高中物理發(fā)現(xiàn)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)策略

黃李炮

摘 ? 要：發(fā)現(xiàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要方式。通過(guò)多留給學(xué)生發(fā)現(xiàn)的空間、多從實(shí)物實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律、多通過(guò)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活實(shí)踐逆向認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，多創(chuàng)設(shè)理論探究?jī)?yōu)化發(fā)現(xiàn)教學(xué)，鞏固和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)所需好奇心和求知欲。

關(guān)鍵詞：發(fā)現(xiàn);情境;探究

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)勵(lì)給物理學(xué)領(lǐng)域作出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，被普遍認(rèn)為是物理學(xué)領(lǐng)域取得的最高榮譽(yù)。從1901年至今120多年間的116次評(píng)選，221人次獲獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目74項(xiàng)被界定為“發(fā)現(xiàn)”、27項(xiàng)被界定為“發(fā)明”。這足以說(shuō)明“發(fā)現(xiàn)”在科學(xué)素養(yǎng)中的重要地位。新課程非常重視發(fā)現(xiàn)教學(xué)，2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)中29次提到“發(fā)現(xiàn)”。發(fā)現(xiàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要方式，教育家杜威認(rèn)為發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)是一種最佳的學(xué)習(xí)方式，認(rèn)知心理學(xué)家布魯納更進(jìn)一步提出了結(jié)構(gòu)——發(fā)現(xiàn)教學(xué)理論，布魯納認(rèn)為教師起著為學(xué)生創(chuàng)造探索情境的作用，學(xué)生是積極探究的主體。我們強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生是主體，讓學(xué)生親身參與獲得知識(shí)的過(guò)程，讓學(xué)生在探索中建立學(xué)科的知識(shí)體系或結(jié)構(gòu)，學(xué)生物理規(guī)律的探究發(fā)現(xiàn)需要教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題的可能答案作出假設(shè)，并根據(jù)問(wèn)題情境運(yùn)用已有知識(shí)制訂探究計(jì)劃，選擇符合情境要求的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取客觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析形成關(guān)于物理規(guī)律的結(jié)論[ 1 ]。下面從四個(gè)方面探討高中物理發(fā)現(xiàn)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)策略。

1 ?教學(xué)情境多留給學(xué)生發(fā)現(xiàn)的空間

我們的物理教材安排很多“實(shí)驗(yàn)與探究”，卻緊隨其后的是對(duì)現(xiàn)象介紹及層層深入的細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯瑢W(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)就先知道了現(xiàn)象和結(jié)論，根本沒(méi)有探究的余地。例如牛頓第二定律的教學(xué)高中各個(gè)版本的教材都是在實(shí)驗(yàn)探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系的基礎(chǔ)上，總結(jié)出牛頓第二定律，從實(shí)驗(yàn)到結(jié)論分析得無(wú)微不至。教材分析實(shí)驗(yàn)思路從“加速度與力”和“加速度與質(zhì)量”兩方面關(guān)系進(jìn)行研究;物體的質(zhì)量、所受的作用力和運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量;調(diào)試實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn);數(shù)據(jù)記錄表格、作圖像分析;直到結(jié)論“大量的實(shí)驗(yàn)和觀察到的事實(shí)”得出牛頓第二定律。教科書的編寫就怕寫得不夠完整，哪怕漏掉一點(diǎn)空白。課外書就更絕了，“教材全解”連課后習(xí)題答案比與教材配套的教師用書還詳細(xì)，更有“學(xué)霸筆記”把學(xué)生的筆記全部代勞。在這種情境下的學(xué)習(xí)，學(xué)生沒(méi)有了發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，也失去了發(fā)現(xiàn)的動(dòng)力。

課程開發(fā)可以給學(xué)生多留下一些空白，社會(huì)給師生多一些寬容，課外讀物少一些保姆全解。在早期教材編寫非常簡(jiǎn)陋，甚至沒(méi)有教材，學(xué)生勤于思考筆記，師生一起去探索發(fā)現(xiàn)，教學(xué)過(guò)程卻更具有探究性。如探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，無(wú)需滴水不漏地灌輸給學(xué)生全面的原理、過(guò)程和結(jié)論，可以讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)摩擦力對(duì)探究的影響，可以故意較大幅度增加槽碼的質(zhì)量，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)其重力與小車受到的拉力存在較大偏差。

