高中物理探究性實驗教學(xué)的注意點及其策略

揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（225002） 陳 宇 胡經(jīng)國

在傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)中，教師往往輕視實驗過程、重視實驗結(jié)果，這不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別不利于科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。為此，教師要有目的地設(shè)計探究性實驗以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，并加深學(xué)生對物理知識的理解及應(yīng)用；要善于創(chuàng)設(shè)生活化情境，讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗和感性認識去探尋生活中的物理知識；要用心發(fā)現(xiàn)學(xué)生的閃光點，不斷挖掘?qū)W生的潛能。通過探究性實驗，讓學(xué)生的創(chuàng)新思維得到發(fā)展，使他們學(xué)會自主探究，進而不斷提升他們應(yīng)用知識的能力，逐漸培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。

一、高中物理探究性實驗教學(xué)的注意點

（一）注意物理問題情境

問題是探究性實驗的開端，好問題可源于教師創(chuàng)設(shè)的物理情境［1］。探究性實驗成功與否很大程度上取決于教師所創(chuàng)設(shè)的情境以及所提出的問題是否“符合”學(xué)生的能力。這里所說的“符合”并不是單純意義上的剛剛好，而是略高于學(xué)生能力的一種精確把握。當(dāng)問題與學(xué)生的已有知識經(jīng)驗存在沖突時，就會激發(fā)學(xué)生的探究興趣［1］。

（二）注意探究內(nèi)容的選擇

探究性實驗教學(xué)成功與否取決于其教學(xué)內(nèi)容是否具有探究的價值。有探究價值的內(nèi)容往往具有兩個特征：（1）清晰的探究目標(biāo)［2］。當(dāng)確定要對某一個內(nèi)容進行探究時，教師心中要有明確的目標(biāo)。如使學(xué)生通過探究性實驗?zāi)軌蛱嵘喾N能力，而這些能力亦是要求學(xué)生所具備的關(guān)鍵能力。其中包含自主學(xué)習(xí)的能力、自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力以及自主創(chuàng)新的能力等。因此，教師在選擇內(nèi)容時要考慮教學(xué)目標(biāo)任務(wù)的完成［3］，如果教學(xué)目標(biāo)僅限于掌握一些基礎(chǔ)知識或者是一些低難度的操作技能，那么探究的目標(biāo)就偏離了核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。（2）新舊知識之間要建立起聯(lián)系。這種聯(lián)系要在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，即要達到學(xué)生已有的認知水平，同時難度又要在已有水平之上。因此，在選擇探究內(nèi)容時，可從學(xué)生的生活入手，使探究內(nèi)容與生活建立密切聯(lián)系，使其符合學(xué)生的認知規(guī)律，這樣才能激起學(xué)生的探究欲望［4］。

（三）注意學(xué)生的主體性

實驗探究要以學(xué)生為中心，在日常教學(xué)中教師往往會忽略這一點。有的教師會在課前預(yù)設(shè)好探究路線，課上讓學(xué)生按照設(shè)計好的路線去探究，以獲得預(yù)期的探究效果。顯然這樣的探究是不符合核心素養(yǎng)理念與要求的，因為學(xué)生只是機械地按照教師所預(yù)設(shè)的路線進行探究，并沒有融合自己的想法，所以學(xué)生的參與感并不高。有的教師為了節(jié)省上課時間，省去了科學(xué)探究中的“解釋、交流”環(huán)節(jié)，沒有體現(xiàn)“以人為本”的教育理念［3］。課堂教學(xué)想要“以人為本”，就必須以學(xué)生為主體，而探究性實驗教學(xué)更應(yīng)該彰顯這一特點，讓學(xué)生積極主動地參與實驗探究［5］。

（四）注意科學(xué)探究本質(zhì)的理解

科學(xué)探究的基本要素是提出問題、猜想與假設(shè)、制訂計劃與設(shè)計實驗、進行實驗與收集數(shù)據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作，其核心是問題和實驗，關(guān)鍵是分析和論證［6］。日常教學(xué)中教師需要把握探究核心，但是這并不意味著循規(guī)蹈矩，這要求教師能夠根據(jù)實際情況做出調(diào)整，避免千篇一律，同時要抓住科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，做到靈活運用。

