萨奇曼探究训练教学模式应用初探お
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美国教学法专家理查德・萨奇曼认为，人具有天生的对陌生事物或是疑难问题本能地进行研究的倾向，这是一种内在的心理探究欲望.教学应利用学生的这种天生的内在冲动，帮助学生掌握科学探究的过程和方法，以此来获得培养学生的独立学习和探究的能力，发展分析和解决问题的能力.
萨奇曼探究训练教学模式包括六个步骤：（1）选择问题和进行实验；（2）介绍过程和展示问题；（3）收集数据；（4）发展理论或证实；（5）解释理论并陈述与其相关的规律；（6）分析过程.下面就以竖直平面内的圆周运动的习题教学来说明萨奇曼探究教学模式在物理课堂教学中的具体运用.
2教学过程概述
2.1教学课题竖直平面内的圆周运动习题课
2.2教学目标
知识与能力：进一步了解圆周运动在现实生活中的一些应用，在具体问题中会分析向心力的来源.
过程与方法：知道向心力和向心加速度公式也适用于变速圆周运动中的某些特殊位置.
情感、态度、价值观：通过实例分析归纳培养学生独立学习和研究的能力，发展分析问题和解决问题的能力.
2.3教学过程
根据萨奇曼探究教学模式，教学过程可分成6个步骤，详见表1.
表1 教学步骤概述
[BHDFG2，WK4，K12，K9，K9W]
阶段教师活动学生活动教学目的
[BHDG14，WK4，K12ZQ，K9ZQ，K9ZQW]选择问题和进行实验
1.复习向心力概念.
2.提出问题.
例如，同学们都玩过过山车吗？在车上时有什么感受？你知道当你处于什么位置，在什么情况下是比较危险的吗？
3.演示模拟过山车，要求学生思考过山车能过轨道最高点的条件.
1.复习概念.
2.回忆坐过山车的感受.
3.思考教师提出的问题.
4.观察模拟实验，思考过山车不能过轨道最高点的原因.
1.引发学生的好奇心和兴趣.
2.让学生将过去和现在的学习经验联系起来.
3.教师可了解学生的想法，并且关注学生在活动中获得学习成果的思考过程.
[BHG12*2]
介绍过程和展示问题
让学生根据在实验中观察到的现象与在此之前已学过的知识相联系，提出自己的疑问并鼓励学生自行解答.
教师鼓励、辅导、提示，帮助学生找到正确的解答.
学生提出有关模拟实验的问题，如“让小球从越高处下落，使得它在最高点时速度越大是否安全”，“小球在最高点是否速度最小？”等.
鼓励学生提问，激发探究原动力.
鼓励学生应用自己的力量解决问题，培养学生能力.
收集数据
展示过山车模型，引导学生做受力分析，根据牛顿运动定律，探究做圆周运动的小球在最高点的受力情况与运动情境之间的联系，鼓励他们列式讨论.
学生探究过山车能过最高点的临界情况；学生应用牛顿运动定律、圆周运动规律，给出最高点的受力与运动间的联系.
激励学生使用已学知识解决新问题，待其完成基本任务后可给出更高的要求并重新引导.
发展理论或证实
让学生板演并向全班展示，例如：在最高点，向心力最小，对应最小速度.鼓励学生讨论，思辨.
学生分组讨论，思辨该结论是否合理并提出改进意见.最后得出一致结论.
以学生在探究活动中自行获得的结论为基础解释临界速度这一抽象概念.
解释理论并陈述与其相关的规律
给出水流星、球杆、球绳等各种竖直平面内的圆周运动问题（如图1所示），要求学生解释并应用自己总结的结论来解决问题.
通过对不同情境下竖直平面内的圆周运动的受力分析，归纳并完善相应的结论并书面总结.
1.学会归纳完善临界速度问题.
2.学会应用临界速度问题解决具体问题.
3.创造机会给学生应用自己总结得出的结论，并在应用中提高学生的分析能力、归纳能力、思考能力.
分析过程
和学生共同探究并分析、总结；给学生提出应用的更高要求（半开放性的问题）.
讨论探究过程，谈学习体会.
提出更高层次的要求
3萨奇曼探究教学模式对培养学生能力的作用
在选择问题阶段，应创设贴近学生生活，能引起学生兴趣且有实际意义的原始物理问题：例如，过山车能安全过最高点的条件是什么？使学生可以避免进入数据驱动的认知方式，通过淡化具体数据，引导学生直接从概念驱动开始思考物理问题.紧接着通过演示过山车模型，让学生观察，要求结合实验现象，应用物理原理进行解释.
在介绍过程和展示问题阶段，笔者让学生对他们所观察到的现象提出“是”或“否”之类的短问题.这对培养学生观察能力、促进学生发现问题、提出问题的能力十分有利.
在收集数据阶段，笔者通过复习力与运动的关系和回顾圆周运动的规律，引导学生对过山车在最高点时做受力分析，通过小组成员相互讨论、质疑，从而促进学生思考如何应用已学知识来解释实验现象、分析解决实际问题.
