探究性學(xué)習(xí)模式在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

馬懷美

(云南省昆明市尋甸縣民族中學(xué),云南 昆明 655299)

探究性學(xué)習(xí)模式是一種以學(xué)生為中心,讓學(xué)生在教師或多元化教學(xué)支架的引導(dǎo)驅(qū)動下主動圍繞某一問題、課題、項目以自主獨立或合作協(xié)作的方式進(jìn)行科學(xué)探究的學(xué)習(xí)模式.在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的今天,探究性學(xué)習(xí)模式以其突出的生本化優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用到數(shù)理化生等理科性質(zhì)較為突出的學(xué)科教學(xué)之中,并取得了事半功倍的成效.

1 參照學(xué)者探究方法,引領(lǐng)學(xué)生探究物理理論知識

理論是高中物理教學(xué)的重要組成,也是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)關(guān)鍵[1].因此,在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的高中物理教學(xué)中,將探究性學(xué)習(xí)模式與物理理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來至關(guān)重要.教師可在具體的理論教學(xué)實踐中,積極鼓勵學(xué)生效仿、模擬物理學(xué)家的科學(xué)探究方法展開實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)探究,一來將教材中結(jié)論式的物理原理轉(zhuǎn)化為過程式的物理知識,二來讓學(xué)生通過自主探究、邏輯推理對物理理論知識形成更為深刻的印象與記憶,進(jìn)而為其深度學(xué)習(xí)的實現(xiàn)與物理核心素養(yǎng)的發(fā)展夯實基礎(chǔ).

例如,在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人教版必修第一冊“自由落體運(yùn)動”一課中自由落體運(yùn)動規(guī)律時,教師便可利用微課技術(shù)為學(xué)生呈現(xiàn)著名物理學(xué)家伽利略在比薩斜塔做自由落體運(yùn)動實驗的物理歷史故事,以鮮活生動的物理學(xué)家軼事調(diào)動激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生物理課堂的參與度.之后,教師以此為切入點,在課堂中為學(xué)生還原伽利略自由落體運(yùn)動實驗:讓兩個大小不一的紙團(tuán)在同一高度落下,并在下落紙團(tuán)前向?qū)W生提問:“同學(xué)們,你們認(rèn)為那個紙團(tuán)會最先落地?”激活學(xué)生的思維,引發(fā)學(xué)生對自由落體運(yùn)動的熱議,為學(xué)生物理理論知識探究活動的展開做好準(zhǔn)備.

在學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望被物理學(xué)家故事、物理演示實驗充分調(diào)動激活后,教師便可基于對學(xué)生學(xué)習(xí)水平、能力的把握將學(xué)生劃分為若干個物理探究學(xué)習(xí)小組,讓學(xué)生效仿伽利略的科學(xué)探究、邏輯推理過程展開如下物理探究:

第一,將一張草稿紙與一塊橡皮在同一高度上同時下落,猜測哪個更快落地;將草稿紙揉成很緊的紙團(tuán),重復(fù)第一步操作,觀察紙團(tuán)與橡皮下落的速度是否有變化,對自由落體運(yùn)動中輕物與重物下落情況作出邏輯推理.

第二,基于邏輯推理嘗試描述自由落體運(yùn)動概念,預(yù)測自由落體運(yùn)動屬于加速運(yùn)動、減速運(yùn)動抑或是勻速運(yùn)動,并圍繞紙團(tuán)、橡皮下落的實驗現(xiàn)象,對自由落體運(yùn)動中物體加速度變化情況展開有理有據(jù)的科學(xué)猜想與探究假設(shè).

第三,根據(jù)所提出的猜想假設(shè)用如圖(圖1)所示的實驗裝置研究自由落體運(yùn)動的規(guī)律.

圖1 研究自由落體運(yùn)動規(guī)律的實驗裝置圖

首先,將打點計時器固定在鐵架臺上;其次,將一端系有重物的紙帶穿過打點計時器;再次,用手握住紙帶的上端,啟動打點計時器,松手讓系有重物的紙帶自由下落.多次更換紙帶一端重物質(zhì)量,進(jìn)行多次實驗;最后,運(yùn)用已知的小車運(yùn)動研究經(jīng)驗,自主繪制實驗數(shù)據(jù)表格,計算重物的加速度.

