物理学科探究性学习初探
张 燕
关键词：探究性学习；物理教学；实验；教学改革
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时代的进步、科技的发展，要求人才具有可持续发展的能力，要求他们应具备自主获得知识的能力；善于发现问题、提出问题和解决问题的能力；善于沟通与合作、有责任感和有诚信精神，此外，还应身体和心理都健康，具有经受挫折和克服困难的能力。这样的人才才能为发展科技与国家建设提供不竭的动力。
课堂教学要为培养可持续发展的人才服务，探究性学习是学生从各种学科领域或现实生活的问题或任务出发，通过形式多样的探究性活动，以获得知识和技能、培养探究能力和应用能力、获得情感体验为目的的学习方式。采用探究性学习的教学方法，可以发展学生的观察能力、思维能力、实际操作能力，培养学生搜集资料和阅读能力，善于提出问题、设计实验方案，培养实验验证和评估结果的能力以及交流与合作能力，这种教学法既发展了学生的智力因素，也发展了学生的非智力因素，是当前课堂教学方法改革的方向之一。
物理、化学、生物是中学学习中的重要课程，而理、化、生实验是人类认识世界的一种重要活动，但长期以来，在教学中一直不受重视。其实实验教学是进行科学探究的基础：它引导学生从各种现象中发现问题、去提出猜想，为了弄清猜想的正确性而去收集资料、处理信息，主动投入、实际操作，在这个过程中去经历、感受和领悟，由此建构和发展新的学科知识与技能，发现新的问题和研究方向，从而引出更进一步的学科探究，提高了学生科学探究的水平。其次，实验室是实现探究学习的基地：探究性学习运用到学科教学中，就需要让学生去从现象中发现问题、搜集相关资料进行分析、调查和了解以获得结论。而要让学生对探究任务进行探究，就必须有供其探究的场所，实验室正是这样的探究场所。在课前，在一些教研活动的时间中，如果把实验员和各位本学科教师聚在一起共同来设计实验，设计教学方案，提供学生打开思路、发现问题的方法与场所，提供学生发展能力的空间，使实验仪器设备得到合理高效的利用，使实验教学在探究性的教学过程中充分发挥作用，使教学改革向更有利于人才发展的方向发展。所以我认为：探究性学习是培养可持续发展要人才的主要路径之一，而实验教学是探究性学习的重要手段。
一、探究学习在学科教学中的应用
探究是发展学生多种能力的一种重要的学习方式，而教育是为了促进学生发展多方面能力来更深刻地探索科学的内涵，中学学科教学正是通过在理论教学中结合培养学生能力的训练来理解学科知识，培养实践能力，发展探索科技领域的本领，体验其获得知识的过程和方法，进而形成科学的态度、情感与价值观，因此教学中应着重探究活动与知识传授的结合。
科学探究具体包括（科学探究的要素）：
1、 发展观察现象和提出问题的能力，理解提出问题的意义。
2、 发展提出猜想和形成假设的能力，理解假设对科学探究的作用。
3、 发展收集信息和处理信息的能力，理解收集、处理信息的技能对科学探究的意义。
4、 发展制定计划、进行简单的技术设计和实践的能力，认识技术设计的重要性。
5、 发展科学解释和评价的能力，理解科学探究需要运用科学原理、模型和理论。
6、 发展表达和合作的能力，认识合作和交流对科学发展的意义，认识探究的成果可[3][4]以对科学决策产生积极的影响。
而这一切我们均可以从实验教学改进开始实施。
在物理的探究性学习中，我们是怎样运用实验教学的呢？
现代科学教育是以学生为主体，促进学生各种能力的发展为中心，以主动获取科学知识、获得情感体验为目的教育方式，而开展探究式的实验活动是主动参与的最好方式。在物理学科教学中融入实验探究，我们认为可以从以下几个方面来操作：
二、中学物理教学中的探究学习运用的实例：
在中学物理教学中，探究性学习主要分为课堂探究性学习和课外探究活动。
（一）课堂探究性学习
让学生边动手边探究的教学方法是大家公认的较好的教学方法，这种方法能体现学生的主体作用，但由于每节课的时间限制和教学进度的要求，对课堂的探究教学不能放任自流，应该加强指导。
教师的指导作用主要在“善于启发”上下功夫，主要体现在：
