探究式教學法在高中物理實驗教學中的應(yīng)用

劉潤芝 王林 王青青

摘 要 在高中物理實驗課中應(yīng)用探究式教學法，可以全面提升中學生的能力和素質(zhì)，落實物理核心素養(yǎng)的理念。通過小組實驗教學體驗，給出探究式教學法的定義、理論支撐和探究式教學法在物理實驗中實施的具體方法。

關(guān)鍵詞 探究式教學法；物理核心素養(yǎng)；高中物理；實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）23-0130-03

Abstract Applying inquiry teaching method in high school physics experiment course can improve the ability and quality of middle school students and implement the concept of core quality of physics. Through the experience of group experiment teaching， this paper gives the definition， theoretical support and specific methods of in-quiry teaching in physics experiments.

Key words inquiry teaching； core physical literacy； high school phy-sics； experiment teaching

1 前言

根據(jù)高中生的思維特點，高中生處于由形象思維向抽象思維過渡的階段，其抽象思維基本趨于穩(wěn)定，適合探究式教學法教學。探究式教學法是在新課程理念下提出的一種教學模式，目的是培養(yǎng)學生進行深度學習，讓學生學有所獲。物理是一門自然學科，實驗是其重要組成部分，通過實驗，學生可以理解物理現(xiàn)象、總結(jié)物理規(guī)律、探索物理世界、形成物理觀念，最終成為具備物理核心素養(yǎng)的人才。探究式教學法應(yīng)用于高中物理實驗教學是很有必要的，本文將進行探究。

2 探究式教學法及其理論支撐

探究式教學法 探究式教學法也被稱作研究法和發(fā)現(xiàn)法，教師在進行授課時，以案例的形式，讓學生通過自主觀察、實驗、討論思考，獨立地進行探究學習，并且能夠總結(jié)探究結(jié)論，從而掌握所學知識[1]。在物理實驗教學中應(yīng)用探究式教學法，體現(xiàn)了教師的主導地位和學生的主體地位。教師主要是對實驗教學進行設(shè)計，讓學生獨立探索，適時引導教學。

理論支撐 建構(gòu)主義認為，人們對于知識的建構(gòu)是以經(jīng)驗為基礎(chǔ)的。知識的獲得是學習者在特定的情境下得益于他人的幫助，利用一定的學習資源通過親自試驗，進行有意義的建構(gòu)而實現(xiàn)的[2]。知識不是通過傳授就可以獲得的，特別是對于物理學習來說。通過實驗教學，讓學生在特定的情境下主動去建構(gòu)知識，認識物理現(xiàn)象，得出物理規(guī)律，獲得物理知識。布魯納的發(fā)現(xiàn)學習法，就是教師向?qū)W生提出相關(guān)問題，引導學生學習、搜集有關(guān)的學習資料，通過積極思考、體會，自主地發(fā)現(xiàn)概念和原理。發(fā)現(xiàn)學習法指引著探究式教學法，學生通過自己探究知識，從而發(fā)現(xiàn)知識。

3 探究式教學法在物理實驗中實施的重要性

親自參與，培養(yǎng)學生的實驗?zāi)芰?探究式教學法強調(diào)學生親自參與實驗，主動根據(jù)物理問題進行猜想與假設(shè)，進而設(shè)計實驗并驗證實驗，提高學生的實驗?zāi)芰?，對于實驗教學很有幫助。學生對于觀察學習到的物理知識和親自動手試驗獲得的物理知識，在頭腦中的記憶是不同的。

在教學人教版高中《物理（必修1）》第二章“勻變速直線運動的研究”中“自由落體運動”這一節(jié)時，教師運用探究式教學法，指導學生參與實驗，根據(jù)學生的認知情況提出：輕重不同的物體下落快慢一樣嗎？教師課前準備好實驗器材——相同質(zhì)量的紙片和紙團，不同質(zhì)量、相同體積的紙片和卡片。學生通過親自試驗發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量相同的紙片和紙團的下落速度不一樣，而質(zhì)量不同的紙片和卡片落地的時間相差不大。這時學生進行猜想：物體下落的快慢是不是和物體的質(zhì)量沒有關(guān)系，而是受其他因素影響？

