基于學習路徑的高中物理探究性實驗教學策略

高宇

【關鍵詞】學習路徑 高中物理 探究性實驗 教學策略

高中物理實驗以探究性實驗為主，其教學的重點不僅僅是提高學生的動手實踐能力，而且更重要的是通過實驗教學讓學生體驗、經歷、感悟科學探究過程，學習科學家研究的方法，從而培養學生的科學精神和科學素養。所以實驗學習在學生學科素養的達成過程中有著不可替代的作用，研究學生在實驗學習過程中的路徑對優化實驗教學有著至關重要的作用。

1.探究性實驗學習路徑

北師大張春莉曾提出了學習路徑的三個方面：已有知識經驗、思維過程、知識表征。而探究性實驗學習的每個環節恰恰與學習路徑的三方面息息相關。

（1）學生原有知識經驗影響實驗問題的提出

已有知識經驗是學生學習的起點，而探究性實驗教學也不例外。情景體驗與實驗問題的提出必須是基于學生已有知識經驗的基礎上進行的.然而對于同一個情景，具有不同知識經驗的人考慮問題的角度是不同的，他們會提出的問題當然也是不同的。例如在上電容器和電容這節課時，以前很多老師會通過展示一些用電器的電路板來引入課題，一個簡單而熟悉的生活情景，把埋藏在學生內心許久的疑惑提到嗓子眼，很多學生見到這個情景就會不自覺的問道“對呀，這些圓柱形的原件是什么東西呢”。然而在近些年的教學中我們再仔細去觀察學生的反應，我們會發現與原來大有不同，現在大多數學生可能都沒有見過生活中電器的電路板，往往學生的第一反應是“電路板是這樣的嗎？”“好像手機里面不是這樣的吧？”等等，反而轉移了學生的注意力，對后續教學不利。由此可見，同樣的情景對不同的學生啟發作用是不同的。所以說研究學生的已有知識經驗是教師設計問題情景的前提和基礎。

（2）學生思維過程決定實驗方案的設計

學生不同的思維模式，往往反映出知識形成和發展的一個過程。實驗證據收集過程主要包含方案設計，實驗操作和數據處理幾個方面，是一個嚴謹的、復雜的、系統的過程。學生會如何進行這一過程當然與學生原有的知識經驗是有關的，但更多的取決于學生的思維過程。同一個班級的學生思維過程不可能是千篇一律的他們之間可能存在“層級式”，也可能是“并行式”，或者是“互補式”。只有充分的了解學生的思維過程，才能夠在教學過程中由淺入深，由低到高，由簡單到復雜。幫助每一層級的學生逐步完善自己的認知過程。才能夠在教學過程中起到促進的作用，引導學生學會互相欣賞、互相啟發，幫助學生在保留自己的想法的同時，學會接受和理解別人的想法，促進學生思維的發展，為之后的“解決問題”做鋪墊。

（3）學生知識表征反饋實驗學習成效

由于學生認知方式上的差異，學生在知識表征的方式上常常也是不同的。有的習慣于語言表征，有的喜歡用原理表征，還有的可能用數學表征。很多時候同一個實驗結論或者物理規律可以用多種不同的表征方式來敘述，并沒有對錯之分。但是實踐表明，如果學生的表征方式較為單一，或是方法選擇較為隨意，那么某一表征方式的選擇就不一定和問題最優化解決思路相吻合，這將嚴重降低學生的問題解決效率，甚至直接影響問題解決的正確性，如果能將多種表征方式綜合運用就可以避免上述問題。研究學生的表征方式能過在教學過程中合理的引導不同表征方式的學生進行交流，通過交流的環節讓學生體會不同表征方式各自的優點，從而優化問題解決方案，提高問題解決效率。

通過以上的分析，我們可以把探究性實驗學習路徑劃分為如圖1所示的幾個環節。通過設置的情境，提出問題。通過問題討論，設計證據收集方案;通過操作，親身經歷實驗的體驗過程，在操作中發現問題，解決問題;通過數據處理得出試驗結論;通過問題拓展，解決與本實驗緊密相關的問題。

2.基于學習路徑的探究性實驗教學策略

2.1以學生已有知識經驗為起點

（1）基于原有知識經驗的組合，實現問題喚醒

學生已有的知識經驗是產生新知識的基礎，如果學生的原有知識是充分的、正確的、積極地，那么通過溫習舊知識可得到新的理解和體會，通過原有知識的組合碰撞可以引出新的問題，新實驗知識的生成水到渠成。

（2）基于原有知識經驗的欠缺，進行問題生成

在實驗教學中，學生對所學實驗知識的已有知識經驗是欠缺的，空白的。那么教師應該主動合理的設置情景，讓學生通過切身的體驗從而獲取新的實驗知識與技能。比如通過情景的設置讓學生體驗到與原有知識經驗相矛盾的事實，引發認知沖突，使學生自發的進行問題的反思，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。

2.2以學生思維過程為主線

（1）依據實驗思維過程選擇實驗方案

高中物理中許多實驗的實驗方案并不是唯一，不同的實驗方案往往反映了方案設計者不同的思維過程。在實際教學過程當中學生的思維過程并不是千篇一律的，針對學生多樣的思維過程只要是正確的合理的我們完全沒有必要強行的糾正，突出學生的個性化發展依據學生的思維過程選擇實驗方案。當然有的實驗方案思維層次高一些有的實驗方案低一些。所以有時候為了達到培養學生思維能力的目的我們又會選擇一些特定的實驗方案。也就是說實驗方案的選擇也要考慮其對學生思維能力培養的功能。