（1）、启发学生提出问题或猜想。
（2）、启发学生设计验证猜想的实验。
（3）、引导学生做好实验。
（4）、认真做好实验总结，及时表扬，同时提出进一步的要求。
切忌教师把实验方案和结论源源本本的交给学生，让学生成为“应声虫”和“傀儡”，这样做和“在黑板上做实验”没有本质的区别。
而有指导的课堂探究性学习又可分为引课教学、演示教学、分组式教学（包括随堂实验）、习题教学综合教学等方式。
１、生动有趣的引课实验
用精彩的实验引入新课，既能吸引所有学生的注意力，激发学生兴趣，又能为新课铺垫，在此基础上，让学生动手探究学习或者教师在探究思想指导下进行教学，这种引课的教学方式已被越来越多紧跟改革步伐的教师所运用。
例题一 用如图一所示来引入平面镜成像的课题。
先演示烧杯中的蜡烛火焰风吹不灭；再将水倒入烧杯中直到淹没火焰，火焰也不灭，为什么呢？
再将整个装置水平转动90度，学生看到原来烧杯中既没有蜡烛更没有火焰，刚才看到的蜡烛和火焰不过是的玻璃板前蜡烛和火焰的虚像。
由此引入平面镜成像的课题（注一）。
例题二 将两个2.25升的可乐瓶装满水，一个放在讲台上另一个放在装有洗衣粉溶液的盆子里，让班上最有力气的男同学上台来，要求他用手从可乐瓶中部将可乐瓶竖直拿起来----学生拿起来了；再让他把手在盆内浸湿后再竖直把盆中的可乐瓶拿起来----这时学生却拿不起来了，为什么呢？从而引出了摩擦力这个课题。教师不用一句提问便引发了学生探究问题的思维，使学生自发地思考摩擦力究竟与哪些因素有关，以及如何去增大或减小摩擦，而老师只需要去围绕同学们的主动思维而深入理论知识的探究，更体现了学生的主体性。
例题三 高中闭合电路欧姆定律的引课如下：
用两个外形一样的一号电池分别点亮同一个小灯泡，结果一次很亮，一次微微发红，这是为什么呢？
用电压表进一步测试可以知道，两个电池空载的时候路端电压相差不多，可见，两个电池的电动势相同，而接上小灯泡后，一个电池路端电压减少很少，结果灯泡很亮，另一个路端电压减少较多，所以灯泡只能微微发红，可见电源向外供电不仅跟电动势有关，还跟电源内部情况有关，从而引入对闭合电路的欧姆定律的研究。
在以上几个引课实验教学中，教师进入讲堂虽然不发一言，却紧紧地抓住了学生们的注意力，他们好奇地、执着地跟着老师的动作、声音而进入丝丝扣入的教学理论中。
２、形象直观的演示
物理教学中只讲理论是枯燥无味而难于理解的，如果利用演示实验教学，将有利于学生从实验中去感受理论得出的原因，加深学生对知识的兴趣和印象。
例一 在初中的压强教学中，探究压强和什么因素有关，是一个让孩子们茫然的问题，而我们在实验教学中运用了如图二所示的器材，。
把一个长方形铁块以“站立”、“侧卧”和“平躺”三种方式放在一个表面刮平的面粉盒上，学生很容易得出压力相同的条件下，压痕跟接触面积有关，即接触面积越小，压痕越深；接触面积越大，压痕越浅。
比较长方形铁块和铝块以相同方式站立在刮平的面粉上，又能得到在接触面相同的条件下，压痕跟压力有关，即压力越大，压痕越深，压力越小压痕越浅。
例二 在演示气体压强与体积的关系时，学生常常对气体体积增大而压强减小的说法感到难以理解，因此，在此设计一个实验：在500ml针筒里放一个色彩艳丽的小气球，当我们拉大针筒内气体的体积时，气球的体积增大，由这个实验学生很容易地理解了这个章节的内容。
３、灵活多变的分组
分组实验一直是培养学生操作能力、理解物理学科知识的主要方法，也是发展学生综合能力和探究兴趣的重要的教学手段。为了达到人人都得到能力的培养和锻炼，以及让学生主动参与探究的教学目的，提供大量的随堂实验也是必不可少的。
除了书上规定的规范化的分组实验和探究式的分组实验之外，我们还可以多开展一些与探究思维并进的随堂实验。例如冲量、碘的升华凝华、蒸发等，以及后面综合探究中会讲到的平面镜成像。这类课程以学生为主体、探究与指导共同发生作用来提高教学质量，发展学生的综合能力。
例题一
在初中的浮力教学中，可以先让学生猜想浮力和什么因素有关，然后让学生用对比实验的方法设计验证性实验，来验证自己的猜想是否正确，从而总结出：物体所受浮力的大小，只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关。（注二）[5]
