科学实施探究学习,有效改变学习方式

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摘 要： 改变学生的学习方式是高中物理课程改革的重点，探究性物理学习是高中物理新课程积极倡导的学习方式。本文结合教学实践，从探究性物理学习的适用范围、基本环节、基本要求、存在问题和效果分析等方面探讨了科学实施探究性物理学习，有效改变学生学习方式的问题。

关键词： 探究性物理学习 适用范围 基本环节 问题和效果

传统的灌输接受式教学方式，学生不了解科学知识的来源，不知道知识的形成过程，感受不到学习探索的乐趣，难以产生持久的学习兴趣，甚至有些学生进入大学或参加工作后，学习上带有明显的被动性，难以适应新的学习要求。高中物理新课标明确提出了知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观的三维培养目标，意在使学生学习到终生发展必备的物理基础知识和技能；掌握科学探究的基本方法，发展自主能力，培养良好的思维习惯；发展好奇心和科学探究的兴趣，实事求是的科学态度和关心生活、关心社会的责任感。而探究性学习活动则能够让学生独立、自主地发现问题，通过查阅资料、实验、操作、调查、信息搜索与处理、表达与交流等活动，达到经历探究过程、获得知识与能力、掌握问题解决的方法、获得情感体验的目的。因此探究性学习是高中物理课程改革提倡的一种重要的学习方式，需要我们在日常物理教学中积极实施。

一、探究性物理学习的适用范围

并不是所有的学习内容都适合学生做探究性学习，因此物理教学并不排斥接受式学习，物理学习需要多种学习方式的结合。比如欧姆定律，有人设计这样的探究性实验：保持电阻不变，改变导体两端电压，从而改变电路中的电流，用电压表和电流表测出一组数值，从数值中归纳出电流与电压成正比的结论。这个设计粗看是让学生探索欧姆定律规律，但实际上存在逻辑问题，因为电流表和电压表都是依据欧姆定律为原理工作的，使用这个表来测量，就意味着已经承认了欧姆定律，再去用它找规律，就犯了循环论证的错误。从历史上看，欧姆定律的得来是非常不容易的，那个时候还没有发明出电流表和电压表。欧姆用磁针的偏转方向来表示电流的大小，因为磁针受到地磁场和电流磁场的共同作用，N极沿合磁场方向，通过不同的电流，指针的偏转方向就不同，又用温差电偶的温度差来表示电源的特征，用不同长度的铜丝来反映导线的特征，这些都是当时很巧妙的方法，很具有创造性。科学探究过程要体验，但是不能把问题无理地简化，设计出一种简单的探究过程而违背科学原理，这样不仅不能向学生展现科学发现过程，反而会引起误解，使学生认为科学发现是一个很简单、很轻松的事情，失去科学发现本身的巨大魅力。根据我的实践，探究性物理学习在以下四方面将大有作为。

（一）进行基本物理量的测量活动。

中学物理学习中的很多物理量都没有给出测量方法，但测量方法包含很多重要的物理思想和研究方法，可以作为探究活动的一个内容。比如：多种方法测磁体和电流周围的磁感应强度、测声波的频率、测日光灯的频闪频率、极大和极小电阻的测量、用示波器测黑箱内的电学元件等。

（二）探究物理规律。

以物理规律为主的探究活动的基本过程是：通过对实验现象的观察，或应用已知规律、理论对某一现象进行逻辑推理，找出一些问题，然后设计实验，采集实验数据，对实验数据进行分析归纳，最终得到规律性的结论。我们组织学生研究过的课题有：探究摩擦力的变化规律、探究求合力的方法、探究单摆的周期与哪些因素有关、探究碰撞中的能量问题、光在界面发生折射时遵循什么规律、如何查找电路故障、气垫上弹簧振子的周期与质量、振幅的关系等。

（三）寻找仪器、生活用品的基本原理。

学生在日常生活中经常观察到一些有趣的现象或有意思的用品、仪器，学生对这些现象或用品的基本原理产生兴趣，提出问题后，教师带领学生通过查阅资料，拆装仪器、用品，或是将仪器、用品拿到实验室进行测量，从而探究其基本原理。比如自行车磨电灯的工作原理、厕所马桶冲水器的工作原理、汽车测速仪的工作原理、乒乓球落在案子上后为什么能向后运动、家用节水器的原理及利弊分析等。

