簡(jiǎn)單化，便于人們了解各種復(fù)雜抽象事物的內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)，在初中物理教學(xué)中教師也應(yīng)該注意滲透這種方法，使學(xué)生遇新不懼，培養(yǎng)良好的解決問(wèn)題的能力.