高中物理探究式教学的尝试与思考

摘要：探究式教学是按照科学探究要素来组织教学内容和教学活动，着重培养学生科学探究能力的一种教学方式。本文以作者的课堂探究式教学尝试与体会，阐述课堂探究的可能形式内容，以及进一步提高探究式教学质量的建议。
　　
　　关键词：科学探究要素课堂探究的过程学生参与形式问题与数据建议
　　
　　一、探究式教学的界定与理论基础
　　
　　《普通高中物理课程标准(实验)》明确提出要“培养学生的科学探究能力”。注重科学探究，不仅是新课程的基本理念之一，也是新课程的重要目标和内容标准之一。
　　
　　依据新课程标准提出的八项科学探究的要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作，本人认为“探究式教学”是指按照科学探究要素来组织教学内容和教学活动，并使学生在学习物理知识的过程中经历或体验科学发展的过程与方法，强调培养学生科学探究能力的一种教学方式。本文主要阐述课堂探究式教学的有关问题。主要基于以下思考：
　　
　　1)课堂教学是教育教学的主阵地。只有当课堂教学发生实质的变化，才能实现教与学的真正改革；
　　
　　2)学生的科学探究过程，可以涉及所有的要素，也可以是只包含部分要素和特征的探究过程；
　　
　　3)学生科学探究能力的培养与形成有一个循序渐近的过程；
　　
　　4)更为现实的是，在当前的教学大环境下，教学仍然要兼顾“应试”教育的必要。
　　
　　因此，我认为，在课堂内进行探究式教学，并且以教材内容为载体，是兼顾应试教育与培养学生探究能力的一种较为现实、较为理智的途径。本文的课堂探究式教学，就是指在课堂内进行的、紧密结合教材内容的探究过程。
　　
　　二、课堂探究式教学个案
　　
　　1．研究碰撞过程中系统动量变化的规律
　　
　　该课题是对“动量守恒定律”的一次教学创新，其目的是让学生有确切的数据、主动地发现碰撞系统的“动量守恒现象”，并在此过程中着重培养学生对实验数据的处理分析、论证、猜想假设等探究能力。
　　
　　[问题设计]两个物体，在发生相互碰撞的过程中，比如两个滑冰运动者在旱冰场上相互碰撞，他们两人的系统总动量会发生变化吗？
　　
　　（教师接着阐述系统总动量的概念）
　　
　　[方法引导]怎样将旱冰场上的碰撞问题，简化到实验室进行研究？
　　
　　（教师提示：气垫导轨代替旱冰场、滑块代替运动者）
　　
　　[实验数据]考虑到教材已有很好的碰撞频闪照片，课堂中略去实验操作的过程。学生探究活动的重点放在对“碰撞频闪照片”的数据处理上。
　　
　　[探究活动1]引导学生探讨照片展示的物理情景──碰撞前后两滑块的运动情况；
　　
　　[探究活动2]启发学生定量计算各动量的思路──利用照片上刻度尺和频闪频率来计算速度和动量；
　　
　　[探究活动3]小组合作计算具体的数据，并对结果作出描述、推测──该碰撞系统动量守恒？
　　
　　[探究活动4]该碰撞系统动量为什么守恒？理论上有何条件？
　　
　　该探究式教学不仅充分利用教材资源，进一步培养学生对“频闪照片类”实验数据的处理、分析能力，并对实验结果进行推测的评价能力；更为重要的是，学生在这个过程中，经历科学探究的某些真实过程，体验到“自我发现规律”的喜悦和自豪，从而可能激发继续探究的兴趣和信心。此外，实践证明，经过此次的探究活动，学生对“频闪照片”类问题的处理分析能力，有明显的提高。
　　
　　2．瞬时速度的测量
　　
　　该课题是对“速度”章节的拓展。主要目的是，使学生对“瞬时速度”的抽象概念，从数学上的“无限逼近”思想到实际上的测量，有一个真实的体会和切实的理解；并在此过程中，着重培养讨论交流、观察分析、评估论证的探究能力。该课题的主要探究活动如下所示：
　　
　　[探究活动1]依据“瞬时速度”的概念，讨论是否具有可测性？
　　
　　当学生认为“没有意义，瞬时速度理论上不可测量”时，教师让学生的讨论暂停，转为观察演示实验。
　　
　　[探究活动2]观察演示实验、记录数据。
　　
　　实验仪器：气垫导轨、光电门、滑块、各种金属片等。
　　
　　实验过程：教师先对气垫导轨、光电门的主要作用作简单介绍，然后在倾斜导轨的较低端，安上一个光电门，滑块上依次插着不同宽度的挡光片，依次从较高端的同一位置静止释放，学生记录不同挡光片的宽度以及过光电门的时间；最后，在导轨的较高端也按上同样的光电门，让最短的挡光片(5nm宽)通过两个光电门，学生观察两个光电门的时间差异；并将高端的光电门依次向低端的光电门移动，直到两个光电门显示的时间完全(数量级为ms)一样为止。
　　
　　[探究活动3]实验数据处理分析、阐述实验结论。
　　
　　教师引导学生分析数据含义：1)第一次记录结果表明，当挡光片宽度越来越小(大于光束宽度)时，它过光电门的平均速度越接近于某一个确定的值，而不是无穷大或没有意义；2)两个光电门越接近，显示的时间差异越来越小，直至相等，说明此时挡光片过两个光电门，已经从变速“转为”匀速，那么，它过一个光电门时，显然已经是匀速的过程了，所以它过光电门的平均速度就是它过光电门的瞬时速度。从而实现了对“瞬时速度”的实际测量。
