美國高中物理的探究式教學(xué)策略研究

吳藎萱

摘 要：以“主導(dǎo)—主體相結(jié)合”為特征的美國高中物理探究式教學(xué)，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的合作交流意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。美國中學(xué)物理課堂探究式教學(xué)的實(shí)施重視，利用課前導(dǎo)入環(huán)節(jié)引發(fā)學(xué)生的探究愿望，通過創(chuàng)建課堂活動(dòng)拓展學(xué)生探究深度以及利用教材及網(wǎng)絡(luò)資源拓展學(xué)生探究廣度。

關(guān)鍵詞：高中物理;探究式;策略研究

在我國全面培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的理念指引下，探究式學(xué)習(xí)就是一種很好的教學(xué)策略。探究式學(xué)習(xí)是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自愿地、主動(dòng)地探索，認(rèn)識(shí)和解決問題的過程。探究式學(xué)習(xí)有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。

然而在國內(nèi)，對(duì)于我國大多數(shù)中學(xué)物理教師來說，探究學(xué)習(xí)教學(xué)還處于探索階段。大多數(shù)學(xué)生在物理課堂上只能被動(dòng)地接受知識(shí)，學(xué)習(xí)方式是老師講、學(xué)生記，即使偶爾用到探究性學(xué)習(xí)，也只是流于形式。筆者任教于重點(diǎn)高中的國際部近十年的時(shí)間，在與大量外籍教師的研討、備課、聽課交流過程中，以及對(duì)外國教育文獻(xiàn)研究分析的過程中，對(duì)外國高中開展探究性教學(xué)的認(rèn)識(shí)不斷加深，認(rèn)為國外中學(xué)物理課堂推行探究學(xué)習(xí)的以下一些策略值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

一、美國高中物理探究式教學(xué)的特征

美國高中物理教師普遍認(rèn)為，探究性教學(xué)模式不僅可以較深入地達(dá)到對(duì)知識(shí)技能的理解與掌握，更有利于創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力的形成與發(fā)展，即有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，能否取得成就的關(guān)鍵是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位是否能得到比較充分的體現(xiàn)，同時(shí)還需要有教師方面的引導(dǎo)、幫助與支持。課堂教學(xué)實(shí)踐表明，探究性教學(xué)模式的成功實(shí)施涉及兩個(gè)方面，既要充分體現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，又要重視發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)作用。離開其中的任何一方，探究性學(xué)習(xí)都不可能有良好的效果?？梢姡爸鲗?dǎo)—主體相結(jié)合”是美國高中物理探究式教學(xué)的基本特征。

二、美國高中物理探究式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

首先，探究式教學(xué)有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。探究式教學(xué)以變“教我學(xué)”為“我會(huì)學(xué)”為目標(biāo)，它的教學(xué)理論建立在“學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，教師的職責(zé)是組織、幫助和指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)”的基礎(chǔ)之上。自主探究的學(xué)習(xí)模式，是將學(xué)生從“被動(dòng)接受知識(shí)的容器”轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)學(xué)習(xí)的探究者”的有效途徑。它以激發(fā)學(xué)生興趣為起點(diǎn)，以調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性為引導(dǎo)，以創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)空間為載體，以自主探究學(xué)習(xí)為核心，以培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力為目標(biāo)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主探究、自主體驗(yàn)、自我發(fā)現(xiàn)、自我選擇、自我教育。美國高中生在探究式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)會(huì)獲取新知識(shí)和新事物，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和知識(shí)遷移能力。探究式學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)是開放的，是自由的，必須通過自己的主動(dòng)探索，主動(dòng)去思考，主動(dòng)去搜集資料才能完成學(xué)習(xí)，所以它的學(xué)習(xí)是主動(dòng)的。

其次，探究式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作交流意識(shí)。美國高中物理的探究式教學(xué)通常不是一個(gè)人在學(xué)習(xí)，而是一個(gè)組、一個(gè)團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)。探究式教學(xué)老師以項(xiàng)目的形式或者小組團(tuán)隊(duì)形式讓學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探討。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，學(xué)生可以自由組合，每個(gè)人根據(jù)自己的興趣、愛好和特長在小組里面擔(dān)任一定的角色，完成一定的任務(wù)。過程中團(tuán)隊(duì)成員相互之間要互相分工，互相配合，關(guān)鍵還要相互之間進(jìn)行展示，把自己的學(xué)習(xí)心得、體會(huì)和觀點(diǎn)表達(dá)出來。因此通過探究式的學(xué)習(xí)，學(xué)生就提高了交流能力、展示能力、團(tuán)隊(duì)合作能力與領(lǐng)導(dǎo)組織能力。