教師啟發(fā)學生：“在紙片和紙團實驗中，兩者體積不相同，并且觀察到紙團下落得快。同學們知道物體在下落過程中只處于空氣中?！边@時學生就會繼續(xù)猜想：是不是因為受到空氣阻力的影響？教師向?qū)W生介紹抽真空裝置——牛頓管。學生分組探究是不是空氣阻力的影響，最終自己建構(gòu)出在不受空氣阻力的情況下，物體下落快慢與質(zhì)量無關(guān)。這種初速度為零、只受重力作用的運動稱為自由落體運動。

深度學習的思想應(yīng)該貫穿于整個探究中。學習了自由落體運動，教師可以向?qū)W生展示刻度尺，然后讓學生結(jié)合本節(jié)課的自由落體運動，探究結(jié)合自由落體運動和使用刻度尺，可以有什么實際作用？

真實情境，培養(yǎng)學生的科學思維 “思維是具有意識的人腦對客觀事物間接的、概括的和能動的反映?！盵3]所謂科學思維，就是具有意識的人腦對科學事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律性及事物間的聯(lián)系和相互作用關(guān)系間接的和概括的反映[4]。探究式教學法是鍛煉學生思維的很好方式。通過科學的探究環(huán)節(jié)，讓學生對物理知識能夠有間接的、概括的和能動的反映，進而形成物理觀念?？茖W思維的培養(yǎng)需要在真實情境中進行，通過實驗可以讓學生感受到真實情境，從而使思維清晰。

在教學人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“摩擦力”一節(jié)時，為了探究影響摩擦力大小的因素，教師先讓學生思考為什么雨雪天比較容易滑倒？給手中的杯子不斷加水，是否感受到手需要越握越緊？創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生的興趣，學生積極討論后提出猜想：影響摩擦力大小的因素可能與接觸面的粗糙程度和所受壓力有關(guān)。接下來進行實驗，學生根據(jù)教師提供的實驗器材采用控制變量法去探究，記錄實驗現(xiàn)象、得出實驗結(jié)論并完成實驗報告。經(jīng)過探究式教學法，學生體會到科學思維在解決問題時的作用，對探究能力的培養(yǎng)有很大幫助。

4 探究式教學法在物理實驗中實施的具體方法

課前預習，掌握實驗探究基本知識 在物理實驗課開始之前，學生要獨立完成實驗的預習，通過預習積極查閱相關(guān)資料，能夠擁有基本的理論知識，進而了解實驗器材的操作。學生通過預習整個實驗原理，做出自己的假設(shè)和猜想，在實驗中驗證假設(shè)是否成立[5]。

在教學人教版高中《物理（選修3-1）》第一章“靜電場”中“電容器的電容”一節(jié)時，為了探究影響平行板電容器電容大小的因素，學生在提前預習時就要查閱各種資料，了解所用實驗儀器靜電計的工作原理和電容器的構(gòu)造，這樣才能對實驗原理認識清楚。電容的定義式C=Q/U，探究電容器兩極板間的距離d和兩極板間的正對面積S對于電容大小的影響，就要用到控制變量。保持Q始終不變，和其中一個量保持不變，改變另一個量，通過電勢差U的變化來反映電容C的大小，從而定性地找出哪個物理量與電容大小成正比，哪個物理量與電容的大小成反比。在保持Q不變的情況下，電容的大小就由電壓的大小來反映。

學生經(jīng)過課前查閱資料預習得知，靜電計實質(zhì)上是一種驗電器，把它的金屬球與另一個導體連接，金屬外殼與另一個導體連接，從指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以推知兩個導體間電勢差的變化，電勢差U的變化就是利用靜電計測出的。所以說，課前預習實驗掌握探究的基本知識，才能保證探究順利進行。

實驗指導書，體現(xiàn)學生主體地位 教師可以根據(jù)實驗，自行設(shè)計編寫一份實驗指導書，在上物理實驗課時基本不發(fā)言，讓學生按照實驗指導書進行操作，最后完成問題卡片。實驗指導書的編寫要求教師根據(jù)探究的三維目標——知識、技能、方法來進行，每一個問題的設(shè)計都要緊扣探究目標。

筆者設(shè)計了人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“彈力”這一節(jié)探究彈簧伸長量與彈力關(guān)系的實驗指導書，并且對探究進行了深化：類比串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系，探究兩個勁度系數(shù)分別為k1、k2的彈簧串并聯(lián)時，其勁度系數(shù)之間的關(guān)系。學生根據(jù)實驗指導書，獨自進行探究實驗，最終得出結(jié)論：當兩個彈簧串聯(lián)時，其勁度系數(shù)用k3表示，在誤差允許范圍內(nèi)可以得出1/k3=1/k1+

