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实施高中物理探究式教学的实践与思考
实施高中物理探究式教学的实践与思考
作者:胡火修    文章来源:本站原创    点击数:9390    更新时间:2009-9-25 13:49:45

 序言

新的历史条件下,传统的教学模式和教学理念已经不能适应新课程改革的需要。以培养学生的创新精神和实践能力为重要内容的素质教育已受到广泛重视,因此教师应改变原有的教学模式,在教学中积极开展探究式教学。

 

探究式教学概论

所谓探究式教学,就是以探究为主的教学。其目的在于:让学生通过亲身经历和体验科学活动,激发学习物理的兴趣,增进对物理学的情感,理解物理学的本质。学习科学探究的方法,初步形成科学探究的能力。具体来说,它是指教学过程中,学生在教师的启发诱导下,以独立自主学习和合作讨论为前提,以现行教材为基本探究内容,以学生周围世界和生活实际为参照对象,从学生掌握知识的实际出发,为学生提供充分自由表达、质疑、调查研究、讨论的机会。让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑等尝试活动,将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。

探究式教学在物理课程中的作用,就是将学习重心从知识的传承积累向知识的研究过程转化,从被动接受知识到主动获取知识的转化。传统教学模式是一种灌输—接受式,是以教师传授知识为主,把知识和结论准确的教给学生,而学生大多数处于被动接受的状态,这种教学方式学生往往感受不到学习探索的乐趣,难以产生持久的学习兴趣,不能适应新的学习要求。

倡导探究式教学,体现的是以人为本的教学思想,是变注重学习结果为注重学习过程,变学生被动的听课为主动参与,变学生的接受式学习为探究式学习,变教师为中心的实施模式为学生为主体的探究模式。只有这样才能真正保证学生在课堂实施过程中的主体地位,才能保证新的《物理课程标准》的贯彻实施。

如何实施探究式教学,根据现行教材的内容,一般分为两类,自由探究和定向探究。对自由探究是强调学生主体主动作用,学生根据自己的观察或发现提出研究课题,是利用课外时间完成的,研究活动的环节较多,研究周期较长,需要的知识面较广,但每一个学生所能完成的课题数目极其有限。对定向探究是在课堂内进行的,课题的内容服从教学进度的需要,课题由教材或教师提出,是由教师创设一种情境,提出一个有待研究的问题,提供给学生探究的必须物质、资料、设备等方面的条件,引导学生一步步完成探究,达到问题的解决。

因受到课堂教学时间的限制,每个课题所花的时间不可能太长,因此研究环节一般较少,而这类探究课题的数量较多,是中学物理课堂教学的核心任务,定向探究的初级阶段是教师提出问题,建立假设,制定研究方案,学生检查假设,作出结论。中级阶段是教师提出问题,建立假设,学生制定研究方案,检查假设,作出结论。高级阶段是全部由学生解决,这就发展到自由探究。在定向探究式教学的实施中,我们都必须处理好以下几个原则:

必要性原则

探究式教学时要考虑它的必要性,不能为探究而探究。因为教学方式是多样的,不同的教学内容可采用不同的教学方式。知识性、定义类、单位及其换算类的内容,主要采用传授式进行教学。如《力学单位制》《动量和冲量的定义》等;凡是对那些概念性强,学生难以分清的,一般采用讨论式教学。如力的概念、场的概念等;凡涉及到应用知识的迁移能力,搜索信息能力,交流与合作能力方面的内容,一般采用探究式教学。如《合力与分力》《原子的核式结构》《楞次定律》等。

在探究《原子的核式结构》时,首先指出科学发现的历程,领会科学一般的研究方法。以汤姆生发现电子(科学发现)→原子结构模型(枣糕模型猜想)→卢瑟福想用实验验证猜想(实验证明)→发现出乎意料的结果(发现新矛盾)→推翻旧的猜想(提出新观点)→建立新的理论(核式结构模型)→再用实验验证等一系列曲折的科学历程为主线,渗透科学精神的教育,培养学生的科学探究思想是必要的。建议围绕α粒子散射实验,利用电脑创设一个“黑箱探究”的实验情境进行观察、猜想、研究、结果。        

所以在设计探究式教学时,关键还是看教学活动的本身应该采取哪些步骤,这就具有很大的灵活性,一定要避免由于探究式教学的形式化、僵固化,而失去它应有的活力,这就要考虑它的必要性。

可行性原则

对探究式教学是否可行,能否顺利进行和实现预定的教学目标,必须参考它的有限时间、实验器材、学生自己掌握的知识等方面的问题。一个探究式教学,需要教师的引导,学生的讨论、交流,甚至是争论都要有充分的时间。而45分钟不够,可考虑连堂的方式来完成。对实验器材不满足要求可考虑替代,如《电阻的测量》、电压表、电流表能否用毫安表代替;对直接测量不可行可采用间接测量;对定量测量很难可改为定性测量,如研究向心力大小与各要素之间的定量关系改为定性研究:感受向心力的存在;还可借助多媒体课件来进行补充,如《平抛运动》现场拍照难度较大,可借助多媒体。对探究的整个过程,无论是假设、还是分析讨论,学生都必须调用原有的各学科知识进行,当学生原有知识不够用时,教师可提供必要的背景资料或上网查阅资料进行。

