關(guān)注物理探究過程 創(chuàng)新多元探究方法

摘要：本文以“探究改變摩擦力大小的方法”這節(jié)課為例，提出如何關(guān)注探究過程與方法，拓展探究思路，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：探究過程；探究方法；創(chuàng)新

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2008)11(S)-0010-3

《初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)：“新課程物理教學(xué)必須使學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)的探究精神、實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識。”現(xiàn)行初中物理新教材的編寫踐行著這一基本課程思想。在教材的每個(gè)章節(jié)內(nèi)容中提供了相應(yīng)的物理探究活動(dòng)，旨在讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中拓展探究思維，創(chuàng)新探究方法，提高探究能力；讓學(xué)生在掌握并應(yīng)用物理知識及有關(guān)規(guī)律的同時(shí)，更要經(jīng)歷探究物理知識產(chǎn)生的過程，并學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法。

一方面，教師應(yīng)充分利用好現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)器材，有效組織探究活動(dòng)的開展；另一方面，則要拓展思維，因陋就簡地開展多種形式的探究活動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。在探究活動(dòng)中，教師還應(yīng)有意識地發(fā)揮其認(rèn)知指導(dǎo)、方法引導(dǎo)等作用，讓學(xué)生有目的地開展實(shí)驗(yàn)探究。下面以初中物理蘇教版中“探究改變摩擦力大小的方法”這節(jié)探究性教學(xué)為例，談?wù)劰P者的教學(xué)實(shí)踐過程及認(rèn)識體會。

1 提出問題，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想假設(shè)

在探究活動(dòng)開展之前，教師應(yīng)該讓學(xué)生對探究活動(dòng)做必要準(zhǔn)備，即引導(dǎo)學(xué)生對生活中與摩擦有關(guān)的一些實(shí)例進(jìn)行觀察和體驗(yàn)，從而對摩擦力有初步的認(rèn)識和了解；然后通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀、理解教材中的“信息快遞”，讓他們知道：用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)物體在水平面上作勻速直線滑動(dòng)時(shí)，測力計(jì)的讀數(shù)大小就等于物體受到的摩擦力大小。

在此基礎(chǔ)上，圍繞“摩擦力大小的改變可能跟哪些因素有關(guān)”的問題，教師鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、大膽猜想。根據(jù)學(xué)生對日常生活中有關(guān)摩擦現(xiàn)象的觀察和體驗(yàn)，從而得出以下幾種猜想：

（1）摩擦力的大小改變和接觸面粗糙程度有關(guān)，接觸面越粗糙，摩擦力就越大；

（2）摩擦力的大小改變與物體對接觸面的壓力有關(guān)，物體對接觸面的壓力越大，摩擦力就越大；

（3）摩擦力的大小改變和物體間的接觸面積有關(guān)，物體間的接觸面越大，摩擦力就越大；

（4）摩擦力的大小改變和物體是否與作滑動(dòng)或滾動(dòng)有關(guān)，物體由滑動(dòng)變成滾動(dòng)時(shí)，摩擦力就會變小。

在學(xué)生得到上述幾種猜想后，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生思考是否還有其它方法能改變摩擦力大小，比如改變物體勻速直線滑動(dòng)的速度大小時(shí)，摩擦力大小是否會發(fā)生改變等。

2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，明確探究過程，有效組織探究活動(dòng)

學(xué)生在形成猜想后，怎樣才能證實(shí)上述幾種猜想是否正確呢？經(jīng)過討論知道：必須通過實(shí)驗(yàn)探究來進(jìn)行驗(yàn)證，觀察探究結(jié)果與猜想結(jié)論是否吻合。接下來，師生共同面對的任務(wù)是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，包括選擇什么方法、選用什么器材、采取哪些步驟、收集哪些數(shù)據(jù)、如何分析論證等活動(dòng)。由于初二學(xué)生是初學(xué)物理，對上述方面知識與技能的積累相對較少，存在一定的困難，這時(shí)教師對探究活動(dòng)具體方法的引導(dǎo)就顯得十分重要。教師要組織學(xué)生先以學(xué)習(xí)小組形式展開互動(dòng)討論，然后全班學(xué)生再討論交流，從而形成明確、統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)探究方案。

例如，可設(shè)計(jì)如下探究方案：第一，可采用控制變量法，在上述幾種可改變摩擦力大小的因素中，分別突出對某個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)探究。第二，對某個(gè)突出因素的探究，結(jié)合教材P50中所提供的實(shí)驗(yàn)器材引導(dǎo)學(xué)生有針對性的加以選用。第三，根據(jù)每項(xiàng)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第四，分析交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并歸納論證，從而得出探究結(jié)論。

