探究性教学设计方式阐述

①设计课题阶段首先就是选题，选择的课题一般以生活或研究中出现的现象为主．这个现象最好是常见的，有趣的，现有理论可解释或推导的，用于解释的理论是教学内容，解答课题中用到的研究思想、科学方法是教学要求讲授的内容，同时选取的课题也要兼顾到各学校教学条件，是实验室可再现或者模拟的现象，尽量不要选取纯理论结果为课题，这样的目标不适用于基础课的教学．趣味性是一个大原则，这样能激发学生的好奇心与学习积极性．例如，实例“视觉错觉”教学的目的是告诉学生客观数据才是判断实验现象的惟一依据，培养学生实事求是的研究作风．同时作为探究性教学的第一课，引导学生掌握研究问题的基本模式及方法．课题选定后要针对题目设计一系列的要求及问题，作用是引导学生的研究思路．例如，“视觉错觉”的课题如果不设计对错觉现象进行分类比较的问题，由于视觉错觉引起原因不同，图例太多，学生就会陷入无法找出研究方向的混乱中．

②理论及实验探索阶段就是把学习过程模拟成科学研究．学生自主查找分析资料，对现象进行解释，按给定的题目完成理论解释，设计实验方案并进行实验，在完成引导性题目的过程中，新的想法可附加到课题的计划中并完成，最终形成报告．这一部分是整个学习过程的核心，探究性教学的意图都在这个部分实现．资料靠学生自己查找学习，在知识学习基础上对问题的解答、实验创新都是学生在研究过程中实现的．比如“孔明灯”课题与之类似的热气球理论、实践都有了，创造点就是能对理论进行合理的类推、整合、简化．教师的原则就是不干预学生的主动学习过程，只是进行引导，无论学生的创意想法是怎么样的，教师只提出方向性建议，不干预学生的思路．如果引导得当，就会有较多意想不到的创新，比如在声波实验中，有学生查到外国学生利用声波反射信号探测西瓜的成熟程度，其后学生利用音叉的共振现象，制作了一个能检测西瓜成熟程度的“西瓜音叉”．这样有创造性的例子教师也能受到很多启发，课题中有不少完善和附加的研究问题，都是同学们在学习研究中提出来的．

③讨论阶段对于学生来说是一个锻炼机会，要把一个研究课题从头至尾表述清楚，而且要突出自己的侧重点和思考，还要面对同学来答疑，对于学生的逻辑能力、表述能力、判断能力都有较大的锻炼．教师在这个阶段主要的作用只是把握讨论的节奏，并对某些问题表述自己的见解，但不充当最终裁决者的角色．一般在讨论过程中学生会互相启发，可根据教学进度，再次进行理论与实验的完善．

④最后，撰写的总结报告一般为两个部分，一部分是与课题知识相关的内容、实验及拓展，包括查找的资料，理论的解答及设计的实验及结果，对于类似问题的延伸和应用．另一部分是学生对这个课题研究过程中思想、方法、技巧甚至心情等的认识表述．在完成报告后，最后教师要针对学生学习的知识和方法做一个详细讲解，并点评各小组的完成情况及其中值得借鉴学习的地方［1～3］．

探究性教学实例针对探究性教学的原则以及上述提出的教学步骤，给出几个探究性试验的实例．

实例一“视觉错觉”．选题目的：使学生了解探究性学习的基本步骤，通过课题加深对于客观测量的认识，讨论主观感知与客观存在的关系．教学内容：（1）通过多媒体给学生展示图1的两幅图片，由学生自由判断3条曲线曲率是否相同，正方形每条边是否弯曲，然后用圆规、直尺现场判断，得出结论：3条曲线斜率一样，正方形每条线是直的．提问：这是什么现象？为什么？（2）要求学生用一周时间，每小组给出视觉错觉的定义及涵盖内容，找出各种解释的理论依据，并找到尽可能多的视觉错觉图片，分类整理，分类标准可以参考文献，也可自己定义．每种类型错觉挑出3幅典型图片，解释错觉出现在什么地方？怎么证明是错觉？为什么会出现错觉？形成报告与幻灯片．（3）每组展示自己的分类与图片，并讲解视觉错觉的原因与讨论实际应用（有的学生找出了听觉错觉）．（4）概述总结自己怎么搜集资料、怎么分类、怎么设计验证错觉的实验，按什么逻辑格式完成总结．讨论能不能眼见为实，具体到科学研究的问题上呢？讨论主观与客观的关系（有的学生提问客观测量有没有错觉）．（5）教师讲解科研的基本步骤，阐述客观测量才是实验依据的意义．