最后，探究式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。個(gè)人的認(rèn)識(shí)都是有局限的，探究學(xué)習(xí)的過程中會(huì)不斷遇到困難并且尋求解決方案，批判性思維過程在這一過程中會(huì)幫助學(xué)生不斷進(jìn)行反省和自我完善。一個(gè)批判性思維者不僅僅是質(zhì)疑判斷，這是因?yàn)橘|(zhì)疑、判斷是為了尋求理由或確保正當(dāng)性，為我們的科學(xué)信念和行為進(jìn)行理性奠基。在探究性學(xué)習(xí)的過程中，美國高中物理教師引導(dǎo)學(xué)生批判性思維也是建設(shè)性的，這當(dāng)中更是包含了鼓勵(lì)性和創(chuàng)造性。

三、美國中學(xué)物理課堂探究式教學(xué)的實(shí)施

（一）美國物理教師利用課前導(dǎo)入環(huán)節(jié)引發(fā)學(xué)生的探究愿望

1.微課導(dǎo)入，提出探究問題

美國中學(xué)物理教學(xué)的課前設(shè)計(jì)，經(jīng)常會(huì)通過Blackboard系統(tǒng)，上傳一段5～8分鐘的微課視頻，提出探究的具體問題，創(chuàng)造真實(shí)完整的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在內(nèi)容上，突出解決一個(gè)問題，針對(duì)性強(qiáng)，內(nèi)容短小精悍，語言簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)練。在形式上，膾炙人口，具有一定的娛樂性，讓學(xué)生在輕松歡樂的氣氛中學(xué)習(xí)知識(shí)技能。

例如，在學(xué)習(xí)《大氣壓》一節(jié)中，美國教師拍攝了這樣一段視頻來啟發(fā)學(xué)生思考大氣壓的作用。教師先請(qǐng)一位學(xué)生用吸管吸飲料，然后提出問題：瓶子里的飲料是如何進(jìn)入口中的？學(xué)生自然會(huì)想到是吸進(jìn)去的。之后教師又拿出一個(gè)帶塞的裝滿飲料的玻璃瓶，邀請(qǐng)一位身材更加魁梧的男生來吸飲料，可是無論如何用力也吸不上來。最后教師又演示了用針筒把飲料通過吸管壓入口中。于是提出問題：水到底是如何進(jìn)入人的口中呢？大氣壓在當(dāng)中發(fā)揮了怎樣的作用呢。通過這樣影像素材能夠引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究的愿望，這無疑能夠更好、更直觀、更高效地提高教學(xué)質(zhì)量。

2.美國物理教材利用認(rèn)知沖突的導(dǎo)入為學(xué)生營造探究氛圍

例如，在進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的教學(xué)時(shí)，教師通過設(shè)計(jì)了一組對(duì)比問題，來引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。首先讓學(xué)生思考：翻滾過山車到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，如果把安全帶解開，此時(shí)乘客有沒有危險(xiǎn)？大部分學(xué)生回答道：“會(huì)有危險(xiǎn)，乘客也許會(huì)掉下來?！苯又蠋熇^續(xù)發(fā)問：如果是，把一個(gè)礦泉水瓶注滿水，讓他模擬翻滾過山車，做圓周運(yùn)動(dòng)，瓶中的水會(huì)不會(huì)流出來。學(xué)生回答道：“當(dāng)然會(huì)?！边@時(shí)老師并沒有急于指出學(xué)生的錯(cuò)誤，而是模擬了水流星的實(shí)驗(yàn)。于是學(xué)生就產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，發(fā)現(xiàn)基于自己生活經(jīng)驗(yàn)的推斷和實(shí)驗(yàn)事實(shí)是相背離的。通過這段利用認(rèn)知沖突的導(dǎo)入，學(xué)生一定會(huì)迫切想知道圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力到底是怎樣的一個(gè)物理量，它是如何改變物體的速度的，于是引發(fā)他們課堂探究的熱情，從而提高聽課效率。

（二）美國物理教師通過創(chuàng)建課堂活動(dòng)拓展學(xué)生探究深度

1.創(chuàng)設(shè)“發(fā)散式”問題情境，培養(yǎng)探究精神

“發(fā)散式”問題情境，即以某一知識(shí)點(diǎn)為中心，教師從不同方向、不同角度創(chuàng)設(shè)一些問題情境來激起疑義，深入對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，開發(fā)心理潛能。例如，課堂中讓學(xué)生自主探究彈簧振子周期的影響因素。這就為學(xué)生猜想和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供了廣闊的空間。課堂中有的學(xué)生猜想可能與彈簧振子的質(zhì)量有關(guān)，可能與彈簧的長度有關(guān)，可能與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P(guān)，可能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，可能與摩擦力相關(guān)，等等。猜想的內(nèi)容可以各不相同，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案也可以各不相同，這樣的研究過程就具有開放性，盡管各個(gè)學(xué)生的能力不同，但都在探究過程中使探究能力得到提高。

