高中物理探究性學習活動的實踐與思考

1、高中物理探究性學習活動的實踐與思考江山五中 姜擁軍 王平一、物理探究性學習活動方式傳統(tǒng)的物理課堂教學模式大多數(shù)是灌輸接受式，教師注重的是把知識和結論準地教給學生，學生大多處于被動的接受狀態(tài)。灌輸接受式的教學方式，學生往往感受不到學習探索的樂趣，難以產(chǎn)生持久的學習興趣，不能適應新的學習要求。 在高中物理教學中，引導學生掌握科學探究的基本方法，培養(yǎng)探究學習的興趣，發(fā)展自主學習的能力，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和關心社會的責任感，是新課程倡導的目標，也是學生終身學習和健康發(fā)展的需要。高中物理探究性學習活動的開展方式是多種多樣的，按照活動的內(nèi)容可以分為以下4種類型。1以尋找物理規(guī)律為主的探究活動 以物

2、理規(guī)律為主的探究活動的基本過程是：通過對實驗現(xiàn)象的觀察，或應用已知規(guī)律、理論對某一現(xiàn)象進行邏輯推理，找出一些問題，然后設計實驗，采集實驗數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進行分析歸納，最終得到規(guī)律性的結論。如高一、高二年級的學生可以探究的小課題有：用傳感器探究影響摩擦力大小的因素、探究單擺的周期與哪些因素有關、探究碰撞中的能量問題、光在界面發(fā)生折射時遵從什么規(guī)律、如何查找電路故障、氣墊上彈簧振子的周期與質(zhì)量、勁度的關系等。 2以尋找儀器、生活用品的基本原理為主的探究活動 學生在日常生活中經(jīng)常會觀察到一些有趣的現(xiàn)象或用品并對這些現(xiàn)象或用品的基本原理產(chǎn)生興趣。學生提出問題后，教師帶領學生通過查閱資料、拆裝儀器、用品

3、，或是將儀器、用品拿到實驗室進行測量，探究其基本原理。比如，自行車摩電燈的工作原理、廁所馬桶沖水器的工作原理、汽車測速儀的工作原理、家用節(jié)水器的原理等常常會引起學生探究的興趣。 3以實驗和動手制作為主的探究活動 在每年的科技月我們都設計一些趣味實驗，這些實驗的內(nèi)容有些移植于課外書，有些是從各種實踐活動中學來的，還有些是根據(jù)所學知識自己設計制作的。比如，如何用地磁場獲得感應電流、組裝簡易望遠鏡、組裝萬花筒、做相反運動的球、組裝簡易靜電復印機、制作“魔擺”等。 4以測量基本物理量為主的探究活動 有些物理量雖然教材中沒有給出測量方法，而其測量方法卻包含很多重要的物理思想和重要的研究方法。因此，測量基

4、本的物理量可以作為探究活動的一個內(nèi)容。比如，可以用多種方法測磁體和電流周圍的磁感應強度、聲波的頻率、日光燈的頻閃頻率、極大和極小電阻等。二、探究性學習活動的關鍵環(huán)節(jié) 每項探究性學習活動都有許多環(huán)節(jié)，特別是以下幾個環(huán)節(jié)非常關鍵。 1確定探究課題 一個好的課題是探究性學習活動的良好開端。學生提出的課題，不少是模糊的、 膚淺的，或太寬泛、太深奧，涉及的知識可能非常廣、非常深，往往是他們現(xiàn)有的知識基礎難以解決的。此時需要教師從課題的意義、操作方法、涉及內(nèi)容等方面指導學生，逐步縮小課題范圍，明晰課題研究目的，最后確定課題內(nèi)容。 如在“自行車的摩電燈原理”這一課題中，開始階段學生想要制作一個節(jié)能型的發(fā)電機

5、，這個題目難度很大。需要共同分析幾個問題：（1）有沒有具體方案？（2）是否知道發(fā)電機的發(fā)電原理？（3）發(fā)電機涉及哪些物理基礎知識？（4）從哪個角度出發(fā)做到節(jié)能？提出問題后，教師帶學生到實驗室看手搖發(fā)電機。然后布置任務：（1）調(diào)查哪些裝置上安裝有發(fā)電機？（2）了解這些發(fā)電機的基本原理。 學生們找到了電動自行車上的充電電池、自行車上的摩電燈等能發(fā)電的裝置，通過認真研究，考慮到發(fā)電機涉及的知識和學生的知識基礎，最后定下一個比較可行的題目研究自行車摩電燈的基本原理。學生將買來的自行車摩電燈拆開，發(fā)現(xiàn)了許多意想不到的情況，比如磁體的磁極并不是N、S兩個，線圈的切割磁感線也不像書上畫得那么簡單，接線方式、

