探究式物理實驗教學(xué)及其設(shè)計

劉立國

【摘要】在新課程改革理念下的科學(xué)探究是基礎(chǔ)教育課程改革中的新事物，它要求學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)的探究方法，獲得學(xué)習(xí)物理的興趣。這就要求教師采取探究式的教學(xué)方法，精心進行探究式的教學(xué)設(shè)計，開展探究活動。本文在實施探究式物理實驗教學(xué)的必要性及其相關(guān)的認知基礎(chǔ)上，著重闡述了探究式實驗的教學(xué)設(shè)計。

【關(guān)鍵字】探究式；實驗教學(xué)設(shè)計；實施

一、實施探究式物理實驗教學(xué)的意義

1.傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

愛因斯坦曾經(jīng)說過：“結(jié)論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者的面前，讀者體會不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也難達到清楚地理解全部情況?！边@段話深刻切中了基礎(chǔ)教育的要害，傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，教師都是將書上現(xiàn)成的實驗做一遍，然后很自然的得到出結(jié)論、定律。再將得到的定律教給學(xué)生，學(xué)生并沒有機會參與實驗的設(shè)計、操作、結(jié)論的獲得，這樣就造成了學(xué)生對實驗只有感性的認識，并沒有上升到理性認識。因而也就造成了對定律的死記硬背，做題時亂套公式。

1.2新課改形勢下實施探究式實驗教學(xué)的必要性

針對這一問題，在新課程改革中頌布的《物理課程標準》中明確指出：物理課程不僅應(yīng)該注意科學(xué)知識的傳播和技能的訓(xùn)練，注重將物理科學(xué)的新成就及其對人類文明的影響納入課程，而且還應(yīng)該注意重視學(xué)生終身學(xué)習(xí)的愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識及科學(xué)精神的培養(yǎng)。因此，教師在新教材教學(xué)中，要改變過去過分強調(diào)知識的傳授的傾向，注重科學(xué)探究精神，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法等等，是十分必要的。

二、什么是探究式教學(xué)

所謂探究式教學(xué)，就是用與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的實際問題為載體，讓學(xué)生在教師的組織和指導(dǎo)下有目的的相對獨立找茬 進行探索和研究，從而促進學(xué)生思維水平的發(fā)展，提高學(xué)生知識應(yīng)用能力和解決實際問題的能力，并從中感悟到科學(xué)研究的基本策略和方法，體驗科學(xué)探究的過程，得到科學(xué)思想的熏陶，為培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)造意識和實踐能力打好基礎(chǔ)。

2.1探究式教學(xué)的指導(dǎo)思想

探究式教學(xué)方法的核心是“探究”，教師要探究的教，學(xué)生要探究的學(xué)。也就是說教師師要多設(shè)置些和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的探究課題，多給學(xué)生些空間，讓他們發(fā)揮自己的能力、特長去探究，作為學(xué)生要自己多動手動腦，去探索，去研究，并且自己去歸納總結(jié)，得出自己的結(jié)論然后和其他的同學(xué)比較、對照，找出不足，找到差距，以備下次有大的改進。最后教師要對整個探究過程做出合理的評價，指出缺點、鼓勵優(yōu)點。

2.2教學(xué)的實施方案

探究式教學(xué)是靈活多樣的，但其主要要素是大致相同的，包括：提出問題，猜想和假設(shè)，制定計劃和設(shè)計實驗，進行實驗和收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析和論證結(jié)論，評估、交流與合作。其整個教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖（1）所示：

三、探究式教學(xué)的設(shè)計

在教學(xué)設(shè)計當中，教師作用相當于一部戲的導(dǎo)演，學(xué)生相當于演員，也就是說，教師要在教學(xué)活動開始之前，將整個教學(xué)活動做出合理的設(shè)計，如何引題，如何開始，如何引導(dǎo)學(xué)生自己動手去探究問題。

3.1教學(xué)前準備

整個探究式教學(xué)的過程中，每個步驟都很重要，都應(yīng)該引起教師的注意。首先是研究題目的準備，這里提出的問題必須是科學(xué)性問題，所謂科學(xué)性問題是針對客觀世界中的物體、陌生事件提出的，問題要與學(xué)生已學(xué)的科學(xué)概念相聯(lián)系，并且能夠引發(fā)他們進行實驗研究，收集數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)對科學(xué)理象做出解釋。課堂上，一個有難度但又能讓人嘗到勝利的果實的題目，足以引起學(xué)生的求知欲，并能引出一系列問題。但如果教師給出的探究題目離學(xué)生的日常生活很遠，又基本上用不到所學(xué)的知識，那樣的題目是很難引起學(xué)生的興趣，也就不可能達到很好的效果。

