高中物理探究式實驗教學(xué)問題分析及優(yōu)化策略

姚遠

伴隨著課程改革的不斷深入，探究式教學(xué)成為備受一線教師關(guān)注的教學(xué)方式。實驗作為高中物理教學(xué)的重要組成部分，也是教師開展物理教學(xué)的主要手段。將探究式教學(xué)方式與物理實驗教學(xué)進行有機結(jié)合，形成了探究式實驗教學(xué)模式，將其運用在高中物理教學(xué)過程中，有助于激發(fā)高中生的物理學(xué)習(xí)熱情，促使學(xué)生在探究式的實驗學(xué)習(xí)中經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、分析、討論、解決等全過程，在一定程度上鍛煉了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力。但在探究式實驗教學(xué)的實踐運用中仍然存在一些問題，影響了高中物理教學(xué)整體質(zhì)量的提升，需要教師予以重視，并找到有效的優(yōu)化方案，掌握科學(xué)的教學(xué)策略。基于此，本文以高中物理教學(xué)為例，主要就探究式實驗教學(xué)存在的問題及其優(yōu)化策略進行以下幾點分析。

一、高中物理探究式實驗教學(xué)存在的問題

（一）學(xué)生的探究思維受限

在探究式實驗活動的開展中，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生無法及時地發(fā)現(xiàn)問題并提出問題，這就是學(xué)生思維模式發(fā)展不足的體現(xiàn)。導(dǎo)致這一問題出現(xiàn)的原因有兩點：第一，學(xué)生自身缺乏提問意識。一部分學(xué)生在物理實驗學(xué)習(xí)中探究學(xué)習(xí)目標(biāo)模糊，存在思維惰性，認為教師教的以及書本上寫的都是絕對正確的，因此抱著一味接受的學(xué)習(xí)態(tài)度，幾乎不會在課堂中主動地發(fā)問，缺乏自主探究的意識，養(yǎng)成了被動吸收的學(xué)習(xí)習(xí)慣，不利于學(xué)生探究學(xué)習(xí)思維意識的形成；第二，教師采取的教學(xué)指導(dǎo)方法不當(dāng)。雖然教師在高中物理課中組織了探究式的實驗活動，但是并未真正地放手讓學(xué)生自主、獨立、合作探究，而是一步一步地指導(dǎo)學(xué)生按部就班地完成物理實驗操作流程，流于形式的探究式實驗教學(xué)會讓其教學(xué)效果大打折扣。學(xué)生的探究思維被束縛，缺乏真正意義上的探究學(xué)習(xí)空間，從而導(dǎo)致學(xué)生對物理實驗探究的興趣不高，問題思考不夠深入。

（二）無法正確地猜想與假設(shè)

在探究式的實驗教學(xué)中，許多學(xué)生在具體的實驗探究中不具備根據(jù)實驗問題做出準(zhǔn)確猜想與假設(shè)的能力。同時在教師沒有提醒或要求的情況下，絕大多數(shù)學(xué)生不會主動地提出實驗猜想與實驗假設(shè)。高中生在物理探究式實驗的學(xué)習(xí)中無法正確做出猜想與假設(shè)的原因主要是學(xué)生缺乏自主思考的意識，未能形成發(fā)散性思維。同時還受到學(xué)習(xí)環(huán)境的影響，如教師創(chuàng)設(shè)的問題情境不當(dāng)，課堂氛圍沉悶等，難以激發(fā)學(xué)生猜想與假設(shè)的興趣。學(xué)生在探究式實驗中接收的信息不足以支撐起猜想與假設(shè)等，阻礙了物理探究式實驗的順利開展。

（三）缺少實驗操作的規(guī)范性

在物理實驗中獲取的實驗數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，直接影響著實驗的最終效果與結(jié)果。只有實驗操作者掌握了正確、規(guī)范的操作流程與操作方法，才能夠保證實驗數(shù)據(jù)的收集是可靠的。但是在高中物理教學(xué)過程中，因為許多學(xué)生的實驗操作不規(guī)范，對于物理實驗操作技能的掌握不牢固等問題的存在，會經(jīng)常出現(xiàn)實驗操作上的失誤，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)失真，最終的實驗結(jié)果不理想。