在收集和验证数据的过程中，笔者引导学生更清晰地提出问题，这一阶段是学生分析能力发展的关键阶段.发展理论或证实阶段是学生发展理论、应用概念的关键阶段，能使学生养成概念驱动的认知方式，提高思维的品质.
解释理论并陈述与其相关的规律阶段能发展学生分析解决问题的能力，是学生独立学习探究信心的树立阶段，是综合提高学生学习能力必经之路.按照萨奇曼理论，科学探究应是一个循环， 吸引学生参与是一个重要的起始点，也是循环的动力，每一次的探究结果都为下一次做准备.最后和学生们一起分析、讨论探究的过程，并让他们评价自己的参与过程以及如何得出结论.
萨奇曼探究教学模式通过创设具有挑战性的学习情境，提出原始物理问题，促进了学生的认知方式从数据驱动向概念驱动转化发展了高级思维技能和解决问题的能力.实践表明，在习题教学中，应用萨奇曼探究教学模式设计学习情境会对培养学生探究能力，促进概念驱动加工，发展分析、解决问题的认知能力起到良好的作用.
4萨奇曼探究教学模式中教师作用的剖析
萨奇曼探究教学模式就是要帮助学生学习怎样来进行独立的探究.
4.1探究始于兴趣
学生学习的积极性源于学生对所学内容的兴趣.这就要求教师在创设问题情境时，既要应充分考虑学生已有的知识经验、能力水平，生活经历，又要考虑问题能否激发学生的探究热情，还要考虑提出的问题是否有助于让学生养成从概念驱动认知方式入手进行思考.因此在习题课中教师必须依据此构思题目，调动学生思考的积极性.
在本节课的教学中，笔者设计通过询问：“同学们都玩过过山车吗？有什么感受？你知道当你处于什么位置什么情况下是有危险的吗？”吸引了学生的注意力，调动了积极性.通过演示模拟过上车，复习已学圆周运动知识，使学生初步树立起能独立解决问题的信心.
4.2教师应预先评估所探究问题的可行性
评估可行性包括可利用时间的多少，提供给学生的器材，能否让学生较为方便地验证分析得出的结论等.在介绍过程展示问题阶段，通过学生独立思考后提出的猜想进一步明确了学生的思维探究方向.如学生提出是否与物体的质量有关，是否与物体在最高点的速度有关，是否与物体在最高点的受力有关等.
4.3教师在课堂中要重视资料收集
资料收集包括收集成功与失败的资料，失败资料的收集尤其重要，因为它更能促进学生的反思和后摄认知.
[TP12GW03.TIF，Y#]
例如，在学生成功解决过山车问题后，笔者引入了水流星问题.如图2所示，有一水流星，绳长0.5 m，质量为0.1 kg的木桶内盛水0.4 kg，在最高点和最低点时的速度大小分别为9 m/s和10 m/s，求木桶在最高点和最低点对绳子的拉力和水对桶底的压力大小？
学生典型板演实录1：
Fn=m[SX（]v2r[SX）]=（0.1+0.4）[SX（]920.5[SX）]=81 N>G=mg=5 N，
F拉=Fn-G=81-5=76 N，
Fn′=m[SX（]vr[SX）]=（0.1+0.4）[SX（]1020.5[SX）]=100 N>G=5 N，
所以F压=Fn′+G=100+5=105 N，
mg+N1=m[SX（]v21r[SX）]，N1=63.8 N，
N2-mg=m[SX（]v22r[SX）]，N2=84 N.
学生典型板演实录2：
mg+T1=m[SX（]v21r[SX）]，T1=76 N，
T2-mg=m[SX（]v22r[SX）]，T2=105 N，
m水g+F1=m[SX（]v2r[SX）]，F1=77 N，
F2-m水g=m[SX（]v2r[SX）]，F2=104 N.
在两种典型板演中，学生共同的弱点是对于研究对象是桶还是桶和水组成的整体或是水均不作标记，也没有注明是在哪个具置应用规律列式.
通过与典型1的问答，执教者发现在等式mg+N1=m[SX（]v21r[SX）]中，学生认为左边m表示桶的质量，右边m表示的是水的质量.而在追问该列式是对哪个物体做为研究对象应用公式时，学生回答是对桶经过受力分析得到的规律.由此反应出两个问题.其一、学生对受力分析仍存在漏力的情况，其二、学生对牛顿第二定律中合力与质量的同体性不重视或不懂应用.在与典型2的问答中同样发现此类问题.
在这个教学片断中，研究对象的选择和受力含糊不清，公式字母张冠李戴等都是极好的失败资料.实践表明，它们的收集和展示对学生今后的学习受益匪浅.
4.4应特别关注探究的最后阶段，包括对研究的综合整理、反思和对未来探究的计划
在对过山车类的轻绳模型、有轨道束缚运动的轻杆模型分析完毕后，笔者有意识地引导学生加以综合整理，从而使得学生的收获从解答习题上升到探索、研究的高度，对于发展学生的思维能力起到了一定的作用.
（1）归纳总结，具体内容如表2所示.
