基于探究性學(xué)習(xí)的高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)案例設(shè)計研究*

◆郭威 薛耀鋒 王駿 陸李楊

基于探究性學(xué)習(xí)的高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)案例設(shè)計研究*

◆郭威 薛耀鋒 王駿 陸李楊

結(jié)合高中物理實驗教學(xué)實際情況，應(yīng)用探究學(xué)習(xí)理論，以“機(jī)械能守恒定律”為例，設(shè)計高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)案例，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生科學(xué)探究能力。實證研究過程中采用課堂觀察、課堂測試和問卷調(diào)查等方法對教學(xué)案例的實施效果進(jìn)行評估。

高中物理；數(shù)字化實驗；探究性學(xué)習(xí)

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.131

1　引言

為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，提升國民科學(xué)素養(yǎng)，世界各國都在調(diào)整基礎(chǔ)教育的培養(yǎng)目標(biāo)，探尋更好的教學(xué)方式，實施課程改革，探究式教學(xué)［1］越來越受到各國教育領(lǐng)域的重視。以美英兩國為代表的政府文件《美國國家科學(xué)課教育標(biāo)準(zhǔn)》（1996年）和《國家科學(xué)教育課程標(biāo)準(zhǔn)》（英國，2000年）中指出，科學(xué)教學(xué)中要融入探究性的研究活動［2-3］。由此可見，探究式教學(xué)是國際視野下教育改革的發(fā)展趨勢，是轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式和課程實施的核心關(guān)鍵。

本文基于探究式教學(xué)理念，結(jié)合高中物理實驗教學(xué)［4-5］的實際情況，轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)方法和學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，設(shè)計基于探究學(xué)習(xí)模式的高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)案例，通過創(chuàng)設(shè)不同的問題情境，讓學(xué)生利用數(shù)字化實驗裝備進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2　教學(xué)案例設(shè)計

本文以高中物理課程“機(jī)械能守恒定律”為例，采用探究性學(xué)習(xí)教學(xué)方法，設(shè)計一個基于探究學(xué)習(xí)模式的中學(xué)物理實驗教學(xué)案例。具體的教學(xué)活動設(shè)計包含6個步驟。

1）教師通過情境導(dǎo)入和學(xué)生的自主活動，使學(xué)生對機(jī)械能物理現(xiàn)象進(jìn)行初步了解。

2）通過設(shè)問環(huán)節(jié)，教師將問題拋給學(xué)生，引起學(xué)生的深入思考。

3）教師通過介紹動能、勢能的互相轉(zhuǎn)化和機(jī)械能概念，使學(xué)生對已學(xué)物理知識進(jìn)行溫習(xí)，為此次教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

4）教師再導(dǎo)入一個新的情境并設(shè)問，使學(xué)生對問題產(chǎn)生濃厚的興趣。

5）利用教師的示范操作、學(xué)生的探究操作兩種不同方式研究兩種運(yùn)動過程中機(jī)械能是否守恒。學(xué)生以小組的形式開展物理實驗操作和討論，通過多次實驗操作和討論思考，在教師的歸納總結(jié)和引導(dǎo)下從實驗過程中找出共性規(guī)律，得出機(jī)械能守恒定律及其條件。

*項目來源：上海市科委科技攻關(guān)重大項目“上海數(shù)字化教育裝備工程技術(shù)研究中心持續(xù)研發(fā)項目”（項目號：13DZ2280300）。作者：郭威，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系碩士研究生，研究方向為教育信息技術(shù)；薛耀鋒，通訊作者，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系副研究員，博士，研究方向為教育信息技術(shù)；王駿，上海市天山中學(xué)，研究方向為物理教學(xué)；陸李楊，上海市長寧區(qū)教育學(xué)院教研員，研究方向為物理教學(xué)（200062）。

圖1　機(jī)械能守恒定律教學(xué)活動流程圖

6）教師引出一些日常生活中的典型事例，引導(dǎo)學(xué)生判斷哪些實例是機(jī)械能守恒，哪些現(xiàn)象機(jī)械能不守恒。

此教學(xué)案例的教學(xué)活動流程圖如圖1所示。

在此教學(xué)案例的實施過程中，教師通過演示實驗，向?qū)W生演繹自由落體運(yùn)動中機(jī)械能守恒的現(xiàn)象；而學(xué)生則通過數(shù)字化實驗，系統(tǒng)探討和驗證擺錘運(yùn)動過程中的機(jī)械能守恒現(xiàn)象。