（四）分析、論證等環(huán)節(jié)的教學(xué)實施困難

在以往的高中物理課堂中，大部分教師會更為重視實驗探究的過程，而忽視了對實驗分析、論證等環(huán)節(jié)指導(dǎo)的重要性，只是簡單地對學(xué)生的實驗結(jié)果進行分析，并未進一步地深入引導(dǎo)學(xué)生分析實驗誤差產(chǎn)生的原因，得出的結(jié)論是否具備科學(xué)性。究其原因在于探究式實驗本身需要耗費較多的時間，而課堂時間是有限的，教師在組織了探究式物理實驗活動之后，剩余的可供教師利用的時間不充足，教師無法及時地完成對探究式實驗的分析、論證任務(wù)，一般會將其作為課后學(xué)習(xí)任務(wù)執(zhí)行。但是讓學(xué)生在課后執(zhí)行分析論證任務(wù)收獲到的效果又不理想，這是困擾眾多教師的難題。

二、高中物理探究式實驗教學(xué)的優(yōu)化策略

（一）在探究式實驗中提出合適問題

在新課改不斷推進的背景下，高中物理教師的教學(xué)方式與方法也隨之發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再局限于傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法，試圖將探究式實驗教學(xué)模式融入物理課的各個模塊之中。想要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要高中物理教師充分地掌握學(xué)情，能夠創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，引發(fā)學(xué)生樹立問題意識，鍛煉提問能力，能夠在物理實驗的探究中提出科學(xué)、合理的問題。從某一角度分析，當(dāng)學(xué)生能夠在探究式實驗中提出合適的問題時，證明了學(xué)生的思維活躍性較高，學(xué)習(xí)積極性高漲，為探究式實驗活動的順利開展奠定了基礎(chǔ)。

如在“相互作用力”的章節(jié)學(xué)習(xí)時，教師可以采取情境創(chuàng)設(shè)的方式，促進學(xué)生提出合適的探究問題。以生活中人們經(jīng)常會做的“擊掌”動作為例，組織“擊掌”游戲，并結(jié)合“擊掌”游戲創(chuàng)設(shè)情境，教師：“請學(xué)生們嘗試用不同的力度擊掌，說一說每一次擊掌時，手的感覺是怎么樣？”學(xué)生們不約而同地說：“手會疼，而且擊掌的力度越大兩只手越疼?！苯處煟骸坝纱四阆氲搅耸裁磫栴}嗎？請你提出來與同學(xué)們一起討論?！睂W(xué)生A：“擊掌時，一個手不動，另一種手發(fā)力，為什么兩只手都會疼？”學(xué)生B：“擊掌為什么會感覺到疼呢？” “作用力的大小與哪些因素有關(guān)？”通過貼近生活的情境創(chuàng)設(shè)，可以快速地吸引學(xué)生的注意力，并且在實踐的實驗探究中獲得了更為真切的學(xué)習(xí)體驗，能夠促使學(xué)生主動地思考，進而提出與探究式實驗高度相關(guān)的問題。又如在“電容器”的教學(xué)中，讓學(xué)生清晰地掌握電容的概念是教學(xué)的難點，主要是學(xué)生無法將了解到的生活現(xiàn)象與熟悉的物理現(xiàn)象進行類比的推理，那么，在這節(jié)課的教學(xué)中教師可以利用類比法創(chuàng)設(shè)情境，促使學(xué)生提出合適的實驗探究問題。例如首先教師重述了水容器灌水的現(xiàn)象，讓學(xué)生思考在向容器中持續(xù)注入水的時候，水面高度與水量之間存在怎樣的變化關(guān)系？二者之間的比值變化是怎樣的？引導(dǎo)學(xué)生在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中從水容器灌水的現(xiàn)象分析為思維起點，類比推理電容器儲存電荷現(xiàn)象，并由此提出合適的問題。這樣不僅可以鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維與類比推理思維，也有助于學(xué)生對探究式實驗的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，促進學(xué)生更好地掌握電容的概念。

