高中物理探究性學(xué)習(xí)活動的實踐與思考

1、高中物理探究性學(xué)習(xí)活動的實踐與思考江山五中 姜擁軍 王平一、物理探究性學(xué)習(xí)活動方式傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)模式大多數(shù)是灌輸接受式，教師注重的是把知識和結(jié)論準地教給學(xué)生，學(xué)生大多處于被動的接受狀態(tài)。灌輸接受式的教學(xué)方式，學(xué)生往往感受不到學(xué)習(xí)探索的樂趣，難以產(chǎn)生持久的學(xué)習(xí)興趣，不能適應(yīng)新的學(xué)習(xí)要求。 在高中物理教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本方法，培養(yǎng)探究學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)展自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和關(guān)心社會的責(zé)任感，是新課程倡導(dǎo)的目標，也是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和健康發(fā)展的需要。高中物理探究性學(xué)習(xí)活動的開展方式是多種多樣的，按照活動的內(nèi)容可以分為以下4種類型。1以尋找物理規(guī)律為主的探究活動 以物

2、理規(guī)律為主的探究活動的基本過程是：通過對實驗現(xiàn)象的觀察，或應(yīng)用已知規(guī)律、理論對某一現(xiàn)象進行邏輯推理，找出一些問題，然后設(shè)計實驗，采集實驗數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進行分析歸納，最終得到規(guī)律性的結(jié)論。如高一、高二年級的學(xué)生可以探究的小課題有：用傳感器探究影響摩擦力大小的因素、探究單擺的周期與哪些因素有關(guān)、探究碰撞中的能量問題、光在界面發(fā)生折射時遵從什么規(guī)律、如何查找電路故障、氣墊上彈簧振子的周期與質(zhì)量、勁度的關(guān)系等。 2以尋找儀器、生活用品的基本原理為主的探究活動 學(xué)生在日常生活中經(jīng)常會觀察到一些有趣的現(xiàn)象或用品并對這些現(xiàn)象或用品的基本原理產(chǎn)生興趣。學(xué)生提出問題后，教師帶領(lǐng)學(xué)生通過查閱資料、拆裝儀器、用品

3、，或是將儀器、用品拿到實驗室進行測量，探究其基本原理。比如，自行車摩電燈的工作原理、廁所馬桶沖水器的工作原理、汽車測速儀的工作原理、家用節(jié)水器的原理等常常會引起學(xué)生探究的興趣。 3以實驗和動手制作為主的探究活動 在每年的科技月我們都設(shè)計一些趣味實驗，這些實驗的內(nèi)容有些移植于課外書，有些是從各種實踐活動中學(xué)來的，還有些是根據(jù)所學(xué)知識自己設(shè)計制作的。比如，如何用地磁場獲得感應(yīng)電流、組裝簡易望遠鏡、組裝萬花筒、做相反運動的球、組裝簡易靜電復(fù)印機、制作“魔擺”等。 4以測量基本物理量為主的探究活動 有些物理量雖然教材中沒有給出測量方法，而其測量方法卻包含很多重要的物理思想和重要的研究方法。因此，測量基

4、本的物理量可以作為探究活動的一個內(nèi)容。比如，可以用多種方法測磁體和電流周圍的磁感應(yīng)強度、聲波的頻率、日光燈的頻閃頻率、極大和極小電阻等。二、探究性學(xué)習(xí)活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 每項探究性學(xué)習(xí)活動都有許多環(huán)節(jié)，特別是以下幾個環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵。 1確定探究課題 一個好的課題是探究性學(xué)習(xí)活動的良好開端。學(xué)生提出的課題，不少是模糊的、 膚淺的，或太寬泛、太深奧，涉及的知識可能非常廣、非常深，往往是他們現(xiàn)有的知識基礎(chǔ)難以解決的。此時需要教師從課題的意義、操作方法、涉及內(nèi)容等方面指導(dǎo)學(xué)生，逐步縮小課題范圍，明晰課題研究目的，最后確定課題內(nèi)容。 如在“自行車的摩電燈原理”這一課題中，開始階段學(xué)生想要制作一個節(jié)能型的發(fā)電機

