美國高中物理的探究式教學策略研究

吳藎萱

摘 要：以“主導—主體相結合”為特征的美國高中物理探究式教學，有利于提高學生學習的主觀能動性，增強學生的合作交流意識，培養學生的批判性思維能力。美國中學物理課堂探究式教學的實施重視，利用課前導入環節引發學生的探究愿望，通過創建課堂活動拓展學生探究深度以及利用教材及網絡資源拓展學生探究廣度。

關鍵詞：高中物理;探究式;策略研究

在我國全面培養學生核心素養的理念指引下，探究式學習就是一種很好的教學策略。探究式學習是在教師的指導下，以學生為主體，讓學生自愿地、主動地探索，認識和解決問題的過程。探究式學習有利于培養學生的自主學習能力和創新思維能力。

然而在國內，對于我國大多數中學物理教師來說，探究學習教學還處于探索階段。大多數學生在物理課堂上只能被動地接受知識，學習方式是老師講、學生記，即使偶爾用到探究性學習，也只是流于形式。筆者任教于重點高中的國際部近十年的時間，在與大量外籍教師的研討、備課、聽課交流過程中，以及對外國教育文獻研究分析的過程中，對外國高中開展探究性教學的認識不斷加深，認為國外中學物理課堂推行探究學習的以下一些策略值得我們學習和借鑒。

一、美國高中物理探究式教學的特征

美國高中物理教師普遍認為，探究性教學模式不僅可以較深入地達到對知識技能的理解與掌握，更有利于創新思維與創新能力的形成與發展，即有利于創新人才的培養。在教學過程中，能否取得成就的關鍵是學生在學習過程中的主體地位是否能得到比較充分的體現，同時還需要有教師方面的引導、幫助與支持。課堂教學實踐表明，探究性教學模式的成功實施涉及兩個方面，既要充分體現學生在學習過程中的主體地位，又要重視發揮教師在教學過程中的主導作用。離開其中的任何一方，探究性學習都不可能有良好的效果。可見，“主導—主體相結合”是美國高中物理探究式教學的基本特征。

二、美國高中物理探究式教學的優點

首先，探究式教學有利于提高學生學習的主觀能動性。探究式教學以變“教我學”為“我會學”為目標，它的教學理論建立在“學生是學習活動的主體，教師的職責是組織、幫助和指導學生進行學習”的基礎之上。自主探究的學習模式，是將學生從“被動接受知識的容器”轉化為“主動學習的探究者”的有效途徑。它以激發學生興趣為起點，以調動學生積極性為引導，以創設學習空間為載體，以自主探究學習為核心，以培養自主創新能力為目標，讓學生學會自主探究、自主體驗、自我發現、自我選擇、自我教育。美國高中生在探究式學習過程中，學會獲取新知識和新事物，增強了學生的自信心和知識遷移能力。探究式學習過程中學生的學習是開放的，是自由的，必須通過自己的主動探索，主動去思考，主動去搜集資料才能完成學習，所以它的學習是主動的。

其次，探究式教學有利于培養學生的合作交流意識。美國高中物理的探究式教學通常不是一個人在學習，而是一個組、一個團隊在學習。探究式教學老師以項目的形式或者小組團隊形式讓學生對問題進行探討。在這個團隊中，學生可以自由組合，每個人根據自己的興趣、愛好和特長在小組里面擔任一定的角色，完成一定的任務。過程中團隊成員相互之間要互相分工，互相配合，關鍵還要相互之間進行展示，把自己的學習心得、體會和觀點表達出來。因此通過探究式的學習，學生就提高了交流能力、展示能力、團隊合作能力與領導組織能力。

最后，探究式教學有利于培養學生的批判性思維。個人的認識都是有局限的，探究學習的過程中會不斷遇到困難并且尋求解決方案，批判性思維過程在這一過程中會幫助學生不斷進行反省和自我完善。一個批判性思維者不僅僅是質疑判斷，這是因為質疑、判斷是為了尋求理由或確保正當性，為我們的科學信念和行為進行理性奠基。在探究性學習的過程中，美國高中物理教師引導學生批判性思維也是建設性的，這當中更是包含了鼓勵性和創造性。

三、美國中學物理課堂探究式教學的實施

（一）美國物理教師利用課前導入環節引發學生的探究愿望

1.微課導入，提出探究問題

美國中學物理教學的課前設計，經常會通過Blackboard系統，上傳一段5～8分鐘的微課視頻，提出探究的具體問題，創造真實完整的教學環境，激發學生的學習興趣。在內容上，突出解決一個問題，針對性強，內容短小精悍，語言簡潔簡練。在形式上，膾炙人口，具有一定的娛樂性，讓學生在輕松歡樂的氣氛中學習知識技能。

例如，在學習《大氣壓》一節中，美國教師拍攝了這樣一段視頻來啟發學生思考大氣壓的作用。教師先請一位學生用吸管吸飲料，然后提出問題：瓶子里的飲料是如何進入口中的？學生自然會想到是吸進去的。之后教師又拿出一個帶塞的裝滿飲料的玻璃瓶，邀請一位身材更加魁梧的男生來吸飲料，可是無論如何用力也吸不上來。最后教師又演示了用針筒把飲料通過吸管壓入口中。于是提出問題：水到底是如何進入人的口中呢？大氣壓在當中發揮了怎樣的作用呢。通過這樣影像素材能夠引發學生的學習興趣和探究的愿望，這無疑能夠更好、更直觀、更高效地提高教學質量。

