基于 “探究、合作、生長”理念下的科學(xué)探究實踐

劉寶+張東風(fēng)

摘 要：本節(jié)教學(xué)沿著科學(xué)探究過程的各個要素逐層展開，通過情境創(chuàng)設(shè)、問題串引導(dǎo)，使學(xué)生積極投入到探究的過程中。實驗設(shè)計充分考慮學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，通過分析討論得出：利用控制變量法開展實驗探究過程。在教學(xué)中合理整合各種教學(xué)資源，通過巧妙的預(yù)設(shè)，將合作與探究有機(jī)融合，在合作探究中點燃師生激情，在激情中捕捉師生靈感的火花，促進(jìn)高效課堂的生成。教學(xué)中充分彰顯了學(xué)生在探究過程中的主體地位，形成了以探究為主體、合作為表征、生成為特色的探究課堂。

關(guān)鍵詞：加速度；力；質(zhì)量；探究；合作；生長

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）1-0028-3

1 教材分析

經(jīng)歷了兩年初中物理的學(xué)習(xí)，科學(xué)探究思想對學(xué)生產(chǎn)生了深刻的影響，但學(xué)生受其影響最大的還只是科學(xué)探究的幾個要素。在高中階段，我們應(yīng)努力讓學(xué)生體會探究的本質(zhì)。

牛頓第一定律告訴我們：物體的運動狀態(tài)及其改變是由它所受的力決定的，而運動狀態(tài)改變的難易程度又與其自身的質(zhì)量有關(guān)。我們知道，加速度是描述物體運動狀態(tài)改變快慢的物理量，那么，物體運動的加速度一定是由物體所受的力以及自身的質(zhì)量所決定的。于是，探究它們之間的定量關(guān)系就變得自然而又十分必要。

基于簡單、方便的原則，可以通過小組合作，設(shè)計探究方案；師生互動，優(yōu)化生成方案；學(xué)生匯報，展示實驗成果；教師凝練，上升理性高度，以實現(xiàn)師生之間、生生之間的多向交流、研討生成。

2 學(xué)情分析

高一學(xué)生有了一定的科學(xué)探究經(jīng)驗，但還未形成能力。高中學(xué)生思維活躍，想象力豐富，但思考問題往往不夠深入，思維有跳躍性。

3 教學(xué)目標(biāo)

3.1 知識與技能

（1）通過實驗探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；

（2）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力、運用計算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力以及實驗設(shè)計、 調(diào)節(jié)和控制的能力。

3.2 過程與方法

（1）通過探究過程滲透科學(xué)方法，例如：控制變量法、比較法和圖像分析法等；

（2）體驗團(tuán)隊協(xié)作，互“教”互“學(xué)”的過程。

3.3 情感、態(tài)度與價值觀

（1）通過探究過程，體會到物理實驗和學(xué)習(xí)的樂趣，提高參與科學(xué)探究的熱情；

（2）通過實驗結(jié)果的分析，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的探究態(tài)度，形成科學(xué)素養(yǎng)。

4 教學(xué)重點、難點及教學(xué)策略

教學(xué)重點：控制變量法的運用，實驗方案的設(shè)計以及實驗過程的操作。

實踐策略：通過設(shè)置情境、問題串引導(dǎo)、小組合作、評價優(yōu)化、凝練提升，得出實驗的步驟和數(shù)據(jù)處理的方法。

教學(xué)難點：實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。

突破策略：通過教師的引導(dǎo)和演示，讓學(xué)生體驗用Excel軟件處理實驗數(shù)據(jù)的方法。

5 教學(xué)用具

附有滑輪的長木板一塊、 小車一個、帶小盤的細(xì)線一條、規(guī)格不同的砝碼和鉤碼各一盒、紙帶、光電門、電源、導(dǎo)線、電鍵、刻度尺、電子天平、SWR軟件、計算機(jī)投影儀及課件。

6 教學(xué)過程

6.1 情境——開啟思考的閥門

【教師活動】 引導(dǎo)學(xué)生討論的起點：為什么要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系？

【學(xué)生活動】 觀察實驗現(xiàn)象、思考討論。

【設(shè)計意圖】 激發(fā)興趣，知識生長。

6.2 問題——助推探究的步伐

【教師活動】 嘗試讓學(xué)生猜想加速度與力、質(zhì)量間存在的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生表達(dá)自己的觀點，小組交流、討論。