第四,總結(jié)歸納實驗探究結(jié)論,類比推理勻變速直線運(yùn)動的基本公式及其推論,得出自由落體運(yùn)動中速度、位移與時間的關(guān)系式.

在這一過程中,學(xué)生不但親身經(jīng)歷了伽利略的科學(xué)探究過程,體會到了物理學(xué)家進(jìn)行物理研究的科學(xué)思維方式與科學(xué)研究方法,得到了思維能力的有效提升,其在以小組合作的方式展開物理探究活動的過程中,對自由落體運(yùn)動的概念、相關(guān)公式等物理理論知識也會形成相較于以往更為深刻的認(rèn)識[2].這不僅有效驅(qū)動了學(xué)生被動接受式學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)化,同時也為學(xué)生高效物理學(xué)習(xí)的實現(xiàn)與物理學(xué)習(xí)品質(zhì)的良好形成夯實了基礎(chǔ).

2 構(gòu)建立體實驗情境,驅(qū)動學(xué)生展開物理探究實驗

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)、以研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、物體相互作用關(guān)系與物體運(yùn)動規(guī)律為主要內(nèi)容的基本自然科學(xué)[3].因此,在核心素養(yǎng)視域下應(yīng)用探究性學(xué)習(xí)模式對高中物理教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化時,教師就不能夠?qū)⒔虒W(xué)眼光僅局限在理論教學(xué)層面,而是要通過積極創(chuàng)設(shè)立體真實物理實驗情境的方式引導(dǎo)學(xué)生展開探究性物理實驗,以此來驅(qū)動學(xué)生展開更深層次的物理探究學(xué)習(xí),使其通過深入探究,得到科學(xué)思維能力的進(jìn)階與物理學(xué)習(xí)品質(zhì)的提升.

例如,在教學(xué)人教版必修第二冊教材《圓周運(yùn)動》章節(jié)內(nèi)容后,教師便可從物理學(xué)科與學(xué)生現(xiàn)實生活之間的關(guān)聯(lián)性出發(fā),利用多媒體電教設(shè)備為學(xué)生呈現(xiàn)與人們習(xí)慣動作有關(guān)的圖像影像.如人在洗手后的甩手動作、人閱讀紙質(zhì)書籍時的翻頁動作等,以此來為學(xué)生創(chuàng)設(shè)立體形象的教學(xué)情境,以問題“人在洗手后通常會通過甩手將手上的水珠甩掉,人的甩手動作是怎樣的?甩手動作中蘊(yùn)含著怎樣的物理原理?”驅(qū)動學(xué)生圍繞這一生活現(xiàn)象展開思考與探究,并為學(xué)生提供人甩手動作的軌跡圖與甩手動作過程的分析圖(圖2),讓學(xué)生以小組合作的形式結(jié)合圖示自主提出與之相關(guān)的物理猜想,并展開探究性物理實驗活動:

圖2 甩手動作過程的分析圖

首先,人甩手動作的運(yùn)動模型分析.人在甩手時需綜合運(yùn)用上臂、前臂、手掌三個部分.從運(yùn)動分析的角度來看,在進(jìn)行甩手動作的過程中,上臂r1以肩關(guān)節(jié)O1為轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動,肘關(guān)節(jié)O2以肩關(guān)節(jié)O1為圓心做圓周運(yùn)動;腕關(guān)節(jié)O3是以肘關(guān)節(jié)O2為圓心,前臂r2為半徑的圓周運(yùn)動;手指上水滴P則是以腕關(guān)節(jié)O3為圓心、手掌r3為半徑的圓周運(yùn)動.與此同時,水滴P在繞腕關(guān)節(jié)O3做圓周運(yùn)動的同時,還疊加了腕關(guān)節(jié)O3相對肘關(guān)節(jié)O2的運(yùn)動與肘關(guān)節(jié)O2相對肩關(guān)節(jié)O1的相對運(yùn)動.因此,水滴P的線速度較大,并且由于水滴P繞腕關(guān)節(jié)O3做圓周運(yùn)動的半徑r3相對較小.所以,根據(jù)向心力公式Fn=mω2r、an=ω2r可知,如果想要通過甩手動作將手上的水滴P甩掉,需要相對較大的向心力,才能夠使水滴做離心運(yùn)動,徹底飛離手指.

