基于 “探究、合作、生长”理念下的科学探究实践

摘 要：本节教学沿着科学探究过程的各个要素逐层展开，通过情境创设、问题串引导，使学生积极投入到探究的过程中。实验设计充分考虑学生的认知基础，通过分析讨论得出：利用控制变量法开展实验探究过程。在教学中合理整合各种教学资源，通过巧妙的预设，将合作与探究有机融合，在合作探究中点燃师生激情，在激情中捕捉师生灵感的火花，促进高效课堂的生成。教学中充分彰显了学生在探究过程中的主体地位，形成了以探究为主体、合作为表征、生成为特色的探究课堂。

关键词：加速度；力；质量；探究；合作；生长

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）1-0028-3

1 教材分析

经历了两年初中物理的学习，科学探究思想对学生产生了深刻的影响，但学生受其影响最大的还只是科学探究的几个要素。在高中阶段，我们应努力让学生体会探究的本质。

牛顿第一定律告诉我们：物体的运动状态及其改变是由它所受的力决定的，而运动状态改变的难易程度又与其自身的质量有关。我们知道，加速度是描述物体运动状态改变快慢的物理量，那么，物体运动的加速度一定是由物w所受的力以及自身的质量所决定的。于是，探究它们之间的定量关系就变得自然而又十分必要。

基于简单、方便的原则，可以通过小组合作，设计探究方案；师生互动，优化生成方案；学生汇报，展示实验成果；教师凝练，上升理性高度，以实现师生之间、生生之间的多向交流、研讨生成。

2 学情分析

高一学生有了一定的科学探究经验，但还未形成能力。高中学生思维活跃，想象力丰富，但思考问题往往不够深入，思维有跳跃性。

3 教学目标

3.1 知识与技能

（1）通过实验探究加速度与力、质量的关系；

（2）培养学生科学探究的能力、运用计算机处理数据的能力以及实验设计、 调节和控制的能力。

3.2 过程与方法

（1）通过探究过程渗透科学方法，例如：控制变量法、比较法和图像分析法等；

（2）体验团队协作，互“教”互“学”的过程。

3.3 情感、态度与价值观

（1）通过探究过程，体会到物理实验和学习的乐趣，提高参与科学探究的热情；

（2）通过实验结果的分析，培养严谨、科学的探究态度，形成科学素养。

4 教学重点、难点及教学策略

教学重点：控制变量法的运用，实验方案的设计以及实验过程的操作。

实践策略：通过设置情境、问题串引导、小组合作、评价优化、凝练提升，得出实验的步骤和数据处理的方法。

教学难点：实验数据的分析与处理。

突破策略：通过教师的引导和演示，让学生体验用Excel软件处理实验数据的方法。

5 教学用具

附有滑轮的长木板一块、 小车一个、带小盘的细线一条、规格不同的砝码和钩码各一盒、纸带、光电门、电源、导线、电键、刻度尺、电子天平、SWR软件、计算机投影仪及课件。