6、電流的波形等都顯得很復雜。于是，學生們想出了各種辦法測定了摩電燈中磁場的方向和強弱、畫出了電流的波形等，最后弄清了摩電燈的原理，畫出了摩電燈的原理圖。在實際操作的過程中，學生學會了很多知識，比如傳感器、萬用表和示波器的使用方法。另外還有很多意想不到的發(fā)現(xiàn)，如有的學生用鐵屑顯示磁鐵的磁極形狀時，發(fā)現(xiàn)摩電燈的磁鐵很特殊，有8個磁極?？傊n題的選擇有一個從大到小、從不可行到可行的過程，把握好這一環(huán)節(jié)，是完成探究活動的關鍵。 2實驗的設計和操作 探究活動的課題確定好了，就需要實施操作，這一環(huán)節(jié)需要考慮的因素很多，也非常重要，歸納起來有以下幾個方面：（1）某物理實驗過程中，需要什么儀器？（2）怎樣保證

7、實驗條件？（3）哪些因素是自變量？（4）怎樣控制變量和進行測量？（5）用什么儀器進行測量？（6）使用儀器時需要注意哪些問題？（7）記錄數(shù)據(jù)的表格需要有哪些項目？如，探究碰撞中的規(guī)律。這個實驗的目的是探究在兩物體碰撞中，除了動量守恒外，還有什么規(guī)律制約碰撞過程。 實驗裝置（教師準備好）：氣墊導軌、滑塊、光電計時器、數(shù)學實驗儀（傳感器）、電腦等。 物理過程（由學生討論分析得出）：讓兩滑塊發(fā)生碰撞，然后測定碰撞前后瞬間的速率、滑塊的質(zhì)量，尋找其中的規(guī)律。 實驗變量的控制（學生分組討論、試做、歸納，不同的組做的內(nèi)容可能不同，出現(xiàn)了3類共9種情況）：兩滑塊之間有彈簧圈，使碰撞過程中彈簧圈發(fā)生彈性形變，兩

8、滑塊的質(zhì)量控制為3種情況，；。 兩滑塊之間有橡皮泥，使碰撞過程中橡皮泥發(fā)生塑性形變，兩滑塊的質(zhì)量也控制為3種情況，；。兩滑塊之間有粘扣，使碰撞后兩滑塊一起運動，兩滑塊的質(zhì)量也控制為3種情況，；。 實驗條件的保證（由學生實驗前分析和試做中總結得出）：學生得出5點結論。上述實驗過程中的諸多問題，都要由學生在實驗中不斷總結，并逐步得以解決。在學生的設計和操作過程中，他們的思維能力和實驗能力得到鍛煉和提高。 3實驗數(shù)據(jù)的處理及分析 分析實驗數(shù)據(jù)，首先要有尊重事實的科學態(tài)度。學生實驗時，有時實驗結果與預期的不同，就會產(chǎn)生動搖，懷疑自己的實驗不準確，想改數(shù)或湊數(shù)，這是不尊重實驗事實的做法。應該認真分析實驗

9、條件、實驗過程，看是否真正滿足實驗原理的需要，還要認真查閱資料，看看出現(xiàn)本實驗的結果是否前人已做過理論上的解釋。 另外需要特別關注的是，物理規(guī)律的得出不能僅限于單純的從實驗結論給出，還要從理論上給以推理演繹。物理學家探索物理規(guī)律的過程充滿艱辛，走過許多曲折的道路，其間閃現(xiàn)出許多理性思維的火花，不要認為一個簡單的實驗就會得出一個偉大的理論。比如折射定律實驗，探究小組的學生對水和玻璃等介質(zhì)做了多組測量，得到了幾組實驗數(shù)據(jù)（表1是學生的一組實驗數(shù)據(jù)），分析這些實驗數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了一個教師意想不到的問題。表1折射定律實驗入射角折射角sinsinlglg107142118201315211530201461

10、1440251511155031149114603515115170391491168041150118從表中可以看出，入射角正弦與折射角正弦之比基本相等，于是有的學生計算了入射角與折射角的對數(shù)比，發(fā)現(xiàn)結果也是基本相等，而且從表中數(shù)據(jù)看，更接近同一數(shù)值。于是學生中就出現(xiàn)了激烈的爭論，有的學生認為，等的比值也等于常數(shù)，有的學生觀點相左。結論到底應該為哪一個？這時就要引導學生理解取對數(shù)意味著什么？對取對數(shù)，相當于把這個數(shù)縮小了很多倍。再去取比值，這樣就把原來的差距變得更小了，原本入射角與折射角的差距不到一個數(shù)量級，取了對數(shù)后，差距就更小了，數(shù)量級不到了，更看不出來了，所以取對數(shù)找關系這種方法并不是