　　
　　[探究活动4]再观察──质疑、讨论──总结评估（教师将光电门的时间精度调为10—6S，则原来5mm宽的挡光片经过两个光电门的时间又出现差异，为什么？此时它过两个光电门的速度相同吗？此后又该如何测量瞬时速度？）
　　
　　该课题的探究过程，虽然学生的观察时间多于动手时间，但学生的心理经历了“困惑──否定──(事实)肯定──顿悟”的过程，这种心理历程也是多数科学家在进行真正的科学探究时所经历的一种缩影，所以它给学生的印象是十分深刻的。同时，学生对瞬时速度的可测性、测量原理有更深刻的理解。
　　
　　三、课堂探究式教学的思考与建议
　　
　　经过课堂探究式教学的尝试与思考，对“探究式教学”的内涵及其方式有了新的认识；进一步开展和提高探究式教学的质量，也有一些自己的思考。现展示如下：
　　
　　1．课堂探究活动的过程应该有所侧重
　　
　　课堂内的探究活动，受时间和空间的限制，必然不可能是完整的探究过程，即不可能包含完整的探究要素。因此，课堂内的探究活动过程，必然应该有所侧重。
　　
　　在“研究碰撞系统动量变化规律”时，为了体现探究的完整性，曾尝试过将实验数据探究和理论分析放在一节课上完成。结果发现，由于时间仓促，学生并没有真正掌握数据处理的方法，而理论分析也显得仓促而流于形式。而后将“理论分析”让学生在课外探究，结果表明，这种处理方式其实是两全其美的。学生在课堂上既能充分理解、掌握实验数据的科学处理方法，同时激发课外进行理论探究的兴趣。
　　
　　课堂探究过程更多的应该思考哪些过程可以让学生在课外去自我探究，哪些过程需要教师指点、启发，只有该过程放在课堂上进行重点探究，才能更好提高学生的学习效率。事实上，如果不从教材内容和学生水平出发，一味地追求比较完整的科学探究活动，也会使教学过程呈现出类似传统教学模式那样的呆板、形式化、机械和肤浅等弊病，学生也会逐渐产生一种逆反的学习心理。
　　
　　2．学生参与课堂探究的形式可以多样化
　　
　　探究式教学强调学生的积极参与，强调师生互动。但学生积极参与探究的形式往往简单地被理解为“学生分组实验”。实际上，学生参与的形式不一定是动手做(hands—on)，而更强调动脑想(minds—on)。这包括强调学生在观察中的思考，对获得的数据或现象进行分析，在与同伴的对话和交流中相互质疑和评价等。
　　
　　在“瞬时速度的测量”的课堂教学中，学生的观察多于动手机会，但是，只要能引导学生在观察中积极思考，并对记录的数据进行深入的分析，这节课也同样属于探究式的。探究课不是“实验课”，但必须是动脑的课。
　　
　　3．课堂探究的问题和数据，可以有多种产生途径
　　
　　关于探究的问题，理论上认为最好是学生自己提出的。但是在课堂上的探究问题，还是教师诱导学生提出的，甚至是教师或教材提出的为好，因为这样更有利于教师对探究活动的安排。至于数据的收集，可以是让学生通过实验、观察、调查亲自收集，也可以是给出实验数据让学生分析再作出解释等，主要根据探究的主要目标和进度而定。
　　
　　总之，课堂探究式教学并没有统一的形式，而关键是要体现科学探究的思想和方法。有专家认为“问题──阅读──归纳──结论”、“问题──实验──归纳──结论”、“问题──阅读──实验──总结一－练习”等，都属于探究学习和探究教学模式的范畴。从这个意义上讲，任何教材内容都是可以采取探究式教学方式的。有了这样的理解和认识，教师在以后的教学中，可以有更多的机会、更开放的思想进行探究式教学。
　　
　　但是，为了更好的开展和提高探究式教学的质量，我觉得教师们还应该重视以下的工作：
　　
　　1．挖掘教材内的探究要素
　　
　　目前，阻碍教师开展探究式教学的最大问题可能来自于探究性课题或资源的缺乏。尽管我认为任何教材内容都可以采取探究式教学方式，但是，一定的教材内容所包含的探究性要素可能是不明显的。所以，我认为当务之急是教师要努力挖掘教材中的探究性要素，使之显性化。然后从学生的实际知识和能力基础出发，来决定如何设计探究活动的过程。
　　
　　2．引导学生树立科学的学习观念
　　
　　在尝试“自由落体运动”探究式教学过程中，让学生讨论伽利略的逻辑推理时。有学生曾催促说：“老师，你自己讲算了，省得浪费时间”。该现象表明，目前多数学生从“应试”的角度出发，习惯于被动的、所谓“高效”的接受式学习。这一定程度上影响教师开展探究式教学的热情。
　　
　　上述问题的存在，有可能是教师的引导没有十分到位，但更可能是学生的学习观念还过于陈旧。所以改变学生的学习观念，从新课程改革和高考改革趋势两方面对学生进行正确的引导，使学生理解探究式学习的深远意义，也是更好的开展和提高探究式教学质量的一项前提工作。