例题二 利用两个一号电池之间串接一个20Ω欧姆-30Ω的[6]电阻组成一个内阻较大的模拟电源（如图三）可以让学生用来探[7]究输出功率和外电阻的关系。在学生得出初步规律之后，教师再从理论上推导，证明实验的结论。
例题三
利用一个线圈和一个条形磁铁，一只灵敏电流计和一节干电池（外加一个高电阻），可以让学生探究感生电流的方向和磁极运动方向之间的关系。教师在学生众多结论的基础上再总结出楞次定律。
４、实验教学运用于习题的探究
习题教学中“计算、计算、最后还是计算”这种枯燥无味的教学方法，也是当前课堂教学改革的内容之一。如果其中渗透探究活动的思想、采用精彩的实验探讨问题，就能使物理的探究性学习课更生动和完整。
例如在证明大气压强存在的覆杯实验的基础上，另做一个如图四所示的实验。在杯子里内只盛三分之一的水，盖上纸片（a图），将整个装置倒置，松开手指之前提问学生：“松开手指后，杯子里的水和纸片会不会掉下来？”，大多数学生会回答：“会掉下来！”结果松开手指纸片并没有掉下来，其中的原因可以编制成习题让学生计算和探究。
物理的许多习题都是从实际生活中抽象出来的，都可以在习题中以实验探究和计算的方式来深化理论。
５、综合探究课
综合探究课实际上就是把前面所讲的几种实验探究同时运用到课堂教学中。
例如平面镜成像的课程设计如下：
（１）利用前面所讲的图一作为引课；
（２）演示以在平面镜后面的实物蜡烛找出镜前蜡烛的成像，说明了平面镜中点的成像；
（３）以学生随堂的实验探究方式找出平面镜中三角形的成像，来探讨平面镜中物体的成像；
（４）由学生分小组找出国际象棋的成像，在实际操作和交流与合作中总结出物与像之间的关系；
（５）教师在讲台上演示一个由18个高亮度小灯泡组成的“上”字的成像情况，以此细化平面镜物体成像的过程。
（二）、课外探究性活动。
由于不受课堂教学时间和教学进度的限制，而且只是感兴趣的同学参与，所以课外的探究性活动可以少指导或无指导，充分发散学生的创造性思维。少指导或无指导并不等于教师就完全不管，任学生自生自灭，教师的指导在此种情形下主要体现在：指出参考书目和研究方向，用启发的方式协助学生找出实验失败原因并且改进实验方法等等。
例题一
课堂上先向同学们展示如图五所示的磁悬浮玩具，课后再把玩具交给班级保管，让同学们有充足的时间探索其中的道理，加深同学们对磁极相互作用的认识。
例题二
让高中同学探究一分、二分、五分硬币“浮在”水面上的原理。
教师可以引导学生参阅有关表面张力系数以及表面张力系数和温度关系的参考资料（这两部分资料都超出高中物理的范围），而后引导同学观察和解释下列现象：
（1）
比较同一枚一分硬币“浮在”0℃的水和45℃中水的情况有什么不同？讨论露出水面外的部分有什么不同？
（2）
比较为什么一角硬币（或五分硬币）能“浮在”45℃水中却不能浮在95℃的水中呢？
这样讨论问题既可以开阔学生的视野，也可以加深对表面张力的理解。
例题三 如图六（a）所示，将一端封闭的长试管灌满水，再将一个外径略小于长试管内径的小试管开口向上轻轻压入长试管内，然后将整个装置倒置如图六（b），就能看到小试管在长试管中缓缓的上升。
（1）
让学生解释这个现象。
（2）
讨论表面张力对这个现象的影响。
（3）
讨论水的流速对这个现象的影响。
还可以让学生在此基础上自由发挥，看看还能发现什么现象，并且讨论其原因（注三）。
教师在引导学生阅读有关表面张力系数和流体动力学的伯努利方程资料（这两部分资料也是超出高中物理范围的）之后，让学生一边重复实验一边研究上述的问题。
这种课外的探究活动，可以培养学生阅读能力、分析和解决问题的能力，在潜移默化中增强学生的求知欲和探究能力。
课外的探究性活动，还可以有一种比前者要求更高的形式，就是向同学公布无确定答案的实验题目，征求以不同的操作方式对实验题目进行展示，并根据展示方法的新颖、使用器材的经济、后期效果的实用、外形制作的美观等评出一二三等奖，发展学生多方面的能力。