2 ?多從實(shí)物實(shí)驗(yàn)去探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律

實(shí)驗(yàn)探究是發(fā)現(xiàn)教學(xué)的主陣地，盡量給學(xué)生提供實(shí)物實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)新事物的習(xí)慣和能力。如研究閉合電路歐姆定律，有的教材以滑滑梯等去類比理解內(nèi)外電路，有的教材通過(guò)分析閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化情況去推出電源電動(dòng)勢(shì)等于閉合電路中內(nèi)電壓和外電壓之和。教學(xué)情境設(shè)置應(yīng)該根據(jù)學(xué)生情況和教學(xué)內(nèi)容的需要。如果利用可調(diào)內(nèi)阻電池（如圖1）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，學(xué)生可以很直觀地觀察電池的結(jié)構(gòu)。首先引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)內(nèi)電路部分;接著指導(dǎo)學(xué)生畫出可調(diào)內(nèi)阻電池平面圖，認(rèn)清內(nèi)電路，連接外電路（如圖2），探索測(cè)量?jī)?nèi)電壓、外電壓的方案，讓學(xué)生試探去測(cè)量圖1中AB之間、CD之間、BD之間和AC之間的電壓;最后讓學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)分析去發(fā)現(xiàn)電源電動(dòng)勢(shì)等于閉合電路中內(nèi)電壓和外電壓之和。讓學(xué)生在操作過(guò)程中去發(fā)現(xiàn)向可調(diào)內(nèi)阻電池內(nèi)打氣（有的裝置是插入塑料板），通過(guò)改變電池內(nèi)電解液的橫截面積，從而可改變電池的內(nèi)阻，學(xué)生可以非常直觀地認(rèn)識(shí)閉合電路及相關(guān)關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)分析誤差的行為習(xí)慣和分析方法，探究怎樣盡量準(zhǔn)確地測(cè)內(nèi)電壓，探究發(fā)現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生區(qū)間的特征。

教學(xué)實(shí)踐中要因材施教，如研究閉合電路歐姆定律中實(shí)驗(yàn)儀器多、變量多、操作能力要求較高，對(duì)少數(shù)尖子生可以分組實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)普通的同學(xué)通過(guò)演示引導(dǎo)觀察效果會(huì)更好。

3 ?多通過(guò)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活實(shí)踐逆向發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律

科學(xué)探究與我們生產(chǎn)生活中的實(shí)際情境密不可分[ 2 ]。有新版《物理 選擇性必修第一冊(cè)》的“光的衍射”開篇就提出問(wèn)題：我們知道，波能夠繞過(guò)障礙物發(fā)生衍射。例如，聲音能夠繞過(guò)障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說(shuō)“光沿直線傳播”呢？[ 3 ]我們常常以為光的衍射、干涉現(xiàn)象日常難以觀察到，其實(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中還是可以找到光遇到障礙物時(shí)傳播方向改變的現(xiàn)象。有七齡童觀察到墻壁上釘子的影子“異?！钡囊苿?dòng)如圖3，并與家人討論這一現(xiàn)象。七齡童觀察到墻壁上釘子的影子“異常”的移動(dòng)，就是遇到障礙物時(shí)光的傳播方向改變的現(xiàn)象?，F(xiàn)實(shí)教學(xué)中缺少對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)所需好奇心的鞏固和培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生去觀察這些日常生活中的現(xiàn)象，可以有效地激發(fā)學(xué)生觀察生活的熱情。現(xiàn)實(shí)中的情境往往比較復(fù)雜，為了進(jìn)一步研究光的衍射、干涉現(xiàn)象，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里用長(zhǎng)長(zhǎng)的遮光筒來(lái)減少外界干擾，觀察單縫（孔）這一最簡(jiǎn)單情境中光的衍射現(xiàn)象。小孩對(duì)自然充滿好奇心，并積極去觀察發(fā)現(xiàn)，是當(dāng)前物理教學(xué)中最需要提升的科學(xué)素養(yǎng)。