確定了探究方案，學(xué)生就比較容易進(jìn)行具體探究實(shí)驗(yàn)的操作。

探究活動(dòng)一：探究接觸面的粗糙程度對改變摩擦力大小的影響作用，控制物體的壓力大小和接觸面積大小不變。

實(shí)驗(yàn)器材選用：彈簧測力計(jì)、木板、木塊、棉布、毛巾。

實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)記錄：

用彈簧測力計(jì)分別拉動(dòng)木塊，使其在木板、棉布、毛巾上作水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察彈簧測力計(jì)每次的讀數(shù)，即為對應(yīng)的摩擦力的大小，并記入實(shí)驗(yàn)表格。

數(shù)據(jù)分析比較：經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)表格中記錄數(shù)據(jù)的分析比較，可知道接觸面變得越粗糙，摩擦力就越大。

探究活動(dòng)二：探究物體壓力大小對改變摩擦力大小的影響，控制粗糙程度和接觸面積不變。

實(shí)驗(yàn)器材選用：彈簧測力計(jì)、木板、木塊、鉤碼若干。

實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)記錄：

用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)木塊在木板上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察測力計(jì)讀數(shù)，即為摩擦力的大小，并記入實(shí)驗(yàn)表格。連續(xù)兩次分別在木塊上加壓鉤碼，再拉動(dòng)木塊，使其作勻速直線運(yùn)動(dòng)，分別觀察兩次彈簧測力計(jì)的讀數(shù)大小，記入實(shí)驗(yàn)表格。

數(shù)據(jù)分析比較：根據(jù)對表格中摩擦力大小數(shù)值的比較，可知道摩擦力的大小隨著壓力的增大而增大。

探究活動(dòng)三：探究接觸面積大小對改變摩擦力的影響，控制粗糙程度和壓力大小不變。

實(shí)驗(yàn)器材選用：彈簧測力計(jì)、木板、木塊。

實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)記錄：

用彈簧測力計(jì)分別拉動(dòng)木塊（平放和側(cè)放），使其在木板上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察這時(shí)測力計(jì)每次的讀數(shù)，即可知道摩擦力大小，并記入實(shí)驗(yàn)表格。

數(shù)據(jù)分析比較：根據(jù)對摩擦力大小數(shù)值的比較，可知道摩擦力的大小與物體平放或側(cè)放時(shí)的接觸面積大小無關(guān)。

3 分析交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納論證并總結(jié)

在完成上述這一系列探究活動(dòng)后，教師繼續(xù)指導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較、論證歸納，使他們初步知道影響摩擦力大小的各種因素，接下來教師引導(dǎo)學(xué)生深入探究下面兩種情況下摩擦力大小改變的情況。

（1）用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)木塊由勻速滑動(dòng)變成滾動(dòng)時(shí)（啟發(fā)學(xué)生在木塊下面墊上圓珠筆芯或鉛筆）的摩擦力大小改變情況，學(xué)生比較容易得出結(jié)論：物體滾動(dòng)時(shí)的摩擦力比勻速滑動(dòng)時(shí)的摩擦力大大減小。

（2）用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)木塊在不同傾角的木板上作不同速度的勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察測力計(jì)的讀數(shù)，記錄后比較得出結(jié)論：摩擦力大小跟物體作勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度大小無關(guān)。

在對上述幾種探究活動(dòng)歸納形成正確結(jié)論后，教師還可以讓學(xué)生充分想象、感知生活中利用改變接觸面粗糙程度以及壓力大小來改變摩擦力大小的各種實(shí)例，從而加深學(xué)生對影響摩擦力大小因素的理解。這樣就更容易讓學(xué)生歸納總結(jié)出：滑動(dòng)摩擦力的大小只跟接觸面的粗糙程度和物體對接觸面的壓力大小有關(guān)，而跟物體的接觸面積無關(guān)，而且接觸面越粗糙、摩擦力就越大；壓力越大、摩擦力就越大。

經(jīng)歷了上述過程，不僅讓學(xué)生驗(yàn)證了在活動(dòng)開始時(shí)產(chǎn)生的各種猜想是否正確，更重要的是讓學(xué)生掌握了探究改變摩擦力大小的思路和方法。選擇探究方案、選用器材、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)操作、收集數(shù)據(jù)、分析論證、歸納總結(jié)這一系列環(huán)節(jié)都經(jīng)過師生合作互動(dòng)、討論交流完成，學(xué)生的探究能力在實(shí)踐活動(dòng)中得到了培養(yǎng)和提高，這正是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是新課程關(guān)注學(xué)習(xí)過程和方法的重要體現(xiàn)。

4 拓展探究思路，創(chuàng)新多元探究方法，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力

在對改變摩擦力大小方法的探究活動(dòng)中，應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)器材，通過學(xué)生分組互動(dòng)探究，或者師生合作演示探究，達(dá)到探究教學(xué)的目的。