比如圖2，在探究平行板電容器的電容這個實驗當中，課本上的實驗方案是用靜電計測電壓從而間接反映電容變化，該實驗思維過程復雜，從指針偏轉角的變化到電容的變化中間經過了幾次的轉化，學生很容易出錯。而用數字電容器、傳感器等科技產品可以很輕松的準確測量出電容器的電容，這樣改進使得實驗變得簡潔明了。但是同時其思維含量也低了幾個層次。所以為了更好的鍛煉學生的思維能力我們仍然選擇課本實驗方案為宜。

（2）針對思維差異組織互動交流

前面說到，一個班級幾十個學生之間的思維過程可能是具有多樣性的。他們之間可能存在“層級式”，也可能是“并行式”，或者是“互補式”。實驗教學的目的不僅僅是獲得一個正確的實驗結果，它也包括實驗過程中的思維方法和動作技能。所以在實驗教學中針對學生思維差異教師應該組織學生相互交流。通過與他人的交流對比中獲取更多的實驗知識技能，開拓思維視野，培養學生的合作探究能力。

（3）根據實驗思維難度搭建教學支架

當然學生的思維并不是每次都能達到我們實驗學習的要求，有些實驗要求是超出學生原有的思維能力水平的，那么教師必須為學生搭建支架。支架不是代替學生的思維，而是幫助學生激發思維。在實驗教學中教學支架從表現形式上包括：范例、問題、建議等。

支架起能夠幫助學生實現學習目的、順利結束學習，能夠促使他們從現有發展水平往潛在發展水平進步，能夠促使思維能力巧展。其中最為關鍵的作用就是促使思維能力的拓展。

2.3以優化實驗表征為目的

（1）重視正確實驗表象的建立

實驗表象是學生對所學實驗在腦海中所留下的映像，具有鮮明的形象性，錯誤的實驗表象會對后續的實驗認知起到誤導作用。所以應重視正確的實驗表象的建立。

例如我們在前面提到的“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗中，絕大部分學生基于初中的知識經驗形成了一個錯誤的實驗表象，即“內接”“外接”兩種方式是等效的。而這種實驗表象對后續的學習會產生巨大的阻力，所以在教學過程中必須糾正過來。

既然以往錯誤的實驗表象要糾正，那么在建立新的實驗表象時一定要慎之又慎，避免類似的錯誤表象在學生腦海中形成。

如圖3所示，在涉及打點計時器的諸多實驗中都有用到重物通過細線拉動小車在木板上運動這一裝置，很多學生在哪些實驗需要平衡摩擦力哪些實驗不需要平衡摩擦力的辨析上出現困惑，這就是因為學生在學習這些實驗的過程中建立了一個不健全的實驗表象。教師在那些需要平衡摩擦力的實驗（如：探究加速度與力和質量的關系實驗、探究功與速度關系實驗）教學過程中往往會著重的強調需要平衡摩擦力，也會深入的分析為什么要平衡摩擦力。但是在那些不需要平衡摩擦力的實驗（如：利用打點計時器測速度）中往往就不會提及平衡摩擦力的問題。而學生在學習過程中對知識是有遷移能力的，他很容易把其他與之類似實驗的結論遷移過來，從而認為所有的這些實驗都是要平衡摩擦力的。那么教師在實際教學過程中就應當盡量的避免這種錯誤表象的形成。比如可以每當遇到這一類的實驗時都把以前學過的實驗拿過來進行對比分析，這一個為什么要平衡摩擦那一個又為什么不需要平衡摩擦，這樣通過對比分析，在學生腦海中才能建立一個正確的完善的實驗表象。

（2）建立完備的實驗圖式

實驗圖式是人腦中已有實驗知識技能的網絡。學生進行新的實驗時，實驗圖式對新實驗信息會起到引導和組合的作用。

實驗學習的知識種類是比較多的，不同類型的實驗對知識的側重點也是不同的。有的側重于實驗原理的理解，有的側重于實驗方法的體驗，有的側重于儀器的操作使用，有的側重于數據的處理方法，也有的關注的是實驗結論的得出，等等。如果學生只是把這些信息零星的儲存在大腦中。首先這種儲存效率是低下的，其次這種方式只是對知識的記憶達不到學以致用的目的更談不上實驗探究能力的培養。要讓學生建立起完備的實驗圖式，組織學生對實驗進行總結評價是關鍵。通過對實驗的總結以及小組間的互評、自評能讓學生對實驗探究過程有一個全面的認識，把分散的知識點用線成知識網絡。

三、小結

當然我們對學習路徑的理解尚處于初步階段，學生的學習路徑是一個抽象的概念，如何具化學生的學習路徑是我們需要進一步研究的課題，學生的學習路徑越具體化對我們教學策略的優化就越具有指導意義。

參考文獻：

[1]趙國權.論學生問題意識的培養[J].河北：河北師范大學學報.2017.

[2]邊江.基于學生問題意識培養的高中物理教學實踐研究[D].河北：河北師范大學.2007.

[3]陳琴. 高中物理實驗教學合作探究性學習的實踐與研究[D].上海：上海師范大學.2009.

[4]張慧慧.基于元智能理論的高中物理實驗教學策略研究[D].安徽：合肥工業大學.2009.