2.創(chuàng)設(shè)“合作式”教學(xué)情境，培養(yǎng)探究能力

小組合作學(xué)習(xí)已經(jīng)成為課堂教學(xué)中廣受歡迎的教學(xué)模式，不僅能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，而且能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐和合作能力，使學(xué)生得到全面提高和發(fā)展。

例如，在探究影響向心力大小的因素的物理實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)進(jìn)行很多的猜想，例如轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度、角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)的半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)的物體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)的周期等。這時(shí)如果讓每個(gè)學(xué)生完成對(duì)如此多不確定，物理量的探究會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間。通過有效的小組合作，每位小組成員可以重點(diǎn)研究1～2個(gè)物理量，對(duì)向心力大小的影響。并且還可以通過多次的重復(fù)測(cè)量，確保有效性和準(zhǔn)確性。最后小組成員再共同匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在討論和協(xié)作中完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過小組合作，既保證了教學(xué)任務(wù)的完成，大大提高了教學(xué)效率，又讓學(xué)生真正體驗(yàn)到合作的意義。同時(shí)，在學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)時(shí)，教師要注重自身參與，一方面能及時(shí)認(rèn)知學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，另一方面給學(xué)生一種潛在的期望，激勵(lì)學(xué)生積極討論、交流，提高合作的效率。

（三）美國物理教師課后利用教材及網(wǎng)絡(luò)資源拓展學(xué)生探究廣度

1.美國物理教材突出科學(xué)探究

美國中學(xué)主流物理教材Physics-Principles and Problems在“物理實(shí)驗(yàn)室”與“口袋實(shí)驗(yàn)室”等欄目的內(nèi)容設(shè)計(jì)中，充分體現(xiàn)出對(duì)學(xué)生探究思維能力的培養(yǎng)。例如，在第11章《聲》的研究過程中首先通過《起步實(shí)驗(yàn)》——玻璃杯發(fā)聲實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生提出一種方法，使得同一個(gè)玻璃杯發(fā)出不同的音調(diào)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出方法是否可行，并進(jìn)一步研究那些能產(chǎn)生高音調(diào)的玻璃杯有什么特殊的性質(zhì)。在本章之后的《物理實(shí)驗(yàn)室》板塊中，提出如何利用閉館共鳴器來求聲速。并通過該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行推論，一般來說第1個(gè)共鳴點(diǎn)出現(xiàn)在管長的1/4波長處，那么第2個(gè)、第3個(gè)共鳴點(diǎn)一般出現(xiàn)在何處呢？如果你有一根較長的管子，它是否有可能在另外一個(gè)位置發(fā)生共鳴呢？請(qǐng)學(xué)生解釋他們的答案，并且提出進(jìn)一步的探索，哪一種方法得到的聲速更為精準(zhǔn)？最后再把聲學(xué)中的知識(shí)與生活中的實(shí)踐相聯(lián)系，讓學(xué)生嘗試解釋管風(fēng)琴管子的尺寸與它的共鳴頻率之間的關(guān)系。在本章的《物理學(xué)前沿》板塊中，通過向?qū)W生提供一系列的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生進(jìn)一步探索，科學(xué)家是如何將由聲波引起的表面運(yùn)動(dòng)，從由太陽轉(zhuǎn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)中分離出來的。某一星球上的聲波與太陽上的類似，但規(guī)模不同，它是否具有與太陽上的聲波相同的波長。教材中幾乎在每一個(gè)章節(jié)中都提出了探究性的內(nèi)容供學(xué)生思考，充分體現(xiàn)出美國教材對(duì)于學(xué)生培養(yǎng)探究性思維的重視。

2.充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

探究式教學(xué)的課堂中，美國教師善于借助網(wǎng)絡(luò)的資源，讓學(xué)生來開展探究活動(dòng)，并獲得相關(guān)信息。在學(xué)習(xí)帕斯卡原理、阿基米德原理以及伯努利原理的過程中，教師要求學(xué)生通過自主查找網(wǎng)絡(luò)資源，了解在設(shè)計(jì)核潛艇時(shí)需要考慮哪些方面才能夠使它在海洋的各個(gè)深度上行動(dòng)自如。當(dāng)它在深海中前進(jìn)時(shí)，必須能夠經(jīng)得住多大的壓力和溫度。在學(xué)習(xí)物體隨溫度變化而發(fā)生的熱脹冷縮現(xiàn)象時(shí)，要求學(xué)生通過自己在網(wǎng)絡(luò)上查找資料，了解物體的受熱膨脹現(xiàn)象，對(duì)于建筑物道路、橋梁和機(jī)械的設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的影響。查找學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行自我準(zhǔn)備的過程，本身就是一個(gè)自我探索的過程，既培養(yǎng)了探究熱情，又鍛煉了探究的能力。

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編輯 魯翠紅