5、，這個題目難度很大。需要共同分析幾個問題：（1）有沒有具體方案？（2）是否知道發(fā)電機的發(fā)電原理？（3）發(fā)電機涉及哪些物理基礎(chǔ)知識？（4）從哪個角度出發(fā)做到節(jié)能？提出問題后，教師帶學(xué)生到實驗室看手搖發(fā)電機。然后布置任務(wù)：（1）調(diào)查哪些裝置上安裝有發(fā)電機？（2）了解這些發(fā)電機的基本原理。 學(xué)生們找到了電動自行車上的充電電池、自行車上的摩電燈等能發(fā)電的裝置，通過認真研究，考慮到發(fā)電機涉及的知識和學(xué)生的知識基礎(chǔ)，最后定下一個比較可行的題目研究自行車摩電燈的基本原理。學(xué)生將買來的自行車摩電燈拆開，發(fā)現(xiàn)了許多意想不到的情況，比如磁體的磁極并不是N、S兩個，線圈的切割磁感線也不像書上畫得那么簡單，接線方式、

6、電流的波形等都顯得很復(fù)雜。于是，學(xué)生們想出了各種辦法測定了摩電燈中磁場的方向和強弱、畫出了電流的波形等，最后弄清了摩電燈的原理，畫出了摩電燈的原理圖。在實際操作的過程中，學(xué)生學(xué)會了很多知識，比如傳感器、萬用表和示波器的使用方法。另外還有很多意想不到的發(fā)現(xiàn)，如有的學(xué)生用鐵屑顯示磁鐵的磁極形狀時，發(fā)現(xiàn)摩電燈的磁鐵很特殊，有8個磁極?？傊?，課題的選擇有一個從大到小、從不可行到可行的過程，把握好這一環(huán)節(jié)，是完成探究活動的關(guān)鍵。 2實驗的設(shè)計和操作 探究活動的課題確定好了，就需要實施操作，這一環(huán)節(jié)需要考慮的因素很多，也非常重要，歸納起來有以下幾個方面：（1）某物理實驗過程中，需要什么儀器？（2）怎樣保證

7、實驗條件？（3）哪些因素是自變量？（4）怎樣控制變量和進行測量？（5）用什么儀器進行測量？（6）使用儀器時需要注意哪些問題？（7）記錄數(shù)據(jù)的表格需要有哪些項目？如，探究碰撞中的規(guī)律。這個實驗的目的是探究在兩物體碰撞中，除了動量守恒外，還有什么規(guī)律制約碰撞過程。 實驗裝置（教師準備好）：氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電計時器、數(shù)學(xué)實驗儀（傳感器）、電腦等。 物理過程（由學(xué)生討論分析得出）：讓兩滑塊發(fā)生碰撞，然后測定碰撞前后瞬間的速率、滑塊的質(zhì)量，尋找其中的規(guī)律。 實驗變量的控制（學(xué)生分組討論、試做、歸納，不同的組做的內(nèi)容可能不同，出現(xiàn)了3類共9種情況）：兩滑塊之間有彈簧圈，使碰撞過程中彈簧圈發(fā)生彈性形變，兩