表2 归纳总结
[BHDFG2，WK4，K14，K16W]
没有物体支持的――轻绳模型有物体支撑的――轻杆模型
类型[TP12GW04.TIF，BP#][TP12GW05.TIF，BP#]
[BHDG5]过最高点的临界条件
由mg=[SX（]mv2临r[SX）]解得v临=[KF（]gr[KF）]
由mg-FN=[SX（]mv2临r[SX）]解得v临=0
[BHDG18，WK4，K14ZQ，K16ZQW]
讨论分析
（1）过最高点时，v≥[KF（]gr[KF）]，FN+mg=m[SX（]v2r[SX）]，绳、轨道对球产生弹力.
（2）不过最高点时v
能过最高点的条件：v≥0.
（1）当v=0时，FN=mg，FN沿半径背离圆心.
（2）当0
（3）当v=[KF（]gr[KF）]时，杆对球没有作用力.
（4）当v>[KF（]gr[KF）]时，杆对球有拉力，mg+FN=m[SX（]v2r[SX）]，FN指向圆心.
（2）应用提高
笔者设计练习由学生应用临界条件进行应用如下：
课堂练习1长为0.5 m的轻杆，上端固定有质量为3 kg的小球，绕下端O做竖直平面内的圆周运动，过最高点时小球的速度为2 m/s，g=10 m/s2，则此细杆的受力情况是
A.受到6.0 N的拉力[WB]B.受到6.0 N的压力
C.受到24 N的拉力[DW]D.受到24 N的压力
（讲练结合，师生共同完成）
学生分析根据临界条件mg=[SX（]mv2临r[SX）]得
v临=[KF（]gr[KF）]=[KF（]gL[KF）]=[KF（]5[KF）] m/s>2 m/s.
所以小球受杆竖直向上的支持力.根据
mg-FN=m[SX（]v2L[SX）]得FN=6.0 N.
根据牛顿第三定律，细杆受小球的压力为6.0 N，选B.
[TP12GW06.TIF，Y#]
课堂练习2如图5所示，内径为r的圆桶内有一光滑的质量为m的小球（可视为质点）在竖直平面内做圆周运动，要求小球能过最高点且在最高点与轨道间的压力不能超过5mg.求小球在最高点速度的范围？
（讲练结合，师生共同完成）
学生分析本题属于无支撑面的轻绳模型，小球在最高点速度只需大于[KF（]gr[KF）]，
根据牛顿第二定律mg+FN=m[SX（]v2r[SX）]，FN≤5mg，得v
[TP12GW07.TIF，Y#]
拓展如图6所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，下列说法正确的是
A.小球通过最高点的最小速度为v=[KF（]gR[KF）]
B.小球通过最高点的最小速度为零
C.小球在水平线ab以下管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
D.小球在水平线ab以上管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力
（学生自行完成）
学生分析本题是有支撑面的球杆模型，所以，小球在最高点速度只需大于零.小球在水平线ab以上管壁时，受到竖直向下的重力沿半径方向的分力指向圆心，因此，管壁对小球的作用力方向不确定.而小球在水平线ab以上的管壁时，受到竖直向下的重力沿半径方向的分力背离圆心，由于小球做圆周运动，一定需要指向圆心的向心力，所以外管壁一定对小球有支持力.所以本题选B、C.
通过以上练习，学生已基本掌握了如何应用临界条件解决实际问题.
（3）深化理论，拓展思维
在探究的最后阶段，为了深化理论，拓展思维模式，笔者设置了一道半开放的习题.
如图7所示，一根长为L的轻杆两端各固定一个可视为质点的小球A和B，两球的质量均为m.轻杆可以绕过其中点的水平轴在竖直平面[TP12GW08.TIF，Y#]内匀速率转动.杆能承受的最大作用力为9mg.（1）若直杆转动的周期为T=2π[KF（][SX（]Lg[SX）][KF）]，求杆转到竖直位置时，杆对A球的作用力，（2）若要求杆对A、B两球的作用力始终为拉力，且杆完好无损，求杆转动的周期范围.
学生讨论得：杆对球的作用力为拉力是本题的关键限制条件.若杆对球在最高点的作用力为拉力，则在其他地方均为拉力.由此知，在最高点球受到的作用力存在临界值，对应的杆转动周期有最大值；在最低点球受到的作用力也存在临界值，对应杆转动的周期有最小值.
设计该题的目的是希望学生能意识到，临界问题的实质是由于研究对象的受力有临界值，所以对应的速度、周期等物理量具有临界值，从而进一步深化理论，拓展思维.实践表明，设计目的基本达到.
综上所述，萨奇曼探究训练教学模式中，教师需要构思题目、收集数据、组织教学、观察学生计划、引导资料收集和分析并鼓励学生得出结论.教师在教学过程中的角色、作用也发生了重大变化，教师从台前隐到幕后，由知识的“权威”、教学管理的“控治者”变为学生学习的协助者、辅导者，开始以更加良性的方式发挥起重要作用，从而合理、有效地促进了学生自主探究能力的发展和良好思维品质的形成.
【本文为江苏省教育科学“十二五”规划重点课题《中学物理教学中提高女生科学素养的教学策略研究》的阶段性成果.立项单位：江苏省教育科学规划办公室，批准号为：B-b/2013/02/010/.】