1/k2；當兩個彈簧并聯(lián)時，其勁度系數(shù)用k4表示，近似地可以認為k1+k2≈k4。

物理是一門很嚴謹?shù)膶W科，這時學生就要進行深度探究：是什么原因?qū)е聝蓮椈刹⒙?lián)起來，總體的勁度系數(shù)誤差明顯？這時學生可以進行多次實驗，觀察兩個彈簧并聯(lián)時是什么因素影響了實驗，并且思考如何改進實驗，最終培養(yǎng)思維能力，體現(xiàn)主體性地位。

分組實驗，促進學生優(yōu)差互補 在進行教學過程中，教師可以將學生有組織地分為幾個學習小組[6]。在進行分組時，教師要把握每組男女生分配合理，喜歡做實驗的學生與動手能力較差的學生分到一個組。這樣可以讓動手能力強的學生帶動動手能力較差的學生，有不懂的地方可以及時互幫互助，促進學生的探究動力，有利于每一個學生的發(fā)展。

教學人教版高中《物理（選修3-2）》第五章“交變電流”中“變壓器”這一節(jié)，在探究變壓器原副線圈匝數(shù)和輸入輸出電壓的關(guān)系時，小組成員可以各抒己見，對于實驗操作提出各自的想法，比如電源的選擇、電路的連接、可拆變壓器匝數(shù)的選擇。首先，小組成員討論發(fā)言，變壓器一定是針對交流電的，所以應(yīng)該選擇交變電源。不懂的小組成員就會問為什么，這時由懂的組員進行解釋：變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象，而互感現(xiàn)象的產(chǎn)生是由變化的磁場引起的，只有變化的電場才能產(chǎn)生變化的磁場，所以只能選擇交變電流，而不能選擇恒定電流。

接著是電路的連接問題，小組合作討論后達成一致，與輸入的交變電壓相連的是原線圈，與輸出電壓表相連的是副線圈。設(shè)計好電路之后進行探究，小組成員在進行了幾次實驗后發(fā)現(xiàn)規(guī)律性不強，于是有人提出：可以控制輸入電壓不變和原線圈匝數(shù)不變，只改變副線圈匝數(shù)，看輸出電壓變化；做幾組之后，再控制輸入電壓不變，改變原線圈匝數(shù)，不改變副線圈匝數(shù)，看輸出電壓的變化。通過記錄數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律性增強，誤差減小。最后，小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，討論得出結(jié)論。通過小組合作，讓學生在合作中學習，體會到合作的樂趣，促進小組成員共同進步。

總結(jié)歸納，形成物理觀念 物理學科的重點，主要是培養(yǎng)學生觀察、分析、總結(jié)物理現(xiàn)象的能力。探究式教學法最終的目的是讓學生學會獨立探究。對于高中生來說，探究之后要對探究結(jié)果有一個清晰的認識，即對實驗現(xiàn)象進行歸納總結(jié)，并與頭腦中已有的知識發(fā)生聯(lián)系，進而形成一種新的物理觀念。

教學人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“彈力”這一節(jié)，在探究彈簧伸長量與彈簧彈力的關(guān)系時，學生在實驗指導書的引導下，通過小組合作的形式動手實驗、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，最終總結(jié)出物理規(guī)律，即：彈簧的彈力與伸長量成正比。由于彈簧不能被無限拉長，學生深入思考，從而對物理規(guī)律進行補充：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧伸長量成正比。只有將物理規(guī)律的適用條件分析清楚，才能進一步提煉與升華，形成一種物理觀念。

5 結(jié)語

結(jié)合建構(gòu)主義學習觀和布魯納的發(fā)現(xiàn)學習法，發(fā)展探究式教學法并將其應(yīng)用于物理實驗教學中，效果明顯。在實驗時，利用探究式教學法能體現(xiàn)學生的主體性，使學生積極地參與實驗，教師起引導作用。學生通過親自試驗所建構(gòu)起來的知識體系，比直接從教師處得來實驗結(jié)果進行學習，掌握得更牢固。探究式教學法應(yīng)用于實驗探究的方法還有待進一步創(chuàng)新，通過自主探究，學生對實驗原理有更深一步的理解，逐漸培養(yǎng)了一種探究樂趣，形成一種科學的探究習慣。創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，而探究正是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一種體現(xiàn)，只有在探究中發(fā)現(xiàn)問題進而形成假設(shè)并進行實驗驗證，最終才能創(chuàng)新。

參考文獻

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