機(jī)械能守恒定律探究實驗包括兩個子實驗過程：實驗（一）讓學(xué)生從定性角度探究機(jī)械能守恒定律；實驗（二）讓學(xué)生從定量角度探究機(jī)械能守恒定律。實驗（一）和實驗（二）的具體操作步驟可參照上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的《高中一年級第二學(xué)期物理（試驗本）》［6］第49、50頁的描述。

3　教學(xué)案例實施與效果分析

此教學(xué)案例在上海市某中學(xué)高一年級某班進(jìn)行了教學(xué)實施。該班級共有27名學(xué)生。在課堂教學(xué)過程中，5位研究人員對學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行了觀察和記錄，課后對學(xué)生進(jìn)行了課堂小測驗和問卷調(diào)查。通過課堂小測驗，進(jìn)一步了解學(xué)生對此課程知識點(diǎn)的理解和掌握程度。利用問卷調(diào)查，深入分析學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。

課堂小測驗包含10個題目，每個題目計1分，滿分10分，從物理概念和實驗操作等多個角度考查學(xué)生的掌握情況。課堂小測驗中，學(xué)生解答10個題目的平均正確率為73.3%，其中最低得分為6分，最高得分為9分。測試說明學(xué)生掌握了大部分課堂知識內(nèi)容，學(xué)會了實驗操作，對物理概念有了進(jìn)一步了解。

根據(jù)問卷調(diào)查的結(jié)果可知，51.86%的學(xué)生表示很喜歡或比較喜歡物理學(xué)科，44.44%的學(xué)生表示感覺一般，3.70%的學(xué)生表示不喜歡或很不喜歡物理學(xué)科；81.48%的學(xué)生表示很喜歡或比較喜歡做物理實驗，剩余18.52%的學(xué)生表示感覺一般，沒有學(xué)生表示不喜歡做物理實驗；同時，調(diào)查結(jié)果還顯示25.93%的學(xué)生認(rèn)為物理實驗對輔助學(xué)習(xí)物理課本上的知識具有明顯的作用，51.85%的學(xué)生認(rèn)為有作用，22.22%的學(xué)生認(rèn)為物理實驗的輔助作用一般，沒有學(xué)生認(rèn)為物理實驗對輔助學(xué)習(xí)物理課本上的知識毫無作用；在物理實驗過程中遇到問題時，48.15%的學(xué)生會選擇請教實驗指導(dǎo)教師，51.85%的學(xué)生會選擇獨(dú)自搞清楚問題出在哪里，沒有學(xué)生選擇忽略問題繼續(xù)往下做實驗或直接放棄實驗。

以上問卷調(diào)查的結(jié)果表明，物理實驗有助于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索和解決問題的能力，是物理教學(xué)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。

4　結(jié)論

在新一輪物理課程改革影響下，中學(xué)物理教學(xué)越來越重視學(xué)生實驗?zāi)芰吞骄磕芰Φ呐囵B(yǎng)，將探究性學(xué)習(xí)的理念引入物理學(xué)科教學(xué)是基礎(chǔ)教育改革和發(fā)展的趨勢。本文應(yīng)用探究式教學(xué)理念，創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計了高中物理機(jī)械能守恒定律教學(xué)案例。課堂測驗證明，這種新的教學(xué)方法的實施，不僅能夠幫助學(xué)生掌握大部分課堂知識，而且更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。問卷調(diào)查分析了學(xué)生對物理課程學(xué)習(xí)的態(tài)度和教學(xué)過程中的反應(yīng)，為進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理課程提供了有價值的參考。■

［1］National Research Council （US）. National science education standards［S］.National Academy Press，1996.

［2］楚奇志.中學(xué)物理探究式教學(xué)研究［D］.長沙：湖南師范大學(xué)，2007.

［3］朱澤翱.鄉(xiāng)鎮(zhèn)高中物理探究式教學(xué)實施現(xiàn)狀的研究［D］.長沙：湖南師范大學(xué)，2012.

［4］李雪林.物理教學(xué)中探究性思想的滲透［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2012（7）：8-9.

［5］蔡于娟.中學(xué)物理探究式教學(xué)的實踐研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2014.

［6］上海中小學(xué)課程教材改革委員會.高中一年級第二學(xué)期物理（試驗本）［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2004.

G633.7

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