程序性原则

探究式教学基于科学探究活动,具有很强的程序性,因此整个教学过程必须非常严密,具有内在的逻辑性。基本程序是:提出问题—猜想与假设—制定计划与设计实验—进行实验与收集证据—分析与论证—交流与合作—得出结论。如在《自由落体运动》的教学中,探究的程序:①创设情境提出问题:纸片和粉笔头由同一高度下落,纸团和硬币由同一高度下落。比较下落的快慢?②猜想与假设:重的物体下落的快些,下落快慢与物体所受重力大小有关,有空气阻力的原因等等。③制订计划与设计实验:取两张相同的纸片,剪去一张的部分并揉成纸团再同时下落,“轻的纸团下落的快”,再让等重的纸片和纸团同时下落,观察到下落快慢不同。④分析验证,通过实验的强烈对比,激发学生的兴趣,促使学生积极探究,跳出物体下落快慢与物体重力相关的思维圈套,再去分析空气阻力的影响。然后,教师再进行演示,在真空管中羽毛和金属片下落实验。⑤交流与合作:在忽略空气阻力时,物体下落快慢是相同的。并通过闪光照片的分析,得出自由落体的运动规律。

开放性原则

开放性是探究式教学最显著的特性。探究式教学从实质上讲就是培养学生发现问题、解决问题的能力,充分调动学生的兴趣,这也是探究活动进行下去的动力源泉,这和传统的以传授知识为主的教学有着本质的区别。这就要求教师不能设计过多的教学事件来干预学生的探究过程,要充分发挥学生的主体性。当然,开放性决不意味着放任自流,教师要注意收集、整理、恰当的进行环境设计,更好的实现探究。如在《研究滑动摩擦力》的教学中,同学们通过身边的例子提出了很多现象,比如:教师写粉笔字、学生写铅笔字、做清洁拖地、搓手、滑冰等,这样学生的思维发散开去的同时,接着组织学生体验搓手、拖地等实验,总结滑动摩擦力产生的条件、作用的效果、方向及定义。这样学生通过观察、体验、分析、总结,愉快的完成学习的内容。

适度性原则

适度,主要是指探究内容难度上和探究时间长短上的适度。探究的内容不能过于复杂,探究问题的难度应是通过学生可以解决的,即通过学生已有的知识、能力的提取和综合,可以进行探究并得到结果的。当然,内容也不易太容易,太容易的内容让学生感到没有挑战,失去探究的兴趣。如在摩擦力一节教学中,可提问:甲队和乙队进行拔河比赛时,比的是两队的力气吗?比的是拉力的大小吗?就不能提问:比的是个子的高矮吗?比的是人向后倾倒的角度吗?这就要注意适可而止。因此,中学课堂研究,一般每次探究活动只包含一个中心问题便可。

层次性原则

探究式教学在设计上要遵循由浅入深,循序渐进的原则,注意探究的层次性。对同一个探究内容要有一定的层次性,如在探究动量定理时,先演示鸡蛋从同一高度自由下落,第一次落在地板上,鸡蛋被打破;第二次落在泡沫塑料上,没有被打破。猜想为什么?再演示把压在木块下面的纸抽出来:第一次将纸迅速抽出,木块几乎不动;第二次将纸较慢地抽出,木块反而被拉动了。进一步猜想为什么?在运动的合成与分解中,可先探究运动的合成与分解遵循平行四边形定则,然后进一步探究什么情况下合运动做直线运动?什么情况下合运动做曲线运动?只有在学生逐步习惯并掌握这种学习方式后,才能经历更高层次的探究活动。

多样性原则

高中物理探究在方法上要引导多样化,学生想探究的问题也是多样的、开放的,这些问题可能涉及现实生活的各个方面,只有这样才能满足不同层次学生的需要。高中物理探究活动的方法要多样,方式要灵活,内容要丰富,不仅适应必修部分,在选修部分也有相应的探究内容,不仅力学有探究内容,如《牛顿第二定律》、《力的合成与分解》、《平抛运动》、《自由落体运动》、《动量守恒定律》、《超重与失重》等。在电磁学方面,如《带电粒子在匀强电场中的运动》、《带电粒子在匀强磁场中的运动》、《电阻的测量》、《楞次定律》等。在热学方面,如《油膜法测分子的大小》等。在光学方面,如《光的折射定律》、《光的干涉》、《全反射》等。在原子物理方面同样也有探究内容,如《原子的核式结构》。

可操作性原则

课堂探究希望有结果,因此探究内容应该选择通过有步骤的探究活动可以得到答案的内容;选择探究结果与某些变量之间具有因果关系,通过演绎推理是可以成立的内容;探究过程中所设计的实验是通过实验器材可操作而完成,或通过多媒体课件帮助可达到效果的内容。这就要求探究实验方案具有可操作性。如牛顿第二定律的探究,其中要控制的变量多,让学生体会到控制一个量不变,改变其中一个量,研究另一个量的变化。需要测量的物理量多,有小车的质量、沙桶的质量、纸带上的一系列数据及其处理。