（二）在探究式實驗中敢于提出猜想與假設(shè)

猜想與假設(shè)的提出是學(xué)生探究科學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)，其主要是指學(xué)習(xí)者能夠在科學(xué)實驗的探索中根據(jù)已有經(jīng)驗，結(jié)合具體的實驗內(nèi)容，猜想問題可能的答案，排除錯誤的猜想，讓自己提出的猜想更加地合理、準(zhǔn)確。針對當(dāng)前高中生在探究式物理實驗中不能做出正確猜想與假設(shè)的問題，需要教師予以指導(dǎo)，促使學(xué)生有興趣提出猜想與假設(shè)，敢于提出合理的猜想與假設(shè)，并由此獲得實驗猜想與假設(shè)能力的提升。

如在“牛頓定律”的實驗教學(xué)中，教師所組織的探究式實驗過程為：當(dāng)小車從靜止?fàn)顟B(tài)在斜面上向下滑動時，若平面比較粗糙，測量小車滑行的距離是多少，若平面相對光滑，小車滑行的距離相較于之前是否有變化，通過兩次的實驗探究引發(fā)學(xué)生對本次實驗的猜想與假設(shè)。例如有的學(xué)生提出的猜想與假設(shè)是：“小車滑動的平面越光滑，其滑行的距離就越遠；若小車運動的接觸面足夠光滑，小車會持續(xù)做勻速運動”。在這個過程中，教師通過探究式實驗組織的方式，喚醒了學(xué)生的生活經(jīng)驗，在教師的引導(dǎo)下根據(jù)自己的生活經(jīng)驗與直覺，提出了實驗的猜想與假設(shè)。又如，在“電勢能”的一課教學(xué)中，需要學(xué)生通過探究式實驗活動進一步研究電場力做功與電勢能之間的關(guān)系，能夠根據(jù)電勢能的物理表達式對實驗做出合理的猜想與假設(shè)。那么，此時教師可以使用類比聯(lián)想的方式，引發(fā)學(xué)生對“平方反比”的概念的猜想，并提出實驗假設(shè)，可以使學(xué)生的物理實驗探究更加的快捷。

（三）正確操作實驗儀器與收集實驗數(shù)據(jù)

在提出實驗假設(shè)與猜想之后，需要學(xué)生加以驗證，在探究式實驗教學(xué)中最好的驗證方法就是學(xué)生操作實驗設(shè)備，完整實驗探索的過程，并以收集到的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)作為“證據(jù)”，證實猜想與假設(shè)是否正確。在探究式的實驗操作過程中國，需要教師堅持以學(xué)生為主體的原則，能夠給學(xué)生提供更多自主探究的空間，但絕不是教師的毫不參與，而是在發(fā)現(xiàn)學(xué)生出現(xiàn)操作上的失誤等問題時，能夠及時地發(fā)現(xiàn)，并在恰當(dāng)?shù)臅r機糾正，從而讓學(xué)生掌握物理實驗的正確方法，提升學(xué)生的實驗操作規(guī)范性，提升記錄與收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保障實驗數(shù)據(jù)的實效性，為實驗結(jié)論的總結(jié)做好鋪墊。