教學(xué)盡量從現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活實(shí)踐出發(fā)，文革時(shí)期中學(xué)課本這一點(diǎn)很值得我們借鑒。如：通過(guò)電機(jī)去學(xué)習(xí)三相交流電的原理、星形和三角形接法的區(qū)別;通過(guò)柴油機(jī)，學(xué)習(xí)活塞、曲軸連桿、杠桿、輪軸，計(jì)算不同速度下的牽引力;通過(guò)水泵，學(xué)習(xí)壓力，壓強(qiáng)，大氣壓。切實(shí)可行的教學(xué)情境設(shè)置，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的意識(shí)和能力，通過(guò)引導(dǎo)優(yōu)化問(wèn)題，使得后續(xù)的探究有明確的目標(biāo)和內(nèi)容，是探究式教學(xué)的關(guān)鍵。例如在超重與失重的教學(xué)過(guò)程中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生坐電梯，讓一位同學(xué)平靜站在體重秤上，其他同學(xué)觀察體重秤的示數(shù)并拍攝記錄隨時(shí)間變化的情況。學(xué)生探究起來(lái)十分感興趣，引導(dǎo)學(xué)生去觀察、去發(fā)現(xiàn)在上樓和下樓過(guò)程中體重計(jì)的示數(shù)變化規(guī)律。這些第一手資料提供課堂探究，分析加速度的特點(diǎn)、分析樓高、分析上不同樓層電梯運(yùn)行規(guī)律，向?qū)I(yè)人員咨詢參數(shù)、查找資料，來(lái)源于自己生活的研究，令學(xué)生充滿了樂(lè)趣。

4 ?設(shè)置理論探究的情境去發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律

科學(xué)靠實(shí)驗(yàn)和理論兩條腿走路，探究一般有兩種途徑，一是實(shí)驗(yàn)探究，二是理論探究[ 4 ]。物理學(xué)史上有伽利略、法拉第等長(zhǎng)于實(shí)驗(yàn)探究，也有牛頓、愛(ài)因斯坦等善于理論研究，更有圍繞“伯松亮斑”科學(xué)論戰(zhàn)等經(jīng)典案例。學(xué)生也是部分適于實(shí)驗(yàn)探究，一些學(xué)生則善于邏輯推理。探究教學(xué)都是在邏輯推理和猜想基礎(chǔ)上進(jìn)行量化實(shí)驗(yàn)探究。從實(shí)踐中來(lái)到實(shí)踐中去，教學(xué)中不能一刀切地定下理論和實(shí)踐誰(shuí)先誰(shuí)后，教材及教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)該給教師以自由的空間，讓教師根據(jù)教學(xué)實(shí)際設(shè)置教學(xué)情境。如安培力公式去推導(dǎo)洛倫茲力的公式，有新教材建議沿這樣邏輯線索去思考：設(shè)置靜止導(dǎo)線模型，由此推算出粒子的電荷量與電流的關(guān)系;寫出這段導(dǎo)線所受的安培力公式;推導(dǎo)出每個(gè)粒子所受的洛倫茲力的公式。其實(shí)，最后公式大可留給課堂去總結(jié)，甚至邏輯線索都留給教師去因材施教，適當(dāng)留給學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律的空間。

習(xí)題教學(xué)是設(shè)置理論探究的情境去發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的廣闊天地。在習(xí)題教學(xué)中，對(duì)物理規(guī)律的內(nèi)在規(guī)律要多加“折騰”，以求得學(xué)生的融會(huì)貫通。如我國(guó)自行研制的大型客機(jī)C919首飛成功，假設(shè)飛機(jī)在水平跑道上由靜止開始的滑跑，勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移s=1.6×103 m時(shí)達(dá)到速度v=80 m/s，已知飛機(jī)質(zhì)量m=7.0×104 kg，滑跑時(shí)受到的阻力f=0.1 mg，取重力加速度g=10 m/s2，求飛機(jī)滑跑過(guò)程中受到的牽引力。我們先從動(dòng)力學(xué)入手去分析問(wèn)題，在飛機(jī)滑跑過(guò)程中

F-f=ma ………………①

2as=v2-0 ?……………②

教學(xué)中不急于代入數(shù)值計(jì)算，由①、②得

Fs-fs=mv2-0…………③

讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)③式就是動(dòng)能定理，這個(gè)解題過(guò)程就是動(dòng)能定理的推導(dǎo)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)這個(gè)題目可以從動(dòng)力學(xué)、動(dòng)能定理兩個(gè)方法去求解，而且兩種解法本質(zhì)是相通的。這樣通過(guò)習(xí)題的情境設(shè)置，不僅訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯推理能力，而且加深理解牛頓第二定律、動(dòng)能定理及他們的內(nèi)在聯(lián)系。

從教材編寫多留一些空白到課堂教學(xué)多給學(xué)生思考空間，放開學(xué)生的“手”和“思想”，讓學(xué)生的個(gè)性解放，強(qiáng)化面向真實(shí)的世界的勇氣和對(duì)大千世界的好奇心、求知欲，去發(fā)現(xiàn)更多的自然界奧秘。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書 物理 選擇性必修第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2020：98.

[4] 惠廣俊.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境 啟迪學(xué)生思維[J].物理教師，2019（12）：15.