高中物理探究性實驗組織策略探析

【關(guān)鍵詞】高中物理;探究性實驗;實驗教學(xué)

作者簡介：姜科舉（1984.03—），男，安徽省亳州市渦陽縣第三中學(xué)，一級教師，本科，研究方向：中學(xué)教學(xué)。

隨著社會的發(fā)展，人們更加注重對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。但從實際情況來看，在長期以來的高中物理教學(xué)中，教師所沿用的通常是“灌輸式”教學(xué)模式。對于物理課程中的概念與規(guī)律，教師會反復(fù)進行講解與總結(jié)，以此在有限的課堂時間內(nèi)滲透更多的知識。這種教學(xué)方式不但會對學(xué)生的知識建構(gòu)產(chǎn)生不利影響，還會束縛學(xué)生的思維，從而妨礙學(xué)生的創(chuàng)新能力的發(fā)展。教師應(yīng)對這一問題最直接的解決方式就是引導(dǎo)學(xué)生參與探究活動，以此來促進學(xué)生思維的發(fā)散。在物理課程中，實驗是引導(dǎo)學(xué)生探究物理知識的有效途徑，也是轉(zhuǎn)變學(xué)生接受式的學(xué)習(xí)方式的重要方法，因此，在高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)該準確把握實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，了解實驗教學(xué)中存在的問題，在此基礎(chǔ)上，要根據(jù)學(xué)生的認知特點不斷探索探究性實驗的組織方法，這樣一來，有利于逐步達到最優(yōu)的高中物理實驗教學(xué)效果，從而逐步促進學(xué)生的物理能力的發(fā)展。

一、高中物理實驗教學(xué)組織原則

探究性物理實驗具有極為突出的優(yōu)勢，教師在教學(xué)中需要精心設(shè)計教學(xué)方案。為了避免教學(xué)過程的盲目性，教師需要遵循一定的教學(xué)原則。具體來講，主要包括以下幾個方面：

第一，主體性原則。在探究性實驗當中，主體性是指對教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計以及教學(xué)活動的安排都要以學(xué)生為主體。在實驗過程中，教師是一個引導(dǎo)者，探究活動的主要內(nèi)容需要由學(xué)生自主設(shè)計。對于學(xué)生來說，主體性的發(fā)揮能夠充分激發(fā)其思維活力，使其在富有挑戰(zhàn)性的實驗中感受到物理學(xué)習(xí)的樂趣;同時，也有利于使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，從而理解知識的本質(zhì)內(nèi)涵，加深學(xué)生對知識的理解與感受。

第二，情境性原則。物理實驗中的探究性是指根據(jù)實驗的需要創(chuàng)設(shè)富有啟發(fā)性的問題情境。需要指出的是，問題情境需要具有直觀、有趣、真實的特點，這樣一來，可以使學(xué)生充分感知問題，并在實驗中發(fā)現(xiàn)和提出問題。同時，教師所提的問題要能充分引發(fā)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知意愿。此外，相關(guān)的情境需要與生活聯(lián)系，符合社會發(fā)展實際以及學(xué)生的認知特點。這樣的情境，才能使學(xué)生以某個問題作為突破點，通過質(zhì)疑、分析、調(diào)查、探究等多種方式展開學(xué)習(xí)活動，從而達到理想的實驗效果。

第三，開放性原則。根據(jù)物理學(xué)科的特點，物理實驗需要具有一定的開放性。由于不同學(xué)生的物理水平存在一定的差異，看問題的視角也不同，所以對問題的猜想、實驗方案的設(shè)計和數(shù)據(jù)的處理方式并不是統(tǒng)一的。在實驗過程當中，教師應(yīng)避免提出過于嚴苛的實驗要求，而需要打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新，為學(xué)生提供更加自由寬松的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生更加自由地進行發(fā)揮。遵循開放性的原則，有利于激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。在這一過程中，教師要給學(xué)生提供更加開闊的思路，并對學(xué)生的奇思妙想給予充分的鼓勵。

第四，科學(xué)性原則。科學(xué)性是指實驗教學(xué)的設(shè)計過程要非常嚴謹，所設(shè)計的內(nèi)容要體現(xiàn)科學(xué)方法與科學(xué)思想，以此培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)事實的態(tài)度。教師在探究性物理實驗當中，要引導(dǎo)學(xué)生逐步形成科學(xué)的物理思想，并運用恰當?shù)姆椒▽栴}加以分析和解決。比如，利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，以及通過觀察、判斷、比較、推理作出假設(shè)等。這些思想和方法在實驗問題的解決過程中可以作為誘因或發(fā)揮刺激的作用，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)和思考問題，從而使探究性實驗的積極作用真正得到發(fā)揮。