以“探究最大靜摩擦力”的探究式實驗教學(xué)為例，首先，在具體的實驗探究過程中，需要學(xué)生完整實驗儀器的安裝工作。若是學(xué)生已經(jīng)掌握了實驗儀器的安裝方法可以選擇直接安裝；若是未掌握實驗安裝的方法，可以選擇查閱書籍或者與同學(xué)討論等方式，以保障各個實驗安裝的規(guī)范性。在實驗器材安裝完整之后，需要學(xué)生利用注射器在塑料杯中注水，當(dāng)0.5N的摩擦塊被塑料杯帶來的拉力拉動后，迅速停止注水，利用靜力傳感器記錄此時的數(shù)據(jù)，將拉力最大值標(biāo)記為T1。其次，在摩擦塊上面繼續(xù)放置一塊0.5N的重物，將其放置在首次實驗的位置，此時摩擦塊與重物的重量達到了1N。重復(fù)上述實驗過程，并記錄數(shù)據(jù)，在拉力最大值處標(biāo)記T2。繼續(xù)添加一塊0.5N的重物，重復(fù)上述操作，在拉力最大值處標(biāo)記T3。最后，利用二力平衡的知識，確定T1、T2、T3的數(shù)據(jù)和。在實驗探究過程中需要學(xué)生注入一定量的水，因此需要學(xué)生注意數(shù)字傳感器上顯示的數(shù)值變化情況，并且及時地將變化的數(shù)據(jù)記錄下來，認識到拉力最大值就是最大摩擦力。教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生利用表格整理數(shù)據(jù)，讓整個實驗的數(shù)據(jù)變得更加清晰，有助于學(xué)生在數(shù)據(jù)信息的觀察與分析中，掌握最大靜摩擦力與正壓力數(shù)值之間的關(guān)系。

（四）在分析與論證中總結(jié)實驗結(jié)論

在對物理實驗的探究過程中，會產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)信息，部分學(xué)生雖然清晰地記錄與整理了這些信息，但是卻缺乏對這些實驗數(shù)據(jù)的分析與論證，因此導(dǎo)致一直處于淺顯的物理實驗探究學(xué)習(xí)狀態(tài)，不能夠從探究式實驗學(xué)習(xí)活動的參與中進一步地挖掘出其中隱藏的物理規(guī)律，無法發(fā)現(xiàn)其中的本質(zhì)屬性。為了實現(xiàn)深入的物理探究式實驗學(xué)習(xí)，需要教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生在探究式實驗的數(shù)據(jù)整理之后，能夠?qū)?shù)據(jù)信息進行分析與論證，剖析出其中的隱含內(nèi)容，從而得出探究式實驗的結(jié)論，提升學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的加工與應(yīng)用能力，促進學(xué)生更好地理解物理知識與物理定律。

如在“探究彈簧彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗教學(xué)中，學(xué)生通過實驗的探究得到了大量的數(shù)據(jù)信息，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進行加工與分析，能夠利用數(shù)據(jù)解釋二者之間存在著什么樣的關(guān)系，做到有理有據(jù)地總結(jié)與表達，這樣可以增加學(xué)生對二者之間為什么存在正比例關(guān)系的理解程度，加深對物理知識點的理解與掌握，強化了學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。又如，在“功和速度變化”的探究實驗中，學(xué)生們通過橡皮筋拉動小車的實驗探究活動，可以發(fā)現(xiàn)橡皮筋對物體做功的變化，思考小車速度的變化以及原因，進而推導(dǎo)出結(jié)論。在利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的能量守恒定律、轉(zhuǎn)化定律推導(dǎo)驗證動能原理，促使學(xué)生在推理與論證中，獲得邏輯思維能力的鍛煉，學(xué)會在實驗探究、觀察、數(shù)據(jù)記錄之后，能夠總結(jié)出實驗中蘊含的物理學(xué)知識，帶領(lǐng)學(xué)生從淺層學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)。

總之，探究式實驗在高中物理教學(xué)中的運用對于高中生的科學(xué)探究能力發(fā)展有著重要的作用，能夠促進高中生的物理實驗?zāi)芰μ嵘枰處熂哟髮μ骄渴綄嶒灥难芯苛Χ?，找到影響探究式實驗教學(xué)提升的原因，并制定針對性的改善措施，最大限度地發(fā)揮探究式實驗教學(xué)的功能，促進高中物理實驗教學(xué)水平的提升。