8、滑塊的質(zhì)量控制為3種情況，；。 兩滑塊之間有橡皮泥，使碰撞過程中橡皮泥發(fā)生塑性形變，兩滑塊的質(zhì)量也控制為3種情況，；。兩滑塊之間有粘扣，使碰撞后兩滑塊一起運動，兩滑塊的質(zhì)量也控制為3種情況，；。 實驗條件的保證（由學(xué)生實驗前分析和試做中總結(jié)得出）：學(xué)生得出5點結(jié)論。上述實驗過程中的諸多問題，都要由學(xué)生在實驗中不斷總結(jié)，并逐步得以解決。在學(xué)生的設(shè)計和操作過程中，他們的思維能力和實驗?zāi)芰Φ玫藉憻捄吞岣摺?3實驗數(shù)據(jù)的處理及分析 分析實驗數(shù)據(jù)，首先要有尊重事實的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生實驗時，有時實驗結(jié)果與預(yù)期的不同，就會產(chǎn)生動搖，懷疑自己的實驗不準確，想改數(shù)或湊數(shù)，這是不尊重實驗事實的做法。應(yīng)該認真分析實驗

9、條件、實驗過程，看是否真正滿足實驗原理的需要，還要認真查閱資料，看看出現(xiàn)本實驗的結(jié)果是否前人已做過理論上的解釋。 另外需要特別關(guān)注的是，物理規(guī)律的得出不能僅限于單純的從實驗結(jié)論給出，還要從理論上給以推理演繹。物理學(xué)家探索物理規(guī)律的過程充滿艱辛，走過許多曲折的道路，其間閃現(xiàn)出許多理性思維的火花，不要認為一個簡單的實驗就會得出一個偉大的理論。比如折射定律實驗，探究小組的學(xué)生對水和玻璃等介質(zhì)做了多組測量，得到了幾組實驗數(shù)據(jù)（表1是學(xué)生的一組實驗數(shù)據(jù)），分析這些實驗數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了一個教師意想不到的問題。表1折射定律實驗入射角折射角sinsinlglg107142118201315211530201461

10、1440251511155031149114603515115170391491168041150118從表中可以看出，入射角正弦與折射角正弦之比基本相等，于是有的學(xué)生計算了入射角與折射角的對數(shù)比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果也是基本相等，而且從表中數(shù)據(jù)看，更接近同一數(shù)值。于是學(xué)生中就出現(xiàn)了激烈的爭論，有的學(xué)生認為，等的比值也等于常數(shù)，有的學(xué)生觀點相左。結(jié)論到底應(yīng)該為哪一個？這時就要引導(dǎo)學(xué)生理解取對數(shù)意味著什么？對取對數(shù)，相當(dāng)于把這個數(shù)縮小了很多倍。再去取比值，這樣就把原來的差距變得更小了，原本入射角與折射角的差距不到一個數(shù)量級，取了對數(shù)后，差距就更小了，數(shù)量級不到了，更看不出來了，所以取對數(shù)找關(guān)系這種方法并不是

11、萬能的，要看具體情況。再引導(dǎo)學(xué)生從理論上進行分析，根據(jù)光程最短原理（也叫費馬原理），可以引導(dǎo)學(xué)生推出常數(shù)，不能得出常數(shù)。另外，對角度取正弦值有明確的幾何意義和物理意義，而對角度取對數(shù)就沒有什么意義了。三、效果1通過探究性學(xué)習(xí)活動達到了發(fā)揮學(xué)生自主性的目的建構(gòu)主義理論的核心思想是知識不是要被動地接受，而是認知主體積極建構(gòu)。探究性教學(xué)活動，教師的作用是指導(dǎo)和參謀，從知識的傳授者轉(zhuǎn)為學(xué)生發(fā)展的促進者。教師從“主角”轉(zhuǎn)換為“平等中的首席”，學(xué)生自己去決定研究什么、怎么研究，研究的結(jié)果也由學(xué)生自己歸納總結(jié)，最后還要在全班同學(xué)面前作展示和講解，遇到困難時再找老師尋求幫助。學(xué)生在其間要進行交流、討論、查閱資