11、萬能的，要看具體情況。再引導學生從理論上進行分析，根據(jù)光程最短原理（也叫費馬原理），可以引導學生推出常數(shù)，不能得出常數(shù)。另外，對角度取正弦值有明確的幾何意義和物理意義，而對角度取對數(shù)就沒有什么意義了。三、效果1通過探究性學習活動達到了發(fā)揮學生自主性的目的建構主義理論的核心思想是知識不是要被動地接受，而是認知主體積極建構。探究性教學活動，教師的作用是指導和參謀，從知識的傳授者轉(zhuǎn)為學生發(fā)展的促進者。教師從“主角”轉(zhuǎn)換為“平等中的首席”，學生自己去決定研究什么、怎么研究，研究的結果也由學生自己歸納總結，最后還要在全班同學面前作展示和講解，遇到困難時再找老師尋求幫助。學生在其間要進行交流、討論、查閱資

12、料、設計和實施實驗、修正等活動來完成學習，不是簡單的教師教、學生學；對學生而言，體現(xiàn)了學習的主體性，有了彰顯個性的機會。在教師指導下的以學生為中心的探究性學習，給予了學生自我發(fā)揮和自我展示的空間和機會，學生學習興趣濃、參與活動的程度高。 2探究性學習活動促使學生產(chǎn)生對科學的感悟，對提高創(chuàng)新意識和研究能力起到了促進作用 探究性活動使學生回歸到物理概念和規(guī)律的提煉過程和應用過程，引起學生進行實證調(diào)查，通過實驗、收集和利用數(shù)據(jù)并形成對科學現(xiàn)象的解釋，有利于加深對物理理論的認識，有利于將物理理論與實際進行結合，有利于學生對物理學習產(chǎn)生持久的興趣。一位物理學特級教師曾指出：“學好物理，只靠聽課寫作業(yè)不行

13、，必須要有大量的閱讀與研究，這一點是從整體上學好物理的關鍵?！边@里的“研究”指的是探究性學習活動。他鼓勵學生在高中階段適當多做一些有挑戰(zhàn)性的課題。 3通過探究性學習活動，提高了學生的團結合作意識及交往能力從選題開始，到設計研究方案、進行數(shù)據(jù)采集、查閱研究資料、做調(diào)查問卷、寫研究報告，最后在班里或年級里作演示和講解，往往以35人組成的小組形式來完成的。小組內(nèi)有分工、有合作、有討論、有交流，每個成員要承擔分給自己的任務，彼此之間要進行溝通，要將每個人的研究整合到整體中去。要形成組內(nèi)成員間的相互信任，如果組內(nèi)出現(xiàn)了沖突，要想辦法解決沖突。在這一過程中，學生將會體驗挫折與成功，感受平等與公正。通過幾年

14、的跟蹤觀察，我們發(fā)現(xiàn)，學生的合作意識及交往能力大大提高了，大多數(shù)在高一入學不久建立的探究性學習活動小組，在3年時間里，一直保持良好的合作關系。四、思考 1課題內(nèi)容要有所選擇，不是所有內(nèi)容都適合學生進行探究性學習 比如歐姆定律，有人設計這樣的探究性實驗保持電阻不變，改變導體兩端電壓，從而改變電路中的電流，用電壓表和電流表測出一組數(shù)值，從數(shù)值中歸納出電流與電壓成正比的結論。這個設計，粗看是讓學生探索歐姆定律，但實際上存在邏輯問題，因為電流表和電壓表都是依據(jù)歐姆定律為原理工作的，使用這個表來測量，就意味著已經(jīng)承認了歐姆定律再去用它找規(guī)律，就犯了循環(huán)論證的錯誤。 從歷史上看，歐姆定律的得來是非常不容易的，那個時候還沒有發(fā)明出電流表和電壓表。歐姆用磁針的偏轉(zhuǎn)方向來表示電流的大小，因為磁針受到地磁場和電流磁場的共同作用，N極沿合磁場方向，通過不同的電流，指針的偏轉(zhuǎn)方向就不同，又用溫差電偶的溫度差來表示電源的特征，用不同長度的銅絲來反映導線的特征，這些都是當時很巧妙的方法，很具有創(chuàng)造性。 2教師對探究性學習活動的指導要適當學生進行探究性課題的研究，會遇到很多困難，比如知識基礎薄弱，有的課題操作性差。因此，教師在這類探究性學習活動中的指導、參謀作用是很重要的。首先，學生感興趣的內(nèi)容往往不一定都是教科書上的內(nèi)容，也不一定是