探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)是揭示物理學(xué)科基本規(guī)律和基本概念的有效途徑。高中物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)用探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生在探究中釋放自身潛力。

一、探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐優(yōu)勢

（一）激發(fā)物理學(xué)習(xí)興趣

有效的學(xué)習(xí)興趣能夠?yàn)閷W(xué)生提供充足的學(xué)習(xí)動(dòng)力。探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)契合高中生思維靈活、動(dòng)手能力較強(qiáng)的特征，能夠使學(xué)生熱情對待實(shí)驗(yàn)操作，不斷探索知識內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)“別有洞天”的物理知識，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的最大化。

（二）轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式

有效的教學(xué)過程應(yīng)借助教師與學(xué)生的積極互動(dòng)交流。探究式教學(xué)能夠徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)被動(dòng)的教學(xué)模式，使學(xué)生避免生硬理解、機(jī)械記憶，并樹立新的學(xué)習(xí)習(xí)慣，由原來的“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，進(jìn)而在與教師的互動(dòng)中積極思考，認(rèn)識所學(xué)知識，對知識產(chǎn)生更加深刻的理解，提高其發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力、搜集資料和信息處理的能力、解決問題的能力。

（三）提升學(xué)生的主體地位

新課改進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了教師需關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。探究式教學(xué)能夠打造出氣氛融洽的學(xué)習(xí)環(huán)境，為其提供具有思考價(jià)值的疑難問題，引導(dǎo)其分析討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，確定實(shí)驗(yàn)探究的方案和方向，使其運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識來領(lǐng)悟物理學(xué)科的規(guī)律，突破抽象的物理知識內(nèi)容；更能夠使其在開放探究中發(fā)現(xiàn)正確的價(jià)值觀念，使物理學(xué)科的探索精神、懷疑精神、創(chuàng)新精神得到落實(shí)。

二、探究式教學(xué)理論和高中物理探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟

杜威的“做中學(xué)”理論為探究式教學(xué)提供了理論基礎(chǔ)。其將學(xué)生的學(xué)習(xí)思維過程概括為暗示、問題得出、問題假設(shè)、推理、驗(yàn)證五步驟，即“五步探究教學(xué)法”。施瓦布對科學(xué)探究進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其認(rèn)為科學(xué)探究教學(xué)不僅包含對科學(xué)知識本身的探究，也包含對教學(xué)、學(xué)習(xí)方式的探究。這一過程中，學(xué)生應(yīng)成為知識的創(chuàng)造者，而教師是知識的引導(dǎo)者和探究者，并將科學(xué)探究過程劃分為明確問題、收集相關(guān)資料、提出假設(shè)、探究驗(yàn)證、得出結(jié)論五個(gè)階段。

因此，本課在杜威、施瓦布的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵與要求，設(shè)置了“創(chuàng)設(shè)情境，提出問題—問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)假設(shè)—合作交流，設(shè)計(jì)方案—實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證假設(shè)—整理結(jié)論，建構(gòu)知識—實(shí)踐應(yīng)用，知識遷移”六步驟教學(xué)。

三、探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐策略

（一）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師結(jié)合生活實(shí)際中的平拋運(yùn)動(dòng)，利用多種方式向?qū)W生呈現(xiàn)。例如，通過多媒體播放網(wǎng)球比賽中球拍水平擊打網(wǎng)球、水平飛行的飛機(jī)向下空投物資等視頻，也可以將飛鏢帶入課堂，邀請幾位學(xué)生上臺投擲。這樣的方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其集中注意力，并發(fā)現(xiàn)多個(gè)情境的相同點(diǎn)，抽象出平拋運(yùn)動(dòng)的模型，對于平拋運(yùn)動(dòng)建立初步概念。

（二）問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)假設(shè)

