漫話探究式實驗教學(xué)

肖永珍

物理新課程理念的核心是改變過分強調(diào)知識傳承的傾向，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探索的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)探究精神、實踐能力和創(chuàng)新意識。對“探究”最早道得透徹明白的應(yīng)該是屈原老夫子了（真怪，和蘇格拉底差不多是同時代人），他對人生迷惘憂愁想求個究竟，如何求？“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。他認(rèn)為探究是一個過程，要經(jīng)歷漫漫修遠(yuǎn)的路途；其方法是要“上下”多方位尋求；探究需要發(fā)揮“吾”的自主性而不是由別人來施舍。弄明白人生真理是如此，讓學(xué)生學(xué)好自然科學(xué)更是如此。

夏老師以情境設(shè)疑導(dǎo)入，通過日常生活經(jīng)驗和觀察中的兩個實例提出問題。圍繞問題，教師以即時演示實驗引入，加深學(xué)生心中的疑惑。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗做出猜想，然后再讓學(xué)生設(shè)計實驗對猜想進行驗證。學(xué)生借助DIS數(shù)字化傳感器向心力演示器進行實驗，通過實驗的圖像逐一探索改變向心力的因素，然后進一步通過討論與交流，得出向心力公式。接著運用牛頓第二定律，自然地推導(dǎo)出向心加速度的公式，讓學(xué)生明白勻速圓周運動的向心力和向心加速度的大小不變，但方向時刻在改變。從這里我們可以看到，本教學(xué)設(shè)計包括了提出問題、形成假設(shè)、制定方案、整合資料、得出結(jié)論、評價交流等幾個模塊，是實踐新課標(biāo)理念的探究式實驗教學(xué)的典型案例。

探究式學(xué)習(xí)活動中的重要特征是以問題作支撐，以問題來貫穿學(xué)習(xí)過程始終，因此，問題的質(zhì)量直接影響著探究的成敗。我們不妨看看本節(jié)課在引入新課時的兩個問題：同學(xué)們跑步轉(zhuǎn)彎時，身體會自然的怎么樣？在濕滑的水泥路上轉(zhuǎn)彎時，無論是騎自行車還是駕車，必須怎么辦？在這里，“身體會自然的怎么樣”，“必須怎么辦”這樣的問題不僅別扭，而且對高中學(xué)生來說，絲毫沒有置疑的價值。況且，兩個問題重復(fù)，沒有層次。如果第二個改為“你坐在汽車?yán)?，身子緊靠著座椅背。當(dāng)汽車向右拐彎時，你感到身子會向哪個方向傾斜？”也許要好得多。“問題”重在“置疑”。有人將物理稱之為“悟”理，很有道理?！拔颉弊謴摹靶摹睆摹拔帷保诵氖恰拔帷保ㄊ苷撸┲摹Ｒ_到“悟出道理”的效果，說者須適可而止從而迫使聽者腦子急拐彎，自個兒或看書或查資料或分析推理去弄明白其中的奧妙。

理科探究式教學(xué)的關(guān)鍵是實驗。其實加強實驗是傳統(tǒng)教學(xué)歷來的主張，在探究式教學(xué)中的實驗又有何特點？最主要的是要重視猜想、假設(shè)的形成。猜想與假設(shè)是科學(xué)思維的一種形式，合理的猜想是知識與能力的綜合體現(xiàn)。猜想不是胡思亂想，需要教師的引導(dǎo)。在本教學(xué)設(shè)計中，當(dāng)學(xué)生對向心力的概念有了一定的認(rèn)識后，進一步提出向心力的大小與哪些因素有關(guān)的問題，讓學(xué)生根據(jù)前述實驗做出猜想，然后再讓學(xué)生設(shè)計實驗對猜想進行驗證。我們發(fā)現(xiàn)，教師一開始進行的演示實驗是繩拉小球在光滑水平面作勻速圓周運動，重力與支持力平衡，所需向心力（合力）僅繩的拉力，其大小與半徑、角速度、質(zhì)量有關(guān)。這是一個極簡單的特例。如果在此基礎(chǔ)上，提出問題讓學(xué)生思考：像生活中見到的一些作水平勻速圓周運動的實例，如自行車拐彎、老鷹在天空盤旋、小鋼球在碗中沿碗壁作圓周運動……其向心力的大小是否也如此？讓學(xué)生猜想和假設(shè)后再通過動手實驗驗證。那么，這種從特殊向一般的引導(dǎo)過程，將會使探究更精彩。

向心力是物體做勻速圓周運動時所受到的合外力，這在教學(xué)中是個難點，但同時為探索科學(xué)家的科學(xué)思維方法提供了生動的素材。我們不妨引導(dǎo)學(xué)生從分析“自行車拐彎”、“飛機在高空作圓運動”、“小鋼球沿碗壁作圓運動”等個案的受力情況入手，進而將上述“實物”去偽存真化為質(zhì)點，最后引出圓錐擺這個物理模型，讓學(xué)生感受一次物理模型的建立方法。物理模型的建立是科學(xué)家留給我們寶貴的精神財富，在探索物理規(guī)律的同時，滲透物理研究方法、物理思維的探索，正是探索式教學(xué)的重要任務(wù)。

在“實驗與探究”環(huán)節(jié)，教師采用了DIS數(shù)字化傳感器向心力演示儀。DIS系統(tǒng)是傳感器、計算器和真實實驗的結(jié)合。在探究式教學(xué)中引入現(xiàn)代科技手段，有利于解決教學(xué)中的難點，有利于學(xué)生技能的訓(xùn)練，有利于方便和精確地測量物理量，但有利亦有弊，“自動記錄”往往以削弱親身感受為代價。因此，在探究式實驗教學(xué)時切忌丟掉傳統(tǒng)實驗手段。非專用器材，特別是生活物品的實驗會拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在自己身邊，從而對科學(xué)產(chǎn)生親近感。著名物理教育家朱正元教授曾說：“不要迷信只有工廠制造的儀器才是儀器。”他提倡物理教師要設(shè)法不花一文錢而能做物理實驗。朱教授所提倡的“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”在探究式實驗教學(xué)中應(yīng)該得到重視。