其次，教學(xué)前還要圍繞所要研究的題目，準備學(xué)習(xí)材料、以及相關(guān)的實驗設(shè)備等，讓學(xué)生對所要研究的問題有個更加全面的了解和認識，同時準備的實驗器材要充足，讓學(xué)生自己去選擇他覺得有用的器材，如果找不到足夠的器材，讓學(xué)生自己去使用可以替換的器材。

3.2教學(xué)的實施與指導(dǎo)

教師將設(shè)計好的題目交給學(xué)生之后，還要對班級的學(xué)生進行分組，在小組里，學(xué)生們可以相互商量、相互討論，充分讓學(xué)生參與教學(xué)活動當中來，成為真正的學(xué)習(xí)主體。這樣一來可以優(yōu)勢互補，又可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識。在分組時，要在一個小組中既有成績好的也有差的，這樣，成績好的可以發(fā)揮他們的基礎(chǔ)知識扎實的優(yōu)點，而一些成績差的同學(xué)往往能提出很多有創(chuàng)意的想法。在進行小組討論時，要鼓勵那些平時不愛發(fā)言的同學(xué)，讓他們說出自己心中的想法。

同時教師要提倡探索、鼓勵創(chuàng)新、保護和激發(fā)學(xué)生的求知欲，改變過去“聽話就是好學(xué)生”“教師的話就是真理”的觀念和做法，提倡真理面前人人平等，尊重學(xué)生的個人經(jīng)驗和新異見解，并及時給予鼓勵和評價。在制定計劃時，教師要給學(xué)生適當?shù)闹笇?dǎo)，但不能將現(xiàn)成的計劃，實驗表格都交給學(xué)生，要發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，讓他們自己設(shè)計完成。

接下來是學(xué)生進行實驗，在進行實驗之前，教師必須保證小組有明確的實驗?zāi)康?、實驗步驟、要測的數(shù)據(jù)及表格以及在實驗過程中要注意的事項，這些對于實驗成功與否都很重要。實驗之后的數(shù)據(jù)收集、整理，都將用到曾經(jīng)學(xué)過的物理學(xué)知識，在這時，不光考驗學(xué)生的動手能力，也考查學(xué)生的知識運用能力，可謂一舉兩得。在分析論證得出結(jié)論的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生仿照課本上一些結(jié)論的得出，概括總結(jié)自己的結(jié)論，從而讓培養(yǎng)他們分析問題的能力和科學(xué)的思想。

3.3課后的評價與總結(jié)

在整個探究過程即將結(jié)束時，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生自己作好學(xué)習(xí)小結(jié)，讓學(xué)生清楚所探究的內(nèi)容，采用的研究方法和步驟；在品味學(xué)習(xí)成果的喜悅當中，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)活動的積極性和對物理學(xué)習(xí)活動的興趣，增強學(xué)習(xí)的信心，教師要少講，盡量讓學(xué)生講、學(xué)生做，通過這樣的教學(xué)不僅培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)情感，還培養(yǎng)了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。由于探究式的教學(xué)方法和傳統(tǒng)的教學(xué)方法不同，同樣采取的評價方法也不一樣，傳統(tǒng)的教師評價學(xué)生時看學(xué)生的考試成績，但探究式教學(xué)更多的是看學(xué)生的思路以及操作過程表現(xiàn)，因此教師要改變傳統(tǒng)的以成績論英雄的觀念。

四、探究式教學(xué)設(shè)計實例

下面我就用一個初中物理課中常見的問題作為探究的課題，具體展示一下探究式教學(xué)的設(shè)計過程。

（一）分組

按照前文提到的分組原則進行分整體組，注意分組時每個小組的人數(shù)不能太多也不能太少，最好每組四到八人。

（二）提出問題

如圖（2）所示，大燒杯和試管中裝有適量的水，用酒精燈給它們加熱，當燒杯中的水沸騰足夠的時間后，試管中的水會沸騰嗎？其溫度與燒杯中的水溫有什么關(guān)系？

（三）小組討論、猜想假設(shè)

根據(jù)熱傳遞的知識，人們普遍認為：試管中的水溫和燒杯一樣，達到了水的沸點，但是當兩者溫度相同時，試管中的水就不能從燒杯中吸收熱量，所以不能沸騰。但事實真是這樣嗎？通過測量，試管中水的溫度至少比燒杯中的水低3攝氏度，為什么會出這種情況，哪些因素影響了試管內(nèi)外的水溫差？