第五，效益性原則。效益性原則要求實驗活動的組織過程要從物理學(xué)科自身的特點出發(fā)。長期以來的物理教學(xué)往往更加關(guān)注知識獲取的結(jié)果，而忽視了知識獲取的過程。這導(dǎo)致教學(xué)活動過于關(guān)注“效率”而忽視效益。而效益性原則通常更加關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)的全過程中的表現(xiàn)。所以在探究性實驗當中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生獲得正確的結(jié)論，還要幫助學(xué)生掌握更加科學(xué)的物理學(xué)習(xí)方法，從而促進學(xué)生的物理素養(yǎng)的發(fā)展，唯有如此，才能切實保障實驗教學(xué)的效果。

二、高中物理探究性實驗組織策略

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究意愿

“學(xué)起于思，思源于疑”，這一觀點準確指出了問題在探究活動中的重要性。沒有問題，探究活動的開展也就無從著手。同時，教師應(yīng)該明白，探究性實驗中的問題應(yīng)避免以直白的方式提出，而應(yīng)該結(jié)合實驗內(nèi)容創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，這樣一來，有利于增強問題對學(xué)生的吸引力，激發(fā)學(xué)生的實驗探究熱情，從而使學(xué)生更加積極地參與到實驗當中。唯有如此，才能為高中物理探究性實驗的順利開展奠定堅實的基礎(chǔ)。

以“楞次定律”為例，筆者沒有直接組織學(xué)生進行實驗活動，而是通過演示性的實驗創(chuàng)設(shè)了教學(xué)情境，以此引出了問題。演示一：取兩根上下開口且長度相同的銅管與塑料管，讓小磁鐵分別從相同位置由靜止狀態(tài)落下，使其從管底出來，觀察小磁鐵在哪根管子中下落的時間更長？下落時間更長的原因是什么？演示二：在一個支架的兩端均掛上質(zhì)量較輕的鋁環(huán)。其中，左邊的鋁環(huán)是閉合的，右邊的鋁環(huán)是斷開的。同時，這個支架的橫梁能夠繞中間的支點轉(zhuǎn)動。用磁鐵的S極或者N極靠近左邊，以此演示“來拒去留”。將演示三：將四塊磁鐵在螺線管內(nèi)插入和拔出，學(xué)生明白插入和拔出時螺線管產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是不同的，并思考哪些因素可以對感應(yīng)電流的方向產(chǎn)生影響。筆者之所以設(shè)計這些演示實驗，是因為主要意圖是吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生認真觀察，并利用問題啟發(fā)學(xué)生進行積極的思考，這樣一來，不但可以更加自然地引出實驗內(nèi)容，而且能夠激發(fā)學(xué)生的實驗熱情。由此可見，在探究性實驗當中，合理創(chuàng)設(shè)問題情境是一種行之有效的教學(xué)手段。

（二）尊重學(xué)生主體，引導(dǎo)自主實驗

正如前文所述，主體性是探究性實驗需要遵循的基本原則。在這一原則的指導(dǎo)下，教師需要及時轉(zhuǎn)變“灌輸式”教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生參與到知識建構(gòu)的全過程中，以使學(xué)生的自主性得到充分的發(fā)揮。因此，在探究性實驗當中，教師應(yīng)避免代替學(xué)生思考，而需要給學(xué)生提供更加自由的時間與空間，以此來組織學(xué)生進行自主實驗。通常來講，學(xué)生在自主實驗時需要經(jīng)歷兩個基本的環(huán)節(jié)：（1）問題—猜測。猜想和假設(shè)是探究性學(xué)習(xí)過程中的重要一環(huán)，是對未知的物理問題產(chǎn)生的初步看法，也是對相關(guān)問題作出的假設(shè)性回答。（2）思維—設(shè)計。完成假設(shè)之后，需要設(shè)計實驗對猜想假設(shè)的正確性加以驗證。