实例二〈伽耳顿板〉．选题目的：直观理解大量偶然事件的统计规律和涨落现象，使学生了解统计规律，为统计物理学的学习做准备．增强学生动手能力，每个人自制伽耳顿板，改变钉子的排列，用理论推导实验曲线，讨论理论与实验的关系．教学内容：（1）用多媒体展示弹珠游戏，分析游戏的编程机制，并展示游戏的原型———伽耳顿板．（2）用一周时间，按图示做出板子（有人用不同的材料做，最简便的是牙签加纸板），比较图2（a）和图2（b）中钢珠落下堆积形成的形状是相同还是不同，有什么不同？在图示两种板子的基础上，至少再做出一种钉子排列不同的板子，每种板型分别做10次以上重复实验，描出相应钢球下落形成的曲线，查找资料表述伽耳顿板的数学理论，尝试用数学推导解释不同钉子排布形成的图形，形成报告与幻灯片．（3）各小组展示板子及其相应的堆积曲线和数学表述，讨论理论与实验的联系．（4）讨论随机性与概率性，例举实际应用的例子，试图找出其他常见的数学实验．（5）教师讲解统计规律与涨落原理及其在物理上的运用，并讨论理论与实验的关系以及科学从生活中来的观念。

实例三〈声波的形状及速度测量〉．选题目的：直观观测音色频率等声音指标，综合学习运用并改造已有实验设备，加强学生解决实际问题的能力，改变实验教学模式．值得一提的是在这个课题中，学生查到外国学生利用声波反射信号探测西瓜的成熟程度，其后学生利用音叉的共振现象，制作了一个能检测西瓜成熟的“西瓜音叉”［5］．教学内容：（1）用多媒体展示人声及乐器信号的波形图．（2）用一周时间，用现有设备展示不同声音信号，并比较不同信号，如男女同学说同一句话比较声音信号的区别；不同地域同学用方言说同一句话比较声音信号的区别；不同乐器演奏同一曲目比较声音信号区别，解释声波为什么各有不同？用什么物理参量表征？设计实验展示声音信号的各个物理指标．总结声音各个参数的意义，并用软件合成一些简单声音．在完成以上问题后，设计实验测量声速．形成报告与幻灯片．（3）解释声波的各个物理指标，并用实验得到的数据及图示展示各个指标在现实中如何体现，讨论测声速的实验方案的可行性及准确性．（4）讨论电子合成声波的应用，展示学生收集的各种对于声波的运用．（5）教师讲解声波知识及相应的示波器、碳棒等仪器的使用，讨论声学在日常和工程中的应用．

实例四“孔明灯”．选题目的：孔明灯常见，有趣，所用理论知识较简单，但存在把实际问题模型化数学化的问题，树立学生建模的基本思想并进行定量分析、优化，为后面几个建模的实例打下基础．教学内容：（1）用多媒体展示热气球及孔明灯等原理相同的飞行器．（2）用一周时间分析受力并拟化成公式，给出孔明灯飞行的原理，由此分析各个参量对行的影响并优化根据计算找出制作孔明灯的最优方法并制作放飞，另外制作一个处于“失重”状态的孔明灯（这是一个学生提出的概念）．形成报告与幻灯片．（3）学生讲解孔明灯的公式推导，并分析如何优化孔明灯，展示制作的孔明灯，比较和热气球的差别．（4）讨论热气球、飞艇、风筝等飞行器的原理及优化方案，讨论日常生活现象如何定量研究拟化成物理模型．（5）教师讲解孔明灯的分析，并总结建模的一般方法及思路．

总结

在大学物理教学中引入探究性教学方法虽然获得了师生的好评，但还存在一些问题需要解决．首先，这种教学方法的评价机制还在试验中，必须用新的评价机制来和新的教学方法匹配才能形成一个完整的教学模式．其次，这种方法的最大意义就在于激发学生的创新意识，因此课题本身也必须定期更新改变，否则随着解答和实验的完善与固化，探究性就失去了意义，同时也不是所有的教学内容都适合用这种方法来进行学习，所以必须寻找更多的适合的课题．探究性教学方法对于培养学生的创新意识是一个行之有效的教学方法，但在大学物理教学中完善这种方法还需要更多的研究．

作者：段志刚 彭智敏 单位：西南林业大学