通過觀察，結(jié)合所學(xué)的知識及已有的經(jīng)驗，同學(xué)會提出以下猜想：

猜想1：水溫差可有和試管的材料有關(guān)；

猜想2：水溫差可能和試管壁的薄厚有關(guān)；

猜想3：水溫差可能和試管的橫截面積有關(guān)；

猜想4：水溫差可能和試管里面水的多少有關(guān)。

（四）檢驗方案、進行驗證

針對上述猜想，學(xué)生就會設(shè)計相應(yīng)的實驗，對猜想進行驗證。

實驗1：研究材料是否影響水溫差

（1）實驗方案：取兩支大小相同的中號的試管，一支是玻璃試管，另一支是銅試管，

分別裝上同樣多的水，把他們放到同一個裝有同樣多的（適量）水的燒杯中（兩試管都不與燒杯接觸，插入深度相同，試管內(nèi)外的水面相平，在燒杯和兩個試管中各放一個溫度計，溫度計插入深度相同，用酒精燈加熱，觀察實驗現(xiàn)象，且隔2分鐘記錄一次水溫。

（2）實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象：加熱過程中，兩試管的水溫始終比大燒杯要低，當大燒杯中的水沸騰足夠長的時間后，（判斷依據(jù)：大燒杯中的水溫不再變化，而且試管中的水溫也保持恒定，下同），大燒杯的水溫為101攝氏度，玻璃試管中水溫為97攝氏度，銅試管中的水溫為98.5攝氏度，兩試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結(jié)論：材料影響水溫差。

（4）原因分析：不同材料導(dǎo)熱性能不同，其中銅是熱的良好導(dǎo)體，而玻璃是熱的不良導(dǎo)體，在室溫附近（20攝氏度）銅的導(dǎo)熱律比玻璃大很多，而且物質(zhì)的導(dǎo)熱律隨溫度升高而略有增加，但是若物體各部分間的溫度差不太大，則整個物體的導(dǎo)熱律可看作恒量，由此而知，在厚度相同的情況下，銅的導(dǎo)熱律比玻璃強得多，從而導(dǎo)致銅試管的水溫比玻璃試管要高一點。

實驗2：試管壁是否影響水溫差

（1）實驗方案：取兩只大小相同的試管，但是試管壁的薄厚不同，重復(fù)實驗1的內(nèi)容。

（2）實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象：當大燒杯的水溫為101攝氏度時，厚試管的水溫為97攝氏度，而薄試管的水溫為98攝氏度，試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結(jié)論：試管壁的薄厚是影響水溫的一個因素。

（4）原因分析：試管的導(dǎo)熱本領(lǐng)除了與材料有關(guān)外，還與其薄厚有關(guān)，在材料相同時，試管壁越厚，其導(dǎo)熱本領(lǐng)越弱，此外，試管壁也阻礙了試管中的水與燒杯中的水的對流現(xiàn)象，阻礙了熱傳遞，這也是試管內(nèi)外存在溫度差的原因之一。

實驗3：探究試管橫截面積是否影響水溫差

（1）實驗方案：選取大小不同的3只玻璃管，口徑分別為42mm、25mm、16mm裝上等量的水，重復(fù)實驗1步驟。

（2）實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象：當大燒杯的水沸騰足夠長時間后，大燒杯水溫為101攝氏，大試管的水溫為96攝氏度，中號的水溫為97攝氏度，小號的為98攝氏度。各試管的水都沒有沸騰。

（3）初步結(jié)論：試管口徑的大小影響小溫差

（4）原因分析：試管口徑越大，試管里的水蒸發(fā)時吸的熱就越多。

實驗4：探究水溫差和試管里水多少的關(guān)系

（1）實驗方案：取三只型號相同的試管，各裝入不同量的水，放入盛有適量水的燒杯中（插入的深度相同），重復(fù)實驗1的操作。

（2）實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象：當大燒杯里的水沸騰足夠時間后，大燒杯里的水溫為101攝氏度，水最多的試管水溫為96攝氏度，其次97攝氏度，最少的98攝氏度，試管中的水均沒有沸騰。

（3）初步結(jié)論：試管中的水的多少影響水溫差

（4）原因分析：當試管中的水多時，其升高溫度時吸的熱也增多，所以出現(xiàn)了以上現(xiàn)象。

（五）評價與總結(jié)

