科學(xué)探究教學(xué)模式在高中物理實(shí)驗(yàn)探究課中的運(yùn)用

李英

學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究是高中物理中常用的探究方法，也是一種物理學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動中，通過經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時的相似過程，在探究活動中學(xué)習(xí)物理知識與技能，體驗(yàn)探究樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)思想和精神。實(shí)驗(yàn)探究也是學(xué)生完成物理課程所必須達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)，《課程標(biāo)準(zhǔn)》對科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽嗣鞔_的要求。因此，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)努力通過多種途徑，注重對學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。

科學(xué)探究教學(xué)模式是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下，以類似科學(xué)研究的方式去獲取知識的一種教學(xué)形式。一般包含七個探究要素：（1）提出問題；（2）猜想與假設(shè)；（3）制定計劃與設(shè)計實(shí)驗(yàn)；（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)；（5）分析與論證；（6）評估；（7）交流與合作。下面以學(xué)生實(shí)驗(yàn)《探究功與速度變化的關(guān)系》為例來探討科學(xué)探究教學(xué)模式在學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究課中該如何展開實(shí)施。

一、教師提出問題

汽車在牽引力作用下速度增加，動能增加；足球在草坪上滾動中受到阻力的作用，速度逐漸減小，動能減小。我們通過動力學(xué)知識很容易解釋，但從另一個角度分析，這些力作用中都伴隨著力的做功，那是否做功與動能變化間存在某種聯(lián)系呢？

二、師生共同猜想與假設(shè)

假如存在聯(lián)系，我們該怎樣得到它們之間的關(guān)系呢？

三、小組討論，設(shè)計實(shí)驗(yàn)

1.教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞功與速度的測量展開。

引導(dǎo)問題一：用什么實(shí)驗(yàn)器材測量速度？怎么測？

引導(dǎo)問題二：測量功需要測什么物理量，用什么實(shí)驗(yàn)器材測量，怎么測？

引導(dǎo)問題三：怎樣通過一個實(shí)驗(yàn)同時測出速度和功？

學(xué)生圍繞功展開討論，分析各種可能性。

2.學(xué)生討論，小組方案展示

方案一案例展示：拉力的功，可測，拉力的測量可以采用彈簧測力計，但彈簧測力計測運(yùn)動物體所受拉力讀數(shù)很困難，所以不可取；有同學(xué)建議改為拉力傳感器，如果用拉力傳感器拉動物體運(yùn)動，又很難保證拉力恒定。面對困難，同學(xué)們展開熱烈的討論……有同學(xué)聯(lián)想到探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，利用重物來提供牽引力，拉動小車運(yùn)動。如果采用這個方案，則力的測量可轉(zhuǎn)化為重物重力的測量，速度和位移的測量可采用打點(diǎn)計時器進(jìn)行。

方案二案例展示：因?yàn)橹亓Φ墓θ菀诇y量，很多同學(xué)想到利用自用落體運(yùn)動研究重力做功與速度變化的關(guān)系。具體器材可采用鐵架臺，打點(diǎn)計時器或光電門加重錘的方式；還有一部分同學(xué)想到利用單擺裝置，把擺球拉起一個角度釋放，在最低點(diǎn)安裝光電門及數(shù)字計時器的方式，也可以進(jìn)行探究。

方案三案例展示：教師引導(dǎo)，前面方案均為恒力做功的情況，能否找到合適的探究變力做功的方式呢？教師可引導(dǎo)類比小朋友玩的彈弓，利用彈力把彈子彈射出去。如果能夠測出彈出物體的速度，在測出彈力的功就能解決問題。這時教師可引導(dǎo)學(xué)生利用多根橡皮筋，把小車彈射出去的方案，即課本的方案，利用倍增法一份份地增加彈力的功，把一根橡皮筋做的功作為一個單位，依次增加橡皮筋的根數(shù)。

在本方案中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生解決幾個問題：

問題一：小車在彈力作用下的運(yùn)動時是否為勻變速直線運(yùn)動？我們能否根據(jù)這段加速運(yùn)動的紙帶得到小車的末速度？答案：小車做變加速運(yùn)動，所以不能根據(jù)這段紙帶得到小車末速度。

問題二：我們怎樣保證每根橡皮筋所做的功都相同？答案：每次把橡皮筋拉開相同的長度，讓小車從同一點(diǎn)釋放。

問題三：我們應(yīng)怎樣測量小車的末速度？答案：讓小車脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動，根據(jù)勻速階段的紙帶計算小車的末速度。

問題四：怎樣保證小車脫離后做勻速運(yùn)動？答案：平衡摩擦力，使小車脫離橡皮筋后受力平衡。同時受到橡皮筋作用的力也為橡皮筋的合力。

最后教師要對各種方案的科學(xué)性、合理性、可行性給出恰當(dāng)?shù)脑u價，鼓勵學(xué)生多進(jìn)行各種可能方案的嘗試。

四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)

1.學(xué)生按確定方案開始實(shí)驗(yàn)。

2.教師適時提出問題，指導(dǎo)學(xué)生操作的技巧，針對問題，完善實(shí)驗(yàn)操作。

3.學(xué)生自己設(shè)計表格，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

五、分析論證，得出規(guī)律

1.根據(jù)收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過處理計算，繪制圖像，利用數(shù)表軟件進(jìn)行處理。

2.得出結(jié)論：初速度為零時，功與速度的平方成正比。

結(jié)論推廣：初速度不為零時，功與速度平方的變化量成正比。

在實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生在提出問題時可以鍛煉實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型的能力；在猜想與假設(shè)中鍛煉類比與聯(lián)想能力；在設(shè)計實(shí)驗(yàn)時鍛煉思維的縝密性，在不同的設(shè)計方案中鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維能力；在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時鍛煉學(xué)生的動手能力；在分析論證中鍛煉學(xué)生的邏輯推理能力。實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式的實(shí)施必將改變學(xué)生的面貌，讓學(xué)生充分體驗(yàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的過程，提高學(xué)生各方面的探究能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 廖伯琴、張大昌.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀》，湖北教育出版社，2003.

[2] 廖伯琴.《物理教學(xué)探討》，物理教學(xué)探討雜志社.

[3] 人民教育出版社.《全日制普通高級中學(xué)教科書物理第一冊第二冊》，2002.

[4] 陶紅.《物理實(shí)驗(yàn)論》，廣西教育出版社，1996.

【本文是河北省十二五規(guī)劃重點(diǎn)課題，課題名稱：科學(xué)探究教學(xué)模式在高中物理教學(xué)中運(yùn)用的研究，編號：11040758。】

（作者單位：河北省邢臺市第七中學(xué)）