再次,檢驗分析實驗數(shù)據(jù).用智能手機(jī)的加速度傳感器驗證本次探究性物理實驗數(shù)據(jù)的可信性與準(zhǔn)確性.

最后,總結(jié)歸納探究實驗結(jié)論.人甩手動作中包含了運(yùn)動的合成、圓周運(yùn)動兩個物理原理.一方面,在運(yùn)動的合成中涵蓋了手指對手腕、手腕對前臂以及前臂對上臂三個運(yùn)動,這三個運(yùn)動的疊加讓人在做甩手動作時指尖最后獲得了最大瞬時速度;另一方面,在圓周運(yùn)動中,則是在手臂最后運(yùn)動的一刻,指尖以腕關(guān)節(jié)為圓心做圓周運(yùn)動.并且由于半徑,即手掌相對較小,指尖在此刻產(chǎn)生了巨大的向心加速度,最大可達(dá)到重力加速度的25倍.但水滴之間的相互作用力無法滿足這一運(yùn)動的受力需求,所以人在進(jìn)行甩手動作時可輕易地將手上的水滴甩掉.

在學(xué)生圍繞“人甩手動作”這一常見習(xí)慣動作展開充分、深入的物理實驗探究后,教師便可鼓勵各個探究學(xué)習(xí)小組表達(dá)與交流在本次探究性物理實驗活動中所的收獲,從而在有效深化學(xué)生物理實驗探究感悟、鍛煉學(xué)生物理探究能力的同時,讓學(xué)生更為深刻地感知與體會到物理學(xué)科與現(xiàn)實生活之間所存在的緊密關(guān)聯(lián),進(jìn)而生成主動運(yùn)用物理知識、物理方法造福人類、建設(shè)文明社會的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任,得到物理核心素養(yǎng)的穩(wěn)定發(fā)展[4].

3 發(fā)揮小組學(xué)習(xí)優(yōu)勢,促進(jìn)學(xué)生合作探究解題過程

運(yùn)用物理知識解決相關(guān)物理問題,不僅是高中物理教學(xué)的重難點,同樣也是造成多數(shù)高中生出現(xiàn)物理厭學(xué)、畏難等消極學(xué)習(xí)情緒的主要原因.這是因為物理解題不但全面考查學(xué)生對物理知識的掌握程度,同時也檢驗學(xué)生的思維能力發(fā)展水平與學(xué)以致用能力[5].因此,為在核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)中更好促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)心態(tài)的轉(zhuǎn)化,全面推進(jìn)“以人為本”理念的落地,教師便可將小組合作學(xué)習(xí)模式與探究性學(xué)習(xí)模式有機(jī)銜接起來,讓學(xué)生通過對問題的合作思考、共同研討得到解題思路的清晰與解題方法的明確,進(jìn)而實現(xiàn)高效物理解題,得到物理核心素養(yǎng)的提升發(fā)展.在合作探究物理問題的過程中,學(xué)生不僅能夠得到解題思路的開闊發(fā)散,其在小組合作中交換彼此解題思路與想法時,對物理規(guī)律的應(yīng)用及價值也會有更深刻的理解.

總而言之,物理是一門實踐性、邏輯性與綜合性相對較為突出的學(xué)科,也是一門與學(xué)生現(xiàn)實生活、社會發(fā)展、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著密切聯(lián)系的自然科學(xué).在核心素養(yǎng)視域下的高中物理教學(xué)中,將探究性學(xué)習(xí)模式與物理理論教學(xué)、物理實驗教學(xué)以及物理解題教學(xué)進(jìn)行密切融合,不但是轉(zhuǎn)化學(xué)生被動接受物理學(xué)習(xí)狀態(tài),提升高中物理教學(xué)有效性的可行路徑,同時也是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)、落實立德樹人根本教育任務(wù)的有效舉措.