然而對于實(shí)驗(yàn)器材比較匱乏的少數(shù)鄉(xiāng)村學(xué)校而言，物理老師如何開展實(shí)驗(yàn)探究去驗(yàn)證猜想假設(shè)呢？這就要求教師在自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮教學(xué)智慧，創(chuàng)造性地指導(dǎo)學(xué)生拓寬探究思路和方法，充分利用教室里的或?qū)W生手中的一些簡單而方便的物件，開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，來驗(yàn)證猜想。比如沒有彈簧測力計(jì)，我們可以用具有相同性質(zhì)的橡皮筋來替代，沒有木塊可以用黑板擦來代替（黑板擦的正反面可以改變接觸面的粗糙程度，它的平放和側(cè)放亦可以改變接觸面積的大?。?，沒有鉤碼可用一些書籍或文具盒來替代，沒有木板可直接使用課桌面。

對于橡皮筋的使用操作，教師可指導(dǎo)學(xué)生用手中的塑料直尺先測量橡皮筋處于自然狀態(tài)時(shí)的長度（記下數(shù)值），再把橡皮筋和直尺配合使用。然后再按照上述所設(shè)計(jì)的幾種探究活動(dòng)方案逐一開展探究實(shí)驗(yàn)。

探究活動(dòng)一：探究摩擦力的大小改變與接觸面粗糙程度的關(guān)系。



如上圖，用細(xì)線把黑板擦栓好并系在皮筋上，拉動(dòng)皮筋隨直尺一起勻速滑動(dòng)（探究前可讓學(xué)生觀察黑板擦的正反面粗糙程度明顯不同）。先把黑板擦包有鐵皮的光滑一面平放在水平桌面上，然后拉動(dòng)皮筋使黑板擦作勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察并用直尺測量此時(shí)皮筋的長度，并記下數(shù)值大小，填入實(shí)驗(yàn)表格。然后再把黑板擦粗糙的棉毛一面平放在桌面上，同樣拉動(dòng)皮筋使黑板擦作勻速直線運(yùn)動(dòng)，用直尺測量皮筋的變化長度，記下數(shù)值大小。此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生比較黑板擦先后兩次滑動(dòng)時(shí)皮筋長度的變化。不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拖動(dòng)粗糙一面滑動(dòng)時(shí)，皮筋的長度變化量大，表明受到拉力越大，即得出了接觸面越粗糙，摩擦力就越大的結(jié)論。

探究活動(dòng)二：探究摩擦力大小改變與物體的壓力大小關(guān)系。

演示用皮筋拖動(dòng)黑板擦的粗糙一面在水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，把課本或文具盒先后兩次加在黑板擦上，觀察此時(shí)拉動(dòng)黑板擦勻速滑動(dòng)時(shí)皮筋的長度變化，并用直尺測量。通過觀察發(fā)現(xiàn)，增大了壓力后，皮筋的伸長量明顯變大，然后指導(dǎo)學(xué)生思考黑板擦受到的摩擦力發(fā)生了怎樣的改變，物體壓力對摩擦力改變有什么影響，學(xué)生很容易分析歸納得出結(jié)論。

探究活動(dòng)三：探究摩擦力大小改變與物體間接觸面積的關(guān)系。

將黑板擦分別平放和側(cè)放在水平桌面上，用皮筋拉動(dòng)黑板擦在水平桌面上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，觀察皮筋的長度變化并用刻度尺測量，比較分析得出結(jié)論：皮筋的伸長量沒有改變。這就證明了黑板擦受到的摩擦力與它和水平桌面的接觸面積沒有關(guān)系。

利用探究活動(dòng)三，同樣還可以得出“黑板擦作滾動(dòng)時(shí)的摩擦力比其滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦力要小得多”和“黑板擦作勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小改變對摩擦力大小改變沒有任何影響”的結(jié)論。

分析歸納：根據(jù)上述探究活動(dòng)，師生經(jīng)過討論交流，仍然可以得到結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力大小跟接觸面的粗糙程度和物體的壓力大小有關(guān)，而和接觸面積無關(guān)，并且接觸面越粗糙，摩擦力越大，物體的壓力越大，摩擦力就越大。

在上述三個(gè)探究活動(dòng)中，我們針對實(shí)驗(yàn)器材缺乏的情況，就地取材讓學(xué)生經(jīng)歷探究活動(dòng)，同樣達(dá)到了驗(yàn)證各種猜想正確與否的效果。需要指出的是，我們在這里不僅僅討論如何解決實(shí)驗(yàn)器材缺乏的問題，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生在分析問題、解決問題中如何去拓展多元思路、創(chuàng)新方法，并不斷提升學(xué)生自主探究創(chuàng)新能力，這比完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作更為重要。

(欄目編輯趙保鋼)