漫話探究式實驗教學

物理新課程理念的核心是改變過分強調知識傳承的傾向，讓學生經歷科學探索的過程，學習科學研究方法，培養探究精神、實踐能力和創新意識。對“探究”最早道得透徹明白的應該是屈原老夫子了（真怪，和蘇格拉底差不多是同時代人），他對人生迷惘憂愁想求個究竟，如何求？“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。他認為探究是一個過程，要經歷漫漫修遠的路途；其方法是要“上下”多方位尋求；探究需要發揮“吾”的自主性而不是由別人來施舍。弄明白人生真理是如此，讓學生學好自然科學更是如此。

夏老師以情境設疑導入，通過日常生活經驗和觀察中的兩個實例提出問題。圍繞問題，教師以即時演示實驗引入，加深學生心中的疑惑。在此基礎上，引導學生根據實驗做出猜想，然后再讓學生設計實驗對猜想進行驗證。學生借助DIS數字化傳感器向心力演示器進行實驗，通過實驗的圖像逐一探索改變向心力的因素，然后進一步通過討論與交流，得出向心力公式。接著運用牛頓第二定律，自然地推導出向心加速度的公式，讓學生明白勻速圓周運動的向心力和向心加速度的大小不變，但方向時刻在改變。從這里我們可以看到，本教學設計包括了提出問題、形成假設、制定方案、整合資料、得出結論、評價交流等幾個模塊，是實踐新課標理念的探究式實驗教學的典型案例。

探究式學習活動中的重要特征是以問題作支撐，以問題來貫穿學習過程始終，因此，問題的質量直接影響著探究的成敗。我們不妨看看本節課在引入新課時的兩個問題：同學們跑步轉彎時，身體會自然的怎么樣？在濕滑的水泥路上轉彎時，無論是騎自行車還是駕車，必須怎么辦？在這里，“身體會自然的怎么樣”，“必須怎么辦”這樣的問題不僅別扭，而且對高中學生來說，絲毫沒有置疑的價值。況且，兩個問題重復，沒有層次。如果第二個改為“你坐在汽車里，身子緊靠著座椅背。當汽車向右拐彎時，你感到身子會向哪個方向傾斜？”也許要好得多。“問題”重在“置疑”。有人將物理稱之為“悟”理，很有道理。“悟”字從“心”從“吾”，此心是“吾”（受者）之心。要達到“悟出道理”的效果，說者須適可而止從而迫使聽者腦子急拐彎，自個兒或看書或查資料或分析推理去弄明白其中的奧妙。

理科探究式教學的關鍵是實驗。其實加強實驗是傳統教學歷來的主張，在探究式教學中的實驗又有何特點？最主要的是要重視猜想、假設的形成。猜想與假設是科學思維的一種形式，合理的猜想是知識與能力的綜合體現。猜想不是胡思亂想，需要教師的引導。在本教學設計中，當學生對向心力的概念有了一定的認識后，進一步提出向心力的大小與哪些因素有關的問題，讓學生根據前述實驗做出猜想，然后再讓學生設計實驗對猜想進行驗證。我們發現，教師一開始進行的演示實驗是繩拉小球在光滑水平面作勻速圓周運動，重力與支持力平衡，所需向心力（合力）僅繩的拉力，其大小與半徑、角速度、質量有關。這是一個極簡單的特例。如果在此基礎上，提出問題讓學生思考：像生活中見到的一些作水平勻速圓周運動的實例，如自行車拐彎、老鷹在天空盤旋、小鋼球在碗中沿碗壁作圓周運動……其向心力的大小是否也如此？讓學生猜想和假設后再通過動手實驗驗證。那么，這種從特殊向一般的引導過程，將會使探究更精彩。

向心力是物體做勻速圓周運動時所受到的合外力，這在教學中是個難點，但同時為探索科學家的科學思維方法提供了生動的素材。我們不妨引導學生從分析“自行車拐彎”、“飛機在高空作圓運動”、“小鋼球沿碗壁作圓運動”等個案的受力情況入手，進而將上述“實物”去偽存真化為質點，最后引出圓錐擺這個物理模型，讓學生感受一次物理模型的建立方法。物理模型的建立是科學家留給我們寶貴的精神財富，在探索物理規律的同時，滲透物理研究方法、物理思維的探索，正是探索式教學的重要任務。

在“實驗與探究”環節，教師采用了DIS數字化傳感器向心力演示儀。DIS系統是傳感器、計算器和真實實驗的結合。在探究式教學中引入現代科技手段，有利于解決教學中的難點，有利于學生技能的訓練，有利于方便和精確地測量物理量，但有利亦有弊，“自動記錄”往往以削弱親身感受為代價。因此，在探究式實驗教學時切忌丟掉傳統實驗手段。非專用器材，特別是生活物品的實驗會拉近科學與學生的距離，使學生感到科學就在自己身邊，從而對科學產生親近感。著名物理教育家朱正元教授曾說：“不要迷信只有工廠制造的儀器才是儀器。”他提倡物理教師要設法不花一文錢而能做物理實驗。朱教授所提倡的“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”在探究式實驗教學中應該得到重視。