設計開放性物理問題來形成探究學習活動

張啟業

摘要：本文通過實例闡述了如何設計開放性物理問題，從而形成探究式學習活動，以此增進學生探究式學習效果。

關鍵詞：新課程；探究式教學；開放性問題；設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2009)4(S)-0065-3

在新課程的實施過程中，設計探究式的教學方案是有效落實新課程理念的重要手段和方法，但其實施效果還不太理想，不能有效地達成知識和技能、過程和方法、情感態度和價值觀三維一體的教學目標。目前探究式學習還存在學生的參與度不足、討論內容偏離主題、課堂氛圍難以調控等現狀。

針對以上現狀，教師應嘗試著將教學內容設計成開放式，開放問題的某一個環節，在組織課堂探究活動中，便有可能克服上述缺點，使課堂探究按照原來設計的方式有序地開展，這樣可以使得學生的討論不偏離主題，同時也可以使課堂的氛圍和時間比較容易控制。下面舉例談一下開放式教學的設計方案。

1 開放物理問題的條件，形成探究學習活動

在傳統的教學中，講電磁感應的產生條件時常舉這樣一個例題：有一根通有直線電流的導線，和一個與導線在一個平面內的矩形線圈abcd，在下列情況下能使線圈中產生感應電流的是（ ）。

A．線圈abcd上下平動

B.線圈abcd左右移動

C．導線的電流增大或減小

D.以ab為軸轉動

這樣一來學生只要從A、B、C、D中選出一個或幾個正確的答案就行了，不能完全把學生的探究興趣調動起來。如果設計成開放性的問題，將會起到很好的效果。

如，有哪些辦法可以使線圈中產生感應電流呢？這樣一來學生經過探究能想出很多方案來。

（1）將線圈abcd以ab為軸旋轉

（2）將線圈abcd以對角線ac為軸旋轉

（3）將直線電流遠離或靠近線圈

（4）將直線電流以任意點為軸旋轉

（5）將線圈由矩形改為圓形或三角形

（6）將線圈abcd以bc為軸旋轉

（7）將線圈abcd以導線為軸旋轉（不能產生感應電流）

通過這種探究活動學生真正清楚了怎樣才能產生感應電流，而且還能把所列舉的情況歸類總結，深刻理解產生感應電流的條件：①磁場改變；②線圈面積改變；③線圈與磁場間的夾角發生改變。開放性的問題設計收到了預期的效果。

2 開放物理問題的過程，形成探究學習活動

在進行開普勒第三定律的教學時，如果僅告訴學生半長軸的三次方與周期的平方成正比，則失去了一個很好的探究機會；如果給出數據由學生去驗證，探究過程變得簡單，失去意義；如果設計成開放性的探究過程，引導學生去探究分析，則學生能深刻體驗到探究過程的快樂。可以設計這樣的問題：如表1所示為八大行星的半長軸和公轉周期的數據，請根據下表總結半長軸和周期的關系。

通過這樣設計，同學們就會去探究，觀察表中數據，發現兩組數據的一般關系為：

r越大，T越大。

作出一般性猜想：T與r成正比，即 T=kr。

作出T-r圖線（如圖2所示）后發現猜想不對。于是作出進一步猜想T與r²成正比，即T=kr²。

作出T-r²圖線（如圖3所示）后發現猜想也不對。

從圖像的彎曲情況來看，再作出進一步猜想：T=kr^1.5。

作出T-r^1.5圖線（如圖4所示），如果是一條過原點的直線，則說明T與r^1.5成正比，即T²與r³成正比。

通過這種開放性的設計，讓學生經歷了探究的過程，過程和方法的教學目標就自然地達成了。

3 開放物理問題的結論，形成探究學習活動

元電荷是高中物理電學的基礎，這個概念往往最容易被物理老師所忽略，認為這是一個亙古不變的結論，沒有探究的必要。其實如果從實驗數據入手，將結論設計成開放式的，將收到良好的效果。

例：美國物理學家密立根（Robert A.Millikan）在1909年到1917年期間，做了測量微小油滴上所帶電荷的工作，即油滴實驗，是物理學發展史上具有重要意義的實驗。這一實驗的設計思想簡明巧妙，方法簡單，而結論卻具有不容置疑的說服力，因此這一實驗堪稱物理實驗的精華和典范。密立根在這一實驗工作上花費了近10年的心血，從而取得了具有重大意義的結果。表2提供的數據是密立根測量結果中的一部分。請你根據這組數據推出元電荷e的數值。

學生獲得這些數據后，根據所學的數學知識進行探究，他們經過討論決定將這組數據導入電子表格中，然后對它們按升序排列，再采用逐差法，依次用后一個數值減去相鄰的前一數值，得出相鄰兩個數據之間的差值（如表3所示）。 觀察表格中的數據，發現相鄰電荷值之差與1.63關系密切。考慮到實驗誤差造成的影響，得出元電荷e的數值為1.630×10^－19C。通過這樣一個開放性的設計，讓學生在探究過程中，體驗了密立根研究元電荷的過程，從而培養了學生進行科學探究的樂趣和熱愛科學的情感。

4 從物理問題情景出發，形成探究學習活動

利用設置特定的情景，進行開放性的設計，這種開放性更能培養學生進行發散性思維的能力，有助于學生開拓思路，整合所學的知識，進行有效探究。

例如：圖5為一名宇航員“漂浮”在地球外層空間的照片。根據照片展現的情景提出兩個與物理知識有關的問題（所提的問題可以涉及力學、電磁學、熱學、光學、原子物理學等各個部分。只需提出問題，不必作出回答和解釋）：

例：這名“漂浮”在空中的宇航員相對地球是運動還是靜止的？

（1）________________________，

（2）________________________。

如果僅僅提出問題讓學生去解答，或讓學生去討論不同的解答方法，效果都是不太理想的。設計成開放式的問題，學生就有想象的空間，能夠提出許多問題，涉及到力學、熱學、光學、原子物理等多方面。這樣就能夠提高學生的參與度，達到理想的教學目標。

開放式的教學設計在實踐的過程中，有效地提高了學生的參與度，調動了學生的積極性，活躍了課堂氣氛，取得了比較理想的效果，但也要求老師掌握開放性的“度”，引導學生圍繞一節課的課題進行探究，才能更好地完成教學任務，有效地達成三維教學目標。

參考文獻：

［1］魏國棟，呂達.普通高中新課程解析［M］.北京：人民教育出版社，2004.

［2］陳峰.走進課堂——高中物理新課程案例與評析［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］黎奇.新課程背景下的有效課堂教學策略［M］.北京：首都師范大學出版社，2006.

(欄目編輯張正嚴)