12、料、設(shè)計和實施實驗、修正等活動來完成學(xué)習(xí)，不是簡單的教師教、學(xué)生學(xué)；對學(xué)生而言，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的主體性，有了彰顯個性的機會。在教師指導(dǎo)下的以學(xué)生為中心的探究性學(xué)習(xí)，給予了學(xué)生自我發(fā)揮和自我展示的空間和機會，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃、參與活動的程度高。 2探究性學(xué)習(xí)活動促使學(xué)生產(chǎn)生對科學(xué)的感悟，對提高創(chuàng)新意識和研究能力起到了促進作用 探究性活動使學(xué)生回歸到物理概念和規(guī)律的提煉過程和應(yīng)用過程，引起學(xué)生進行實證調(diào)查，通過實驗、收集和利用數(shù)據(jù)并形成對科學(xué)現(xiàn)象的解釋，有利于加深對物理理論的認識，有利于將物理理論與實際進行結(jié)合，有利于學(xué)生對物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生持久的興趣。一位物理學(xué)特級教師曾指出：“學(xué)好物理，只靠聽課寫作業(yè)不行

13、，必須要有大量的閱讀與研究，這一點是從整體上學(xué)好物理的關(guān)鍵?！边@里的“研究”指的是探究性學(xué)習(xí)活動。他鼓勵學(xué)生在高中階段適當(dāng)多做一些有挑戰(zhàn)性的課題。 3通過探究性學(xué)習(xí)活動，提高了學(xué)生的團結(jié)合作意識及交往能力從選題開始，到設(shè)計研究方案、進行數(shù)據(jù)采集、查閱研究資料、做調(diào)查問卷、寫研究報告，最后在班里或年級里作演示和講解，往往以35人組成的小組形式來完成的。小組內(nèi)有分工、有合作、有討論、有交流，每個成員要承擔(dān)分給自己的任務(wù)，彼此之間要進行溝通，要將每個人的研究整合到整體中去。要形成組內(nèi)成員間的相互信任，如果組內(nèi)出現(xiàn)了沖突，要想辦法解決沖突。在這一過程中，學(xué)生將會體驗挫折與成功，感受平等與公正。通過幾年

14、的跟蹤觀察，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的合作意識及交往能力大大提高了，大多數(shù)在高一入學(xué)不久建立的探究性學(xué)習(xí)活動小組，在3年時間里，一直保持良好的合作關(guān)系。四、思考 1課題內(nèi)容要有所選擇，不是所有內(nèi)容都適合學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí) 比如歐姆定律，有人設(shè)計這樣的探究性實驗保持電阻不變，改變導(dǎo)體兩端電壓，從而改變電路中的電流，用電壓表和電流表測出一組數(shù)值，從數(shù)值中歸納出電流與電壓成正比的結(jié)論。這個設(shè)計，粗看是讓學(xué)生探索歐姆定律，但實際上存在邏輯問題，因為電流表和電壓表都是依據(jù)歐姆定律為原理工作的，使用這個表來測量，就意味著已經(jīng)承認了歐姆定律再去用它找規(guī)律，就犯了循環(huán)論證的錯誤。 從歷史上看，歐姆定律的得來是非常不容易的，那個時候還沒有發(fā)明出電流表和電壓表。歐姆用磁針的偏轉(zhuǎn)方向來表示電流的大小，因為磁針受到地磁場和電流磁場的共同作用，N極沿合磁場方向，通過不同的電流，指針的偏轉(zhuǎn)方向就不同，又用溫差電偶的溫度差來表示電源的特征，用不同長度的銅絲來反映導(dǎo)線的特征，這些都是當(dāng)時很巧妙的方法，很具有創(chuàng)造性。 2教師對探究性學(xué)習(xí)活動的指導(dǎo)要適當(dāng)學(xué)生進行探究性課題的研究，會遇到很多困難，比如知識基礎(chǔ)薄弱，有的課題操作性差。因此，教師在這類探究性學(xué)習(xí)活動中的指導(dǎo)、參謀作用是很重要的。首先，學(xué)生感興趣的內(nèi)容往往不一定都是教科書上的內(nèi)容，也不一定是