以“探究自由落體運動規(guī)律”的實驗為例，這個實驗的主要目標是引導(dǎo)學(xué)生了解自由落體運動的概念，探究自由落體運動的規(guī)律，明確自由落體的加速度及其大小與方向。學(xué)生針對實驗中的不同探究內(nèi)容，自主進行實驗猜想與方案設(shè)計。比如在探究物體下落快慢的影響因素時，學(xué)生首先結(jié)合自己的生活經(jīng)驗與知識積累進行了猜想，然后利用控制變量法進行了實驗方案的設(shè)計。方案一：取一枚硬幣以及一張與其大小相同的紙片，讓它們同時從同等高度下落，觀察和記錄實驗現(xiàn)象。方案二：取大小相同的兩張紙片，一張鋪開，一張揉成團，讓它們同時從同等高度下落，觀察和記錄實驗現(xiàn)象。方案三：對方案一進行改進，將紙片揉成團，讓它們同時從同等高度下落，觀察和記錄實驗現(xiàn)象。教師利用這樣的實驗方案，有利于幫助學(xué)生初步得出自由落體運動的模型。

（三）注重因材施教，開展分層教學(xué)

從實際情況來看，在高中階段的物理學(xué)習(xí)中，不同學(xué)生的動手能力、知識水平等會逐漸產(chǎn)生較為明顯的差異。有些學(xué)生很容易就能完成實驗方案的設(shè)計，而有些學(xué)生即使絞盡腦汁也無法設(shè)計出。為此，教師應(yīng)該充分發(fā)揮主導(dǎo)與輔助作用，并在實驗探究過程中進行針對性的指導(dǎo)。在指導(dǎo)過程中，教師只有從學(xué)生的實際情況以及個體差異出發(fā)，充分發(fā)揮學(xué)生的長處，彌補學(xué)生的不足，才能有效滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，從而使不同情況的學(xué)生均可以取得一定的進步。

教師在遵循因材施教的原則組織探究性實驗時，通常需要關(guān)注以下幾點：第一，全面了解學(xué)生的實際情況，對學(xué)生進行適當?shù)姆謱?。具體來講，要了解學(xué)生在智力因素和非智力因素等方面的表現(xiàn)，并對學(xué)生的學(xué)習(xí)類型進行劃分。同時，要充分了解學(xué)生在學(xué)習(xí)中的優(yōu)缺點。第二，科學(xué)劃分實驗小組。高中物理實驗通常需要以小組為單位進行，為此，教師需要根據(jù)學(xué)生的差異將學(xué)生進行合理的搭配，以使學(xué)生實現(xiàn)優(yōu)勢互補。之后，教師還要幫助學(xué)生做好小組內(nèi)的實驗分工，除了整體討論，還要有小組成員分別負責(zé)組織工作、資料搜集工作、實驗記錄工作。第三，使實驗要求差異化。對于教師而言，除了要鼓勵學(xué)生完成小組整體的實驗任務(wù)，還需要對學(xué)生進行針對性的點撥，以使學(xué)生獲得更好的發(fā)展。第四，動態(tài)調(diào)整。因材施教的前提是學(xué)生存在差異，而學(xué)生之間的差異通常是不斷發(fā)展變化的，因此，在探究性實驗中，對于學(xué)生的具體要求也需要進行動態(tài)的調(diào)整。

（四）運用信息技術(shù)，優(yōu)化實驗流程

信息技術(shù)日益發(fā)展，并且更加緊密地融入了教育活動當中。從具體形式來看，信息技術(shù)融合了圖像、聲音、文字等多種要素，能夠使實驗內(nèi)容的呈現(xiàn)方式更加豐富。因此，教師應(yīng)該準確掌握現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用方法，并合理地將其融入探究性實驗的組織過程中，這樣一來，有利于優(yōu)化高中物理實驗流程。

一般來說，信息技術(shù)在探究性實驗中的應(yīng)用方式主要包括以下幾種：第一，利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。在實驗教學(xué)的起始階段，教師可以利用信息技術(shù)對學(xué)生進行趣味性的引導(dǎo)，調(diào)動學(xué)生的多種感官，從而激發(fā)學(xué)生的實驗熱情。第二，化抽象為具體。盡管物理實驗現(xiàn)象是可以直接觀察的，但其中蘊含的物理規(guī)律是比較抽象的。對此，教師可以利用信息技術(shù)構(gòu)建完整的物理圖景，從而讓學(xué)生實現(xiàn)感性認識向理性認識的飛躍。第三，化靜態(tài)為動態(tài)。物理實驗中的動態(tài)變化過程是比較難以觀察的，教師可以利用信息技術(shù)幫助學(xué)生突破思維障礙。以“平拋物體的運動”為例，教材中的頻閃照片難以形象地表現(xiàn)出平拋的小球在各點的分運動狀態(tài)。對于這一過程，教師可以利用多媒體設(shè)備進行動態(tài)演示。第四，教師利用信息技術(shù)搜集豐富的實驗材料，以此來擴展學(xué)生的認識。