（四）开展实验和动手制作活动。

我们可以在课外活动中设计一些趣味实验，实验的内容有些移植于课外书，有些是从各种活动中学来的，还有些是学生根据所学知识自己设计的。比如：如何用地磁场获得感应电流、组装简易望远镜、用铅笔芯自制活动变阻器、体验向心力的大小、估测手抛物体做的功等。

二、例析探究性物理学习的基本环节

探究性物理学习活动有许多环节，下面以探究“简谐运动及其图像”为例，探讨探究性学习的几个基本环节和基本要求。

（一）充分做好探究准备工作。

1.明确探究目的

（1）知识与技能目标：振动图像的物理含义；简谐运动的图像是一条正弦或余弦函数曲线；根据图像知道振动的振幅、周期和频率。

（2）过程与方法目标：以学生为中心的探究性教学过程：发现问题―设计方案―进行实验―再发现问题―解决问题―得出结论。采用的方法：讨论法、演绎法、归纳法。

（3）情感目标（情感、态度和价值现）：学生通过自己设计实验、动手操作实验，提高实验设计能力与实验操作能力，培养科学的思维方法和应用数学解决物理问题的能力；通过分组实验培养学生的团队合作的精神，体验实验过程和结果获得的成就感。

2.把握探究的重点与难点

（1）探究重点：知道简谐运动图像的物理意义。

（2）探究难点：简谐运动图像的得出。即知道图像表达的是一个质点的位移随时间变化关系。

3.备好探究用具

铁架台（两台）、小铁球（系有细线）、注射器及塑料细管、注射针、透明胶布、细线、钩码、白纸、红墨水（一瓶）、长木板。

4.设计探究实施过程的流程

（1）将学生分为七大组（7―8人/组，围成一圈，便于小组实验与组内交流、合作）；（2）设计情景，提出问题；（3）设计方案，进行实验，引导探究，寻求规律；（4）各小组交换意见；（5）肯定好方案并实验得出图线；（6）引导学生完善图线；（7）得出结论；（8）总结巩固。

（二）设计情景，提出问题。

设计情景、提出问题至关重要。从熟悉的知识中提出问题，引导思维的撞击，既有利于激发学生提出解决问题的动机，又可以让学生主动地思考，并提出质疑。面对学生的疑问，教师不必过早解释，只要综合学生的提问，提出一两个重点问题组织学生合作探究即可。

例如：从学生熟悉的单摆模型中引导学生用现有的材料想办法组建一个简单的摆，再给出这样的练习：假设你手中的摆做简谐运动的周期为1.8s（如图1），振幅为2cm，其中摆球从0点向右第一次到C点所需时间为0.3s，则：

①从cBc所需时间为多少?

②以振子从0点出发向右运动开始计时，第二次到达C点是什么时刻?第三次?第四次?

（学生在上节课的基础上大多能完成，教师将所得的答案如图2排列，在黑板上划出来。）

（教师引导学生回忆：在研究匀速直线运动时使用表格来记录，但它有缺陷，后来用图像法来描述使问题更形象直观。）

根据上面的引导向学生提出如何描述简谐运动的问题。教师在学生提出的方案中选取比较好的方案组织学生进行实验设计。

（三）设计方案，进行实验，引导探究，寻求规律。

教师应该大胆放手让学生自主设计实验方案，展开讨论，完善实验，深化思维；教师可作适当的引导。对个别有困难的小组，进行个别指导。尽可能让每位学生都参加小组设计，让他们得到一种科学探究的体验，感受探究的艰难，同时也尝到成功的喜悦。