教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題，使學(xué)生明晰平拋運(yùn)動(dòng)具有水平初速度、受到重力作用等特征，為其探究實(shí)驗(yàn)假設(shè)打下基礎(chǔ)。（1）平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是怎樣的？（2）怎樣研究曲線運(yùn)動(dòng)？能夠運(yùn)用之前掌握的知識嗎？（3）怎樣選擇力的分解方向？（4）平拋運(yùn)動(dòng)可能有怎樣的規(guī)律？通過問題引出力的合成與分解相關(guān)知識，激發(fā)學(xué)生已有認(rèn)知。

（三）合作交流，設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過前期的假設(shè)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果有了初步的了解，并在此基礎(chǔ)上，對所要研究的問題進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，進(jìn)而得出結(jié)論。在探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合作交流的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開展自主合作交流與合作學(xué)習(xí)，將所學(xué)知識融會貫通。

在教學(xué)“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，分工合作進(jìn)行探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生采用實(shí)驗(yàn)探究的方法設(shè)計(jì)一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方案。教師先選擇一個(gè)合適的平拋運(yùn)動(dòng)模型作為探究對象，讓學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)。

教師將學(xué)生隨機(jī)分組，引導(dǎo)學(xué)生自主討論交流、分析論證，充分發(fā)揮每一名小組成員的能力和集體創(chuàng)造力，盡可能利用已有的實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)探究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方案，并畫出圖示意。在這一過程中，教師應(yīng)觀察小組交流過程，引導(dǎo)其把握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵、控制實(shí)驗(yàn)變量、設(shè)計(jì)可行的方案等。

（四）實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證假設(shè)

1.自制實(shí)驗(yàn)，建立初步認(rèn)知

教師在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上選取直尺、卡紙、夾子、兩枚硬幣等身邊的實(shí)驗(yàn)材料，為學(xué)生設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)自己對平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知，組裝實(shí)驗(yàn)器材，在直尺上放置卡紙折疊成的“橋”，運(yùn)用夾子固定，并在橋兩端各放置一枚硬幣，使硬幣分別架設(shè)在直尺兩端，開展初步探究。學(xué)生撥動(dòng)直尺，兩枚硬幣同時(shí)下落，且其中一枚做平拋運(yùn)動(dòng)，另一枚做自由落體運(yùn)動(dòng)，可以看到兩枚硬幣幾乎同時(shí)到達(dá)地面，得出平拋運(yùn)動(dòng)的豎直方向?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，使得物理知識得以情境化、生活化展示，降低了學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究難度，發(fā)展其知識結(jié)合生活的能力。

2.小組實(shí)驗(yàn)，探究問題本質(zhì)

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)后，教師需要進(jìn)一步著眼于平拋運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，積極引入多樣實(shí)驗(yàn)器材，為學(xué)生提供系統(tǒng)、具有探究性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師可以將平拋運(yùn)動(dòng)器材和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相結(jié)合，精確記錄平拋運(yùn)動(dòng)中物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化，實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示。

在實(shí)驗(yàn)操作中，教師引導(dǎo)各組沿滑槽釋放小球，使其離開滑槽后，做平拋運(yùn)動(dòng)接觸桌面，收集其離開滑槽末端時(shí)的速度和復(fù)寫紙留下的接觸點(diǎn)位置，并不斷改變滑槽高度，分析平拋運(yùn)動(dòng)物體在水平方向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙利用現(xiàn)代信息技術(shù)，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中難以準(zhǔn)確確定物體水平運(yùn)動(dòng)速度的不足，使學(xué)生經(jīng)歷探究操作、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析的過程。

3.演示實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化教學(xué)價(jià)值

學(xué)生從垂直、水平兩個(gè)方向有效把握了平拋運(yùn)動(dòng)的特征。教師可以進(jìn)一步發(fā)揮信息技術(shù)工具迅速收集、處理多樣數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，運(yùn)用多種傳感器和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)置演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)分析平拋運(yùn)動(dòng)的兩方向受力，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)價(jià)值。

