科学探究教学模式在高中物理教学中运用的研究

一、问题的提出

在新的课程体系之下，《普通高中物理课程标准（实验）》中对普通高中的性质、理念和培养目标进行了重新定位，对普通高中的课程结构及其价值取向进行了整合和调整。这次物理课程改革的主要内容之一是：提出课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化，并特别强调了科学探究的重要性。

但是，无论是作为学习目标，还是作为教学模式，科学探究对于中国教师和中国学生都比较陌生。除了观念上的原因之外，更主要的原因就是教师对科学探究的模式在运用上还不够成熟，不能从三个维度的培养目标上整体把握，不善于促进学生的自主学习和探究活动，这样就难以进行教育的创新和促使学生的良好成长。所以，科学探究的教学模式该如何付诸实施、加以运用，需要有人摸索出切实可行的内容、条件和方法的指导，以提高科学探究的质量，并把探究活动的方式引向多样化。

二、几种常见课型的科学探究教学模式的运用

根据高中物理学科及物理教学的特点，物理教学中的探究主要分为实验探究和理论探究，下面主要从实验探究方面展开。

1.演示实验的探究

1.1导入新课设计演示，感受科学探究

导入新课的演示实验应该使学生通过观察与思考，有所发现、有所联想，感受科学探究，萌发或提炼出科学问题，体现“提出问题”和“猜想与假设”等科学探究的要素，以利于新知识的构建。因此我总结出这样一种模式：

具体应用在动量定理一节的导入中如下：

（1）演示实验，创设情境

让一个生鸡蛋从高处下落到一个海绵垫子上，学生发现鸡蛋反弹起来，并未摔碎，兴趣大增。

（2）师生合作，提出问题

引导学生提出问题，鸡蛋为什么在地板上容易摔碎而在海绵垫上不容易碎。

（3）大胆猜想，合理假设

学生猜想：地板对鸡蛋的冲击力大，海绵对鸡蛋的冲击力小。

教师引导猜想：两者还有哪些不同。

学生进一步猜想：地板与鸡蛋的接触时间短，海绵与鸡蛋的接触时间长。

学生合理假设：接触时间可能影响冲击力大小。在此基础上引出新课动量定理。

在高中物理的新课导入中，许多课都可以采用这种模式，如：自由落体运动、曲线运动、平抛物体的运动、向心力向心加速度、反冲运动火箭、简谐运动、波的形成和传播等。在这种导入新课的教学模式中，着重突出科学探究的两个要素：提出问题、猜想与假设。在提出问题环节中，着重培养学生发现物理问题和从物理学角度明确表述问题的能力。在猜想与假设环节的实施中，应该让学生反复经历假定和解释这两个过程，这是一个非逻辑思维和逻辑思维反复交替的过程，能很好地发展学生的发散思维和逻辑思维能力。

1.2形成概念探索规律设计演示，体验科学探究

在对多年的教学实践进行总结之后，我总结出在规律教学中设计演示实验，进行科学探究的一种模式：

例如，在《安培力磁感应强度》一节的探究过程如下：

（1）提出问题，猜想假设

诱导提问：安培力的大小可能跟哪些因素有关？

学生猜想：可能跟电流强度、导线在磁场中的长度及在磁场中的位置等有关。

教师诱导：假设与这些因素有关，我们该采用什么方法进行验证呢？

学生回答：控制变量法。

（2）制定计划，设计实验

学生活动：小组成员合作制定计划，设计实验原理，绘制原理图，列出实验步骤。

（3）交流讨论，优化方案

交流：各组简要说明实验原理和步骤。（屏幕给予投影其原理图）

讨论：经讨论，优化选择出两个方案。一个是定性方案，与课本中演示实验相似；另一个是定量方案，其原理是通过弹簧秤测量拉力，根据平衡条件求出安培力的大小。这两个方案都采用了控制变量的方法。

（4）进行实验，收集数据

定性实验方案演示；之后进行定量实验方案演示：弹簧秤读数几乎不变，无法读出其差异。

（5）分析论证，得出规律

分析论证：方案一采用了间接测量的方法，它满足“理论上成立，实际中可行，实验现象清楚，简便易行”这一优化原则，但它的缺点是只能定性不能定量；方案二采用了直接测量的方法，理论上成立，且很有创意，但由于安培力太小，弹簧秤灵敏度差，实际中不可行，需要改进。如果弹簧秤换为拉力传感器，并与微机结合就是现在比较先进的数字化传感系统实验室DISLab。如果采用很精密的DISLab实验装置，就可得到定量结果。

在高中物理教材中，为探索物理规律而设计的演示实验同样适用于这种探究模式的还有：牛顿第二定律、向心力向心加速度、电荷库仑定律、电容器的电容、电阻定律电阻率等。在这些课的演示实验探究过程中，着重突出科学探究的两个要素：制定计划与设计实验、交流与合作。通过这两个要素所达到的能力要求：知道实验目的和已有条件，制定实验方案，尝试选择实验方法及所需要的装置与器材，考虑实验的变量及其控制方法，认识到制定计划的作用。在合作中注意既坚持原则又尊重他人，有合作精神，认识到交流与合作的重要性。

2.学生实验的探究

学生实验分为探究性实验和验证性实验，现把探究性学生实验教学模式总结如下：

例如，在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验教学中运用此模式的过程如下：

（1）提出问题

如何来描绘小灯泡的伏安特性曲线，即小灯泡的I-U图像。

（2）理论探究，设计实验

学生理论探究：必须测出小灯泡在不同电压下的电流值，所以需要电压表和电流表以及它们的连接方法。怎样获得不同的电压值，就需要设计变阻器的连接方法。

设计实验：学生根据分析设计实验原理图，得到了四种不同的方案。

（3）小组讨论，优化方案

小组讨论：学生四人一组展开讨论，分析不同方案的特点和适用条件，误差来源等。

优化方案：经讨论，认为因小灯泡为小电阻，所以利用伏安法的外接法误差较小，可排除两种方案。

（4）分组实验，收集数据

学生分成几个小组，各小组分工合作，分别按照方案1和3进行实验，学生自己设计表格、记录数据。

（5）分析论证，交流评估

分析论证：各小组建立I-U坐标系，分别根据方案1和3的数据在坐标系里描点并用平滑曲线连接。

交流评估：各小组之间交流不同方案下的图线的差异，分析优缺点。发现方案1的电压电流读数范围广，分布也较均匀；而方案3的读数范围要小得多。对比得出方案1为最优方案。

教学实践证明：探究式教学既可以最大限度地调动学生积极参与教学活动，极大地提高学生学习物理的兴趣，又能强化物理知识的形成过程，使学生学会探索大自然规律的基本方法，从而使学生获得基本的探究能力和创造性地解决实际问题的能力。

【责编　金　东】