在设计简谐运动图像的实验方案时，教师让学生自主设计，并作适当的引导，以让学生在民主和谐气氛中体会科学的探究方法，寻求解答问题的规律性。

（四）分析实验记录，得出实验结果。

这一阶段教师既要对学生积极主动参与探究给予充分肯定，又要得出实验记录的分析结果。

在简谐运动图像的实验探究中，学生根据本小组的情况，挑选一个好的方案进行实验，记录实验数据并列图分析，得出实验结果：教师将其中较好的图线画到黑板上，将所有的C点用一条直线连起来，并在各个不同的C点下方注上时刻，见图4。

（五）完善实验结果，得出普遍适用的结论。

教师根据上述的实验结果，以提问的方式引导学生完善实验结果，得出简谐运动的图像是一条正弦、余弦函数图线的普遍适用结论，并对图像的物理意义进行分析。

三、存在问题和效果分析

（一）尽量减少实验系统误差与人为误差。

存在的问题主要是实验误差大。首先，由于实验材料本身的原因，实验条件难以符合简谐运动的条件而产生系统误差；其次，学生拉木板时不能使木板做匀速直线运动。结果使实验图像与课本图像产生很大误差。

我们可以把本实验注射器改成塑料果冻外壳，在实验中把红墨水放入塑料果冻外壳中，然后用缝衣针在果冻外壳下打个小洞，这样就避免了把注射针粘在钩码下端在运动过程中由于注射细管过大带来的摩擦引起的误差，实验装置图如图7。

（二）效果分析。

1.比较充分地发挥了学生的主体作用

建构主义理论的核心思想是：知识不是被动地接受，而是认知主体积极建构的。探究性教学活动，教师的作用是指导和参谋，从知识的传授者转为学生发展的促进者。有人说在这里教师从“主角”转换为“平等中的首席”，学生自己决定研究什么，怎么研究，研究的结果也由学生自己归纳总结，最后还要在全班同学面前做展示演讲，遇到困难时再找老师寻求帮助，这种方式符合建构主义理论。比如本次探究，大部分学生理解图像的物理含义，知道简谐运动的图像是一条正弦或余弦函数曲线，能够根据图像得到振动的振幅、周期和频率，提高应用数学解决物理问题的能力。

2.促进了学生的科学感悟和创新意识的培养

探究性活动使学生回归到物理概念和规律的提炼过程和应用过程，引发学生进行实证调查，通过收集和利用数据形成对科学现象的解释，使得学生在思考物理问题时，在深度和广度上比一般的课堂教学有所加强，有利于加深对物理理论的认识，有利于将物理理论与实际进行结合，有利于学生对物理学习产生持久的兴趣。记得有一位上了大学的毕业生在给我的信中写道：我进行科学探究活动主要收获有：（1）了解了自然科学的一般研究方法；（2）物理实验提高了动手能力；（3）培养了对自然的热爱和在生活中运用科学、勤于思考的习惯。

3.提高了学生的团结合作意识和交往能力

从选题开始到设计研究方案，进行数据采集，查阅研究资料，做调查问卷，写研究报告，最后在班里汇报，从始至终都是以小组形式来完成的。小组内有分工，有合作，有讨论，有交流，每个成员要承担分给自己的任务，彼此之间要进行沟通，要将每个人的研究整合到整体中去，要形成组内成员间的相互信任，如果组内出现了冲突，就要想办法解决冲突。在这一过程中，学生充分地体验挫折与成功，感受平等与公正。通过几年的跟踪观察，我们发现，学生的团结合作意识和交往能力大大提高了，大多数在高一入学不久就建立了探究性学习活动小组，在三年里一直保持良好的合作关系。

总之，探究性物理学习是从学科领域或社会生活中选择主题，创设一种类似于学术（或学科）研究的情景，通过学生自主、独立地发现问题，进行试验、操作、调查搜集与处理信息、表达、交流等活动，这种学习方式具有非常突出的优点，需要我们继续深入实践与探索，以取得更大的成效。

参考文献：

［1］教育部.普通高中物理课程标准实验教科书［M］.人民教育出版社，2007.

［2］李瑾瑜等.课程改革与教师角色转换［M］.中国人事出版社，2003.

［3］查有梁，谢仁根等.物理教学论［M］.广西教育出版社，2006.

［4］靳玉乐.探究教学的学习与辅导［M］.中国人事出版社，2004.