例如：（１）用一根筷子竖直提起一个可乐瓶。（２）用一个烧杯竖直提起一块木板。（３）怎样使鸡蛋从六楼落下而不碎裂。[8]
这种探究性活动允许学生增添一些辅助器材，也可加一些限制条件。在活动过程中教师不给指导，让他们自己收集资料，设计方案，动手操作，以检验方案的正确与否，这些活动大大提高了学生们的创新能力，活跃了学生的思维。
三、实验在物理探究教学中的成果及思考
我校的物理实验运用于教学探究以后，学生们不仅上物理课的兴趣大增、课上也积极思维，紧跟老师的探究教学，而且课前课后总追着物理教师询问相关的知识，许多同学还主动要求在课外时间开设实验课，一些学生在课间也到实验室来探究物理现象与理论形成的原因。学生成绩普遍提高，学习风气也大大改变了。在课外“鸡蛋撞地球”（即怎样从六楼扔下鸡蛋而使鸡蛋完好）的实验探究性比赛中，一些学生运用了力的分解原理及缓冲方面的知识，以简单而新奇的构造而获得了成功。由此我们可以看出：探究是教学法改革的主要路径，而实验教学则是探究活动的重要手段。
和以往的实验教学有所不同，探究性学习给教学注入了新的精神：同样是让学生动手实验，它通过实验探究让学生经历和体验到探索知识的乐趣，从中渗透本学科的方法和思想，同时还培养学生的合作精神和责任感以及承受挫折的能力，这些都是培养高素质人才不可或缺的。
在教育部颁布的《物理课程标准》（实验篇）（2001年7月）的内容标准中，首先提出科学探究，其次才是科学内容，它把科学探究作为很重要很有价值的学习方法和教学方法提出来，各级学校也在积极地开展探究性的教学活动。而实验利用率的增加也说明越来越多的教育者注意到了实验教学在教改中的重要地位，重视实验教学，更要加强实验探究在教学中的利用，同时提高实验教师自身的素质修养以及实验教师的地位和待遇，这些都是我们教育改革中有待解决的问题。而实验教师积极主动地投入物理的听课和教学中，参与教研活动与课题研究，与本科老师共同设计和讨论教学方案，不仅能提高自身的修养素质，还可与学生一起双向地、互动地在各种情感体验中建构学科知识、促进能力发展。同时我们必须认识到实验是辅助教学的工具，探究的方式虽然好但也不能滥用，教学中如果过分地追求实验的多样和新奇，会引开学生对本章节理论的注意力而适得其反，因此，把握好实验教学在物理探究教学中的“度”，也值得我们大家探讨。
参考文献：
［1］王沛清.物理演示实验的教学价值［J］实验教学与仪器2001.(11)
［2］黄建书,张晓冰,陈辉祖.中学理科实验教学发展趋势的思考［J］实验教学与仪器2002.(1)
［3］《物理课程标准（实验稿）》教育部颁布（2001年7月）
2003年4月16日
The physics course
investigates the study beginning explores
Name:yan.zhang
The Normal University of Peking all experiment the high school
postal service coding 610017
Summary:
Investigating the study is educating one of the high talented person's paths in
character, but the physics course investigates the study should regard
experimenting as the important means. This thesis is from the teaching that
experiment the solid example joins together the physics course to discuss to
experiment at the physics position in the reform in education with function.
Key
phrase: Investigating the study physics teaching experiments