6 教学过程

6.1 情境――开启思考的阀门

【教师活动】 引导学生讨论的起点：为什么要探究加速度与力、质量的关系？

【学生活动】 观察实验现象、思考讨论。

【设计意图】 激发兴趣，知识生长。

6.2 问题――助推探究的步伐

【教师活动】 尝试让学生猜想加速度与力、质量间存在的关系？引导学生表达自己的观点，小组交流、讨论。

【学生活动】 思考讨论，猜想表达。

【设计意图】 激发求知的欲望，体现教学的主体。

6.3 合作――铺起协作的大道

【教师活动】 基于学情，设置台阶， 引导思考方向：

（1）如何创造条件，使一个物体做匀加速直线运动？

（2）如何测这个物体的质量、所受的合力和产生的加速度？

（3）如何根据这些数据得出a与F、m的关系？

【学生活动】 写出设计的实验操作方案，生生交流，师生互评，确定小组方案，学生选择的实验方案可能性预估：

方案1：自由下落；

方案2：物体从斜面上下滑；

方案3：手拉着物体匀加速运动；

方案4：用重物牵引着物体加速运动；

方案5：比较法等等。

【设计意图】 提高学生制定探究方案的能力：

（1）能把探究问题分解；

（2）会从原理、器材、信息收集、信息处理、操作程序等方面来构思探究方案；

（3）能在相互碰撞中完善探究方案。

6.4 评价――引导诊断的导向

（1）加速度的测量

【教师活动】 问题串引发学生思考探究，综合学生的讨论，引导学生比较几种方案的优劣。

【学生活动】 基于思考之后，设计如下方案：

①测出物体运动的位移和时间带入方程计算，即可求加速度；

②利用纸带计算加速度，也可以使物体做初速度为零的匀变速运动，测量出物体运动的位移和时间，即可以求得加速度；

③加速度的测量也可由SWR软件完成。

【设计意图】 突出学生的主体地位，通过学生独立的设计和思考，培养学生解决问题的能力，既要肯定原设计，又要引导学生寻找更优化的方法。

（2）质量的测量

【教师活动】 问题串引发学生思考探究：

①我们怎么测量小车的质量呢？

②实验中要探究质量对加速度的影响，我们还需要怎么做？

【学生活动】 设计实验方案，注意控制变量法的运用。

（3）力的测量

【教师活动】 问题串引发学生思考探究：

①如何为小车的运动设计一个合外力？

②钩码的重力就是小车的合力吗？

③怎么处理可以让钩码的重力尽量接近小车的合力？

教师引导学生分析讨论得出平衡摩擦力的方法：重力分力平衡摩擦力。

④解决了摩擦力的问题，绳子的拉力就是物体的重力吗？

⑤我们如何在实验中改变合力的大小？

⑥教师说明绳子上的拉力不是重物的重力，提出其他方案（如：利用力W传感器显示出小车的拉力）。

【学生活动】 学生质疑、讨论，达成共识。

（4）数据记录和处理

【教师活动】 问题串引发学生思考探究：

①如何对实验所得的数据进行分析？

②图像法是我们进行实验数据分析的常用手段，而且利用图像法可以有效地减小实验中的误差，引导学生用图像法进行数据分析。

【学生活动】 学生每四人一小组分工设计数据记录表格，如表1、表2所示：

【设计意图】 数据分析是探究过程的重要组成部分，也是学生能力培养的重要一环。引导学生思考处理数据的方法，促进学生分析和解决问题的能力再升华，为以后的实验探究打下坚实的基础。

6.5 优化――点燃去粕的火花

【教师活动】 巡回指导，对实验中学生遇到的突发问题进行引导，帮助学生加以分析解决。

【学生活动】 按照设计的步骤，分组开始实验。

6.6 展示――体现学习的主体

【学生活动】 认真完成实验，收集数据。

（1）投影展示实验成果；

（2）分析图像，寻找规律。

【教师活动】 问题串引发学生再思考：

（1）图像中所有的点是否在同一直线上，如果不在一条直线上，点的离散是实际的必然，还是实验中的偶然？

（2）指导学生在探究过程中不能妄下结论，一个结论往往要经过多次反复的实验才能最终形成。

【设计意图】 分析和论证的过程需要科学的依据，本实验的结果仅仅是一个初步的结论， 电脑拟合图像对学生的猜想起到了积极的作用，为初步结论的形成提供了一定的理论依据。

6.7 总结――上升理性的高度

【教师活动】 引导学生对实验结论做理性的判断，实验的结论带有猜想和推断的性质，只有当这些结论推导出的很多新结果都与事实一致时，这样的结论才能成为“定律”。

【学生活动】 梳理方案、交流成果，评估其科学性。

【设计意图】 促使学生形成“探究、合作、生长”理念下的科学探究能力。

参考文献：

[1]张东风. “探索-发现”教学模式实践探讨[J].中学物理，2014，32（10）：6-7.

[2]姜连国. 让课堂在合作探究中生长――《动能定理》合作生成教学评析[J].中学物理教学参考，2014，44（7）：37-41.