【學(xué)生活動】 思考討論，猜想表達(dá)。

【設(shè)計意圖】 激發(fā)求知的欲望，體現(xiàn)教學(xué)的主體。

6.3 合作——鋪起協(xié)作的大道

【教師活動】 基于學(xué)情，設(shè)置臺階， 引導(dǎo)思考方向：

（1）如何創(chuàng)造條件，使一個物體做勻加速直線運動？

（2）如何測這個物體的質(zhì)量、所受的合力和產(chǎn)生的加速度？

（3）如何根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出a與F、m的關(guān)系？

【學(xué)生活動】 寫出設(shè)計的實驗操作方案，生生交流，師生互評，確定小組方案，學(xué)生選擇的實驗方案可能性預(yù)估：

方案1：自由下落；

方案2：物體從斜面上下滑；

方案3：手拉著物體勻加速運動；

方案4：用重物牽引著物體加速運動；

方案5：比較法等等。

【設(shè)計意圖】 提高學(xué)生制定探究方案的能力：

（1）能把探究問題分解；

（2）會從原理、器材、信息收集、信息處理、操作程序等方面來構(gòu)思探究方案；

（3）能在相互碰撞中完善探究方案。

6.4 評價——引導(dǎo)診斷的導(dǎo)向

（1）加速度的測量

【教師活動】 問題串引發(fā)學(xué)生思考探究，綜合學(xué)生的討論，引導(dǎo)學(xué)生比較幾種方案的優(yōu)劣。

【學(xué)生活動】 基于思考之后，設(shè)計如下方案：

①測出物體運動的位移和時間帶入方程計算，即可求加速度；

②利用紙帶計算加速度，也可以使物體做初速度為零的勻變速運動，測量出物體運動的位移和時間，即可以求得加速度；

③加速度的測量也可由SWR軟件完成。

【設(shè)計意圖】 突出學(xué)生的主體地位，通過學(xué)生獨立的設(shè)計和思考，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，既要肯定原設(shè)計，又要引導(dǎo)學(xué)生尋找更優(yōu)化的方法。

（2）質(zhì)量的測量

【教師活動】 問題串引發(fā)學(xué)生思考探究：

①我們怎么測量小車的質(zhì)量呢？

②實驗中要探究質(zhì)量對加速度的影響，我們還需要怎么做？

【學(xué)生活動】 設(shè)計實驗方案，注意控制變量法的運用。

（3）力的測量

【教師活動】 問題串引發(fā)學(xué)生思考探究：

①如何為小車的運動設(shè)計一個合外力？

②鉤碼的重力就是小車的合力嗎？

③怎么處理可以讓鉤碼的重力盡量接近小車的合力？

教師引導(dǎo)學(xué)生分析討論得出平衡摩擦力的方法：重力分力平衡摩擦力。

④解決了摩擦力的問題，繩子的拉力就是物體的重力嗎？

⑤我們?nèi)绾卧趯嶒炛懈淖兒狭Φ拇笮。?/p>

⑥教師說明繩子上的拉力不是重物的重力，提出其他方案（如：利用力學(xué)傳感器顯示出小車的拉力）。

【學(xué)生活動】 學(xué)生質(zhì)疑、討論，達(dá)成共識。

（4）數(shù)據(jù)記錄和處理

【教師活動】 問題串引發(fā)學(xué)生思考探究：

①如何對實驗所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析？

②圖像法是我們進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)分析的常用手段，而且利用圖像法可以有效地減小實驗中的誤差，引導(dǎo)學(xué)生用圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

【學(xué)生活動】 學(xué)生每四人一小組分工設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格，如表1、表2所示：

【設(shè)計意圖】 數(shù)據(jù)分析是探究過程的重要組成部分，也是學(xué)生能力培養(yǎng)的重要一環(huán)。引導(dǎo)學(xué)生思考處理數(shù)據(jù)的方法，促進(jìn)學(xué)生分析和解決問題的能力再升華，為以后的實驗探究打下堅實的基礎(chǔ)。

6.5 優(yōu)化——點燃去粕的火花

【教師活動】 巡回指導(dǎo)，對實驗中學(xué)生遇到的突發(fā)問題進(jìn)行引導(dǎo)，幫助學(xué)生加以分析解決。

【學(xué)生活動】 按照設(shè)計的步驟，分組開始實驗。

6.6 展示——體現(xiàn)學(xué)習(xí)的主體

【學(xué)生活動】 認(rèn)真完成實驗，收集數(shù)據(jù)。

（1）投影展示實驗成果；

（2）分析圖像，尋找規(guī)律。

【教師活動】 問題串引發(fā)學(xué)生再思考：

（1）圖像中所有的點是否在同一直線上，如果不在一條直線上，點的離散是實際的必然，還是實驗中的偶然？

（2）指導(dǎo)學(xué)生在探究過程中不能妄下結(jié)論，一個結(jié)論往往要經(jīng)過多次反復(fù)的實驗才能最終形成。

【設(shè)計意圖】 分析和論證的過程需要科學(xué)的依據(jù)，本實驗的結(jié)果僅僅是一個初步的結(jié)論， 電腦擬合圖像對學(xué)生的猜想起到了積極的作用，為初步結(jié)論的形成提供了一定的理論依據(jù)。

6.7 總結(jié)——上升理性的高度

【教師活動】 引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)論做理性的判斷，實驗的結(jié)論帶有猜想和推斷的性質(zhì)，只有當(dāng)這些結(jié)論推導(dǎo)出的很多新結(jié)果都與事實一致時，這樣的結(jié)論才能成為“定律”。

【學(xué)生活動】 梳理方案、交流成果，評估其科學(xué)性。

【設(shè)計意圖】 促使學(xué)生形成“探究、合作、生長”理念下的科學(xué)探究能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東風(fēng). “探索-發(fā)現(xiàn)”教學(xué)模式實踐探討[J].中學(xué)物理，2014，32（10）：6-7.

[2]姜連國. 讓課堂在合作探究中生長——《動能定理》合作生成教學(xué)評析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014，44（7）：37-41.

（欄目編輯 鄧 磊）