教師在鐵架臺上固定平拋滑槽軌道和釋放裝置，確保平拋運(yùn)動(dòng)滑槽軌道完全水平，并在其上方固定能夠同時(shí)測量物體在空間中的位置和速度的二維運(yùn)動(dòng)傳感器接收端，在實(shí)驗(yàn)小球上設(shè)置二維運(yùn)動(dòng)傳感器發(fā)射端，設(shè)置定間隔發(fā)射模式，將滑槽軌道末端設(shè)置為記錄原點(diǎn)，釋放小球，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)軟件中進(jìn)行擬合，繪制曲線，并分別展示x軸、y軸的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線（如圖2、圖3所示）。

曲線中的黑點(diǎn)代表二維運(yùn)動(dòng)傳感器接收到的每一次數(shù)據(jù)發(fā)射，學(xué)生可以清晰地看出小球在x軸的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線呈拋物線，證明平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)；小球在y軸的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線呈拋物線，證明平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這樣的方式更加清晰地展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（五）集中教學(xué)，分組合作

探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅需要學(xué)生具有較高的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ€需要學(xué)生具備良好的合作意識和溝通能力，只有這樣才能使探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加高效。在進(jìn)行探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)情況，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的探究教學(xué)方案。同時(shí)，教師還要注重對學(xué)生的分組管理，讓每個(gè)小組都能發(fā)揮自己的優(yōu)勢，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師可以采用分層教學(xué)的方式為學(xué)生提供參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，幫助學(xué)生展示自我。教師還可以引導(dǎo)學(xué)生開展小組討論活動(dòng)，讓學(xué)生發(fā)表自己的意見和看法。

在教學(xué)“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供充足的時(shí)間，讓學(xué)生自主開展探究活動(dòng)。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。小組成員可以根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行分工，讓每個(gè)人都有機(jī)會展示自己的探究成果。例如，在探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)時(shí)，教師可以將學(xué)生分成三個(gè)小組，分別由不同的學(xué)生負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)。這樣的分組合作方式，不僅可以發(fā)揮小組成員的優(yōu)勢，也可以鍛煉學(xué)生的組織能力和合作意識。在分組合作過程中，學(xué)生要積極發(fā)表自己的見解，充分展現(xiàn)自我實(shí)力和優(yōu)勢。此外，教師還要對每一組進(jìn)行單獨(dú)指導(dǎo)和評價(jià)，確保每位學(xué)生都能參與到實(shí)驗(yàn)過程中來。

（六）整理結(jié)論，建構(gòu)知識

通過探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)從多方面明確了平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識。教師向?qū)W生出示空白表格，引導(dǎo)各組學(xué)生填寫，整理平拋運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律（如表1），為學(xué)生自主知識體系的建構(gòu)提供直觀、明晰的引導(dǎo)。

（七）實(shí)踐應(yīng)用，知識遷移

教師基于教學(xué)開始時(shí)投飛鏢的游戲，再次回歸生活實(shí)際，設(shè)置思考問題：在投飛鏢的過程中，一位同學(xué)從高于靶心的位置將飛鏢投向豎直懸掛的靶盤，但飛鏢卻命中靶心的下方。如飛鏢飛行過程中所受空氣阻力可以忽略，為命中靶心，這位同學(xué)應(yīng)當(dāng)怎樣做？引導(dǎo)學(xué)生意識到物理知識和生活的緊密聯(lián)系。

教師應(yīng)當(dāng)積極引入探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，立足教學(xué)內(nèi)容，從學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)特征出發(fā)，借助創(chuàng)設(shè)情境、問題驅(qū)動(dòng)、實(shí)驗(yàn)探究、驗(yàn)證假設(shè)、建構(gòu)知識、實(shí)踐應(yīng)用六步驟，充分激發(fā)學(xué)生探究興趣，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使其在探究中多方思考、自主操作，收獲知識與能力。