2.美國物理教材利用認知沖突的導入為學生營造探究氛圍

例如，在進行圓周運動的教學時，教師通過設計了一組對比問題，來引發學生的認知沖突。首先讓學生思考：翻滾過山車到達最高點時，如果把安全帶解開，此時乘客有沒有危險？大部分學生回答道：“會有危險，乘客也許會掉下來。”接著老師繼續發問：如果是，把一個礦泉水瓶注滿水，讓他模擬翻滾過山車，做圓周運動，瓶中的水會不會流出來。學生回答道：“當然會。”這時老師并沒有急于指出學生的錯誤，而是模擬了水流星的實驗。于是學生就產生了強烈的認知沖突，發現基于自己生活經驗的推斷和實驗事實是相背離的。通過這段利用認知沖突的導入，學生一定會迫切想知道圓周運動中的向心力到底是怎樣的一個物理量，它是如何改變物體的速度的，于是引發他們課堂探究的熱情，從而提高聽課效率。

（二）美國物理教師通過創建課堂活動拓展學生探究深度

1.創設“發散式”問題情境，培養探究精神

“發散式”問題情境，即以某一知識點為中心，教師從不同方向、不同角度創設一些問題情境來激起疑義，深入對知識點的理解，開發心理潛能。例如，課堂中讓學生自主探究彈簧振子周期的影響因素。這就為學生猜想和設計實驗提供了廣闊的空間。課堂中有的學生猜想可能與彈簧振子的質量有關，可能與彈簧的長度有關，可能與當地的重力加速度有關，可能與彈簧的勁度系數有關，可能與摩擦力相關，等等。猜想的內容可以各不相同，設計的實驗方案也可以各不相同，這樣的研究過程就具有開放性，盡管各個學生的能力不同，但都在探究過程中使探究能力得到提高。

2.創設“合作式”教學情境，培養探究能力

小組合作學習已經成為課堂教學中廣受歡迎的教學模式，不僅能充分發揮學生的主體作用，引發學生的學習熱情和積極性，而且能培養學生的創新意識、實踐和合作能力，使學生得到全面提高和發展。

例如，在探究影響向心力大小的因素的物理實驗中，學生會進行很多的猜想，例如轉動的線速度、角速度、轉動的半徑、轉動的物體的質量、轉動的周期等。這時如果讓每個學生完成對如此多不確定，物理量的探究會耗費相當長的時間。通過有效的小組合作，每位小組成員可以重點研究1～2個物理量，對向心力大小的影響。并且還可以通過多次的重復測量，確保有效性和準確性。最后小組成員再共同匯總實驗結果，在討論和協作中完成實驗報告。通過小組合作，既保證了教學任務的完成，大大提高了教學效率，又讓學生真正體驗到合作的意義。同時，在學生小組合作學習時，教師要注重自身參與，一方面能及時認知學生的學習狀態，另一方面給學生一種潛在的期望，激勵學生積極討論、交流，提高合作的效率。

（三）美國物理教師課后利用教材及網絡資源拓展學生探究廣度

1.美國物理教材突出科學探究

美國中學主流物理教材Physics-Principles and Problems在“物理實驗室”與“口袋實驗室”等欄目的內容設計中，充分體現出對學生探究思維能力的培養。例如，在第11章《聲》的研究過程中首先通過《起步實驗》——玻璃杯發聲實驗，要求學生提出一種方法，使得同一個玻璃杯發出不同的音調。通過實驗驗證提出方法是否可行，并進一步研究那些能產生高音調的玻璃杯有什么特殊的性質。在本章之后的《物理實驗室》板塊中，提出如何利用閉館共鳴器來求聲速。并通過該實驗的結論進行推論，一般來說第1個共鳴點出現在管長的1/4波長處，那么第2個、第3個共鳴點一般出現在何處呢？如果你有一根較長的管子，它是否有可能在另外一個位置發生共鳴呢？請學生解釋他們的答案，并且提出進一步的探索，哪一種方法得到的聲速更為精準？最后再把聲學中的知識與生活中的實踐相聯系，讓學生嘗試解釋管風琴管子的尺寸與它的共鳴頻率之間的關系。在本章的《物理學前沿》板塊中，通過向學生提供一系列的物理學實驗數據，要求學生進一步探索，科學家是如何將由聲波引起的表面運動，從由太陽轉動引起的運動中分離出來的。某一星球上的聲波與太陽上的類似，但規模不同，它是否具有與太陽上的聲波相同的波長。教材中幾乎在每一個章節中都提出了探究性的內容供學生思考，充分體現出美國教材對于學生培養探究性思維的重視。

2.充分利用網絡資源

探究式教學的課堂中，美國教師善于借助網絡的資源，讓學生來開展探究活動，并獲得相關信息。在學習帕斯卡原理、阿基米德原理以及伯努利原理的過程中，教師要求學生通過自主查找網絡資源，了解在設計核潛艇時需要考慮哪些方面才能夠使它在海洋的各個深度上行動自如。當它在深海中前進時，必須能夠經得住多大的壓力和溫度。在學習物體隨溫度變化而發生的熱脹冷縮現象時，要求學生通過自己在網絡上查找資料，了解物體的受熱膨脹現象，對于建筑物道路、橋梁和機械的設計所產生的影響。查找學習資料，進行自我準備的過程，本身就是一個自我探索的過程，既培養了探究熱情，又鍛煉了探究的能力。

參考文獻：

[1]湯世華.高中物理探究性課堂教學策略[J].科教文匯，2007（9S）：99.

[2]劉大杰.淺談高中物理教學中的探究式教學[J].中學生數理化（學習研究），2014（11）：75.

編輯 魯翠紅