實驗后，教師應(yīng)該對各個小組的實驗情況給予評價，對做的好的要表揚，做的稍差的，應(yīng)該鼓勵，切不可打擊學(xué)生的積極性，這樣才會讓學(xué)生在將來的探究活動中更好的發(fā)揮、表現(xiàn)。同時通過上述實驗可以得出以下結(jié)論：當燒杯里的水沸騰足夠時間后，試管中的水不能沸騰，而且燒杯和試管中的水存在溫度差，該溫度差的大小與試管的材料、試管壁的厚度、試管的口徑、試管中水的多少有關(guān)。

五、探究式教學(xué)設(shè)計的常見誤區(qū)

目前很多實驗地區(qū)試點學(xué)校都在進行探究式課堂教學(xué)的有益嘗試，但同時也發(fā)現(xiàn)有些教師對探究式教學(xué)存在一些誤解，在探究教學(xué)中存在著表面化、僵固化、形式化等一些不容忽視的問題。探究式教學(xué)，關(guān)鍵不在形式，而在于體現(xiàn)探究的本質(zhì)特征，一定要防止讓探究式課堂教學(xué)走入誤區(qū)。

誤區(qū)一：分組討論就是探究。分組討論對于學(xué)生之間互相交流、互相補充，確實有著獨特的優(yōu)勢，對探究的問題能達到相互補充、促使觀點統(tǒng)一、理解全面的目的，但這種形式也會出現(xiàn)人云亦云的現(xiàn)象，長此出現(xiàn)“精英化”現(xiàn)象，另外教師的講解和指導(dǎo)也非常有必要。沒有反映相應(yīng)物理知識特點的合適問題，沒有保持思考力水平的理性思維，討論就會流于表面化，并不能導(dǎo)致真正的物理理解，而且會浪費寶貴的學(xué)習(xí)時間。

誤區(qū)二：探究就是不要教師講授。這是一種極端傾向，是不可取的。追求物理教學(xué)過程的探究，不只是對傳統(tǒng)的教學(xué)做新的探究性解讀，必須在與傳統(tǒng)教學(xué)的融合中進行探究，即便是在探究式教學(xué)中也包含多種教學(xué)方法，如在學(xué)生對某一物理現(xiàn)象有大量感性經(jīng)驗時，講述法可能會是一種更恰當?shù)倪x擇。總之，學(xué)生的自主探究與教師的適當講解，利用傳統(tǒng)的講授、提問、討論、實驗等形式，在物理教學(xué)中可能會取得更好的效果。

誤區(qū)三：學(xué)生自主探究，教師就“解散”了。學(xué)生習(xí)慣了“教師講學(xué)生聽”的模式，短時間內(nèi)難以適應(yīng)探究式教學(xué)，這需要教師付出較大的時間和精力。探究情境的設(shè)置又比傳統(tǒng)的備課費時費力，在現(xiàn)行教材和教參中是沒有現(xiàn)成答案的，可以借鑒的經(jīng)驗不多，教師工作量更大了。探究教學(xué)還要承受來自各方面的壓力，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、家長、學(xué)生等，教師沒有更多的付出，探究教學(xué)將會流于表現(xiàn)形式而難以深入下去。

誤區(qū)四：探究就是實驗。物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的一門自然科學(xué)，實驗教學(xué)是物理學(xué)科教學(xué)自身的特點，也是學(xué)生探究并獲取知識與應(yīng)用知識的過程中一個有機組成組成部分，但不是所有的科學(xué)探究都要經(jīng)過實驗，不能脫離實際，為了實驗而實驗，為了探究而探究。有的依據(jù)物理事實，運用邏輯判斷來確定物理量之間因果關(guān)系，有的物理知識是無法用實驗來探究的，是在一定實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象思維得出來的。

誤區(qū)五：所有探究都面面俱到。探究全過程要經(jīng)歷7個要素，只能有所側(cè)重，且不可求全，不可牽強，一定要避免由于探究教學(xué)的形式化、僵固化，而失去應(yīng)有的活力。

誤區(qū)六：所有知識都要要學(xué)生去探究。這是一種形而上學(xué)的觀點，是行不通的。一是沒有必要，二是時間不允許。

六、結(jié)語

探究式教學(xué)是我國一種新興的教學(xué)方法，肯定存在這樣那樣的不足，但是隨著教學(xué)改革的逐漸深入，相關(guān)的專家學(xué)者的不斷探索，教學(xué)一線的教師的大力實踐，這種教學(xué)方法一定會迅速健全，成為一種主流的教學(xué)方法，對推動教學(xué)改革，為現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)合格人才發(fā)揮越 來越重要的作用。

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