（五）引導(dǎo)實驗改進，促進思維發(fā)散

從教學(xué)內(nèi)容來看，教材中的實驗內(nèi)容通常相對固化。盡管探究性實驗鼓勵學(xué)生主動參與和自主探究，但它的實驗過程依然具有一定的局限性。為此，教師應(yīng)該有意識地引導(dǎo)學(xué)生對常規(guī)實驗進行改進。這樣，教師不但可以進一步優(yōu)化教學(xué)流程，而且能夠促進學(xué)生思維的發(fā)散，并在實驗改進中鍛煉學(xué)生的動手操作能力。

實驗改進包括多個方面的內(nèi)容，以對實驗器材的改進為例，教師需要關(guān)注以下幾個方面：第一，設(shè)計或者仿制替代性的儀器。由于學(xué)?？赡茉谝恍嶒炛腥鄙偻晟频膶嶒炘O(shè)備，所以教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗教學(xué)的要求設(shè)計一些簡單的替代性裝置，以促進實驗活動的開展。第二，改進現(xiàn)有實驗儀器的性能。如果現(xiàn)有的實驗儀器的功能不完善，或者實驗中的現(xiàn)象不夠明顯，那么教師可以引導(dǎo)學(xué)生對實驗儀器進行改進，比如調(diào)整實驗裝置的組裝方法。第三，設(shè)計新儀器。教師根據(jù)實驗內(nèi)容的特點和實驗教學(xué)的要求，可以適當?shù)卦O(shè)計一些新的實驗用具，以此來設(shè)計新的實驗內(nèi)容。這樣不但可以提高學(xué)生的實驗質(zhì)量，而且能夠鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（六）拓展實驗內(nèi)容，延伸探究活動

實驗作為探究物理知識的有效途徑，不但在課內(nèi)學(xué)習(xí)中具有重要的應(yīng)用價值，而且也是進行課外學(xué)習(xí)的重要方法。從實際情況來看，高中物理教材中的知識是比較有限的，僅僅利用課內(nèi)實驗，很難真正提高學(xué)生的實驗探究能力，所以教師需要對實驗內(nèi)容進行拓展與延伸，從而逐步提高實驗質(zhì)量。

課外實驗通常包含多種類型，比如有以下幾種：第一，觀察性實驗。物理課程與實際生活存在極為密切的聯(lián)系，很多生活場景中都蘊含著極為豐富的物理知識。為此，教師可以設(shè)置一些相關(guān)的課題，組織學(xué)生進行觀察性的實驗。第二，課外小實驗。教師結(jié)合課內(nèi)的物理知識，可以組織學(xué)生進行一些相關(guān)的小實驗。比如教師可以鼓勵學(xué)生用幾種不同的方法測量重力加速度，以此來深化學(xué)生對相關(guān)概念的理解。第三，課外制作與發(fā)明。趣味性的課外制作不但可以使學(xué)生充分感受物理學(xué)習(xí)的樂趣，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

綜上，在現(xiàn)階段的高中物理課程中，開展探究性實驗逐漸成為最重要的教學(xué)模式之一。這種教學(xué)模式既符合物理課程的特點，也契合新課改的要求。因此，教師應(yīng)該準確把握探究性實驗的組織原則，并合理設(shè)計教學(xué)過程，從而逐步達到最優(yōu)的教學(xué)效果。

【參考文獻】

劉麗波.高中物理探究性實驗的實施策略與要點分析[J].新課程導(dǎo)學(xué)，2020（08）：76.

李運生.高中物理探究性實驗教學(xué)的設(shè)計與實踐[J].讀與寫，2020，17（15）：215.

張勇.高中物理實驗探究性水平的評價研究[J].中學(xué)生數(shù)理化（自主招生），2020（05）：29.

謝睿.高中物理探究性實驗的設(shè)計與學(xué)習(xí)方法研究[J].中學(xué)生數(shù)理化（自主招生），2020（04）：25-26.

龍金.高中物理探究性實驗教學(xué)的改進[J].中外交流，2020，27（30）：106.

2973501705259