小结

教育部颁布的课程标准中明确提出物理课程的目的是提高全体学生的科学素养,要真正落实新课标的要求。促进学生科学素养的全面发展,则需要深入开展课堂教学的改革,实现教学方式的多样化,要求开展以探究为核心的探究式教学。这为学生的终身发展奠定了基础,为学生的科学探究搭好了平台。

   探究式教学案例分析:

电路的设计与测量

教学目标

认识目标:知道电学物理量的测量需要设计电路、选择仪表、连接实物线路。

能力目标:培养学生善于发现问题并提出问题的能力,提高学生的动手能力和随时处理实际问题的能力,培养学生的分析能力和应用能力。            

情感目标:通过教师设置情境和热情引导,鼓励学生敢于探索、敢于提问、勇于创新。培养学生热爱物理,热爱科学的情感。

学法指导目标:敢于提问、勤于思考、细心观察、多做比较、善于讨论。

人际交往目标:学会同学间交流与合作,学会参与小组活动。

教学环节

引出课题:

    测量电阻的方法很多,可用欧姆表直接测量,但欧姆表直接测量比较粗略,精度不够,因此可用替代法、比较法、半偏法间接测量。这节课采用伏安法测量,鼓励学生大胆设计电路。

确立实验研究思想:

    引导学生思考安培表的内接、外接两种方式。滑动变阻器的分压式、限流式两种电路;仪表的选择原则及方法。拓展学生实验研究思想。

实验探究过程

采用边设计、边实验、边讨论的探究模式,让学生按实验研究思想的要求,分步进行探究,但始终离不开实验原理。根据欧姆定律,测电阻两端电压和通过电阻的电流。所以无论哪一种方法,都离不开测电压、测电流。

若采用分压式电路,探究安培表内接和外接两种方式

 

提出问题:1.给一个定值电阻测量电阻时用内接法是偏大还是偏小?外接法呢?(学生先画电路图,再连接实物图)

内接法偏大,外接法偏小。

能否认真的多测几次,做到不偏大或不偏小?

不行,原因是电表有内阻,造成系统误差,同学们认真做只能减小偶然误差。

提出问题:2.给几个阻值不同的待测电阻,上面标有约为多少欧姆。要尽量减少误差,是用内接还是外接呢?(看哪个组测量准确些?采用什么方法?)

大电阻内接,小电阻外接;外接、内接都有误差,两种方式都可以,只要认真做就可以了。

Rx2RARV时,采用电流表内接法,此时测量结果偏大;当Rx2 RARV时,采用电流表外接法,此时测量结果偏小。

提出问题:3.若待测电阻阻值未知,又要求较准确的测量其阻值,该怎么办?

试触法

 

 


 

若电流表的示数变化较电压表示数变化明显,说明电压表的分流作用较大,为了减小误差,应采用电流表内接法。

提出问题:4.探究电路设计是分压式还是限流式?

1.给一个阻值较大的滑动变阻器和一个阻值较小的待测电阻,让学生接分压式电路测量。

   滑片在滑动变阻器上大部分位置上滑动时,电表示数变化很小。

  

位置

0

0.1L

0.2L

0.3L

0.4L

0.5L

0.6L

0.7L

0.8L

0.91L

0.95L

R

0

R/2

2R/3

3R/4

4R/5

5R/6

6R/7

7R/8

8R/9

9R/10

19R/21

示数

0

0.053E

0.077E

0.096E

0.118E

0.143E

0.176E

0.226E

0.308E

0.474E

0.644E

待测电阻阻值为Rx=R,滑动变阻器的总阻值为R=10R

2.给一个阻值较小的滑动变阻器和一个阻值较大的待测电阻,让学生接限流式电路测量。

滑片在滑动变阻器上从一端滑到另一端时,电表示数变化很小。

结论:

    一般而言,当滑动变阻器的总电阻较小时,采用分压式电路;当滑动变阻器的总电阻较大时,采用限流式电路。(对试题而言,若题中要求能多测几组数据,有尽可能高的测量精度,测量电压范围从零开始等文字说明,应采用分压式电路。当然有时分压式、限流式都可以,但大多数情况下是分压式电路。)

给定两块电压表探究测量电阻的电路(其中一块电压表内阻已知)

学生猜想实验、设计电路

 

 

 

探究结果

1)、能设计出电流表的内接和外接法,滑动变阻器的分压式和限流式电路,并能拓展到电表可以一表两用,充分体现探究思想。

2)、当Rx2RARV时,采用电流表内接法,此时测量结果偏大;当Rx2 RARV时,采用电流表外接法,此时测量结果偏小。

3)、一般而言,当滑动变阻器的总电阻较小时,采用分压式电路;当滑动变阻器的总电阻较大时,采用限流式电路。

4)、伏安法测电阻的基本原则是在设计电路时,考虑如何测电阻两端的电压和通过电阻的电流,便可求出电阻,达到测量电阻的目的。

 

 

 

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