（五）注意科學(xué)探究的時間

科學(xué)探究包含七個環(huán)節(jié)，相對于驗證性實驗、測量性實驗和演示性實驗，探究性實驗的內(nèi)容量要大得多，如果都放在一節(jié)課完成，顯然任務(wù)量會很大，也會使教師很難把控好時間，甚至?xí)尳處煼艞壧骄啃詫嶒?，或者將探究性實驗改為演示性實驗，或者是直接不做實驗，將實驗的結(jié)果和結(jié)論直接告訴學(xué)生，以確保教學(xué)計劃能夠在規(guī)定的課時內(nèi)完成。這些做法違背了核心素養(yǎng)的理念。新版教材提升了探究性實驗的地位，并且將一些驗證性實驗變?yōu)樘骄啃詫嶒?。之所以有這樣的變化，是因為核心素養(yǎng)理念更加注重實驗過程，而不再強調(diào)實驗結(jié)果。因此，探究性實驗要在時間上做好合理安排。

二、高中物理探究性實驗教學(xué)的策略

（一）緊密聯(lián)系生活，創(chuàng)設(shè)物理問題情境

課堂教學(xué)是學(xué)生獲取知識的重要、關(guān)鍵途徑之一，在教學(xué)中教師要為學(xué)生營造一個勤思考、勇提問的課堂氛圍，以幫助學(xué)生更好地理解知識。在傳統(tǒng)高中物理實驗教學(xué)中，教師大多是依葫蘆畫瓢地進行實驗操作示范，而學(xué)生只是“觀眾”，師生間沒有互動，課堂氣氛沉悶。這樣的實驗教學(xué)，不僅學(xué)生的動手能力得不到提高，而且會降低學(xué)生對物理探究實驗的興趣［3］。因此，教師可以通過不同的物理問題，創(chuàng)造相應(yīng)的想象空間，利用歡快的情景模擬改變常規(guī)的課堂環(huán)境，打破嚴肅、呆板、乏味的氛圍，使其變得有趣起來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

高中物理是初中物理的延伸和拓展，相較于初中物理，學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理更吃力，其原因之一是高中物理與生活聯(lián)系不夠緊密，高中物理知識更加抽象、難以理解。對此，教師應(yīng)想辦法使高中物理知識變得直觀且生動形象，從而幫助學(xué)生更好地理解高中物理知識。這就需要教師了解學(xué)生的認知水平和知識儲備，緊密聯(lián)系生活實際創(chuàng)設(shè)問題情境，并從學(xué)生所能感知的生活情境入手，找到學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，再提出問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和探究欲望，讓學(xué)生生動構(gòu)建物理觀念。

比如，在探究“力的合成”時，在引入環(huán)節(jié)，教師可以播放一段視頻（如圖1 所示），并創(chuàng)設(shè)問題情境：纖夫們通過纖繩齊心協(xié)力拉船只運送物資。有這么多人拉船，船會受到多大的拉力呢？創(chuàng)設(shè)這樣的問題情境，可激發(fā)學(xué)生的探究興趣。纖夫們在鏗鏘有力的號角聲中萬眾一心地拉動船只，是極富三峽地域特色和中國年代特征的景象，它沖擊著學(xué)生的視覺和聽覺，既為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識提供了新圖式，也對學(xué)生的情感產(chǎn)生了積極影響。

圖1 纖夫拉繩

（二）適當(dāng)將其他實驗改為探究性實驗

物理實驗可以分為驗證性實驗、測量性實驗、演示性實驗和探究性實驗等［4］。而這些實驗或多或少都有一些缺點，如驗證性實驗是在知道結(jié)論的前提下進行實驗的，缺乏對未知探尋的樂趣；測量性實驗則是將結(jié)論禁錮于數(shù)字之中，缺乏新意，難以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；演示性實驗中，學(xué)生缺乏參與感，且主體性得不到充分體現(xiàn)，學(xué)生的積極性不高。針對上述實驗的缺點，教師可以對實驗的某個環(huán)節(jié)做出改變，如使實驗的某個環(huán)節(jié)具有探究性，或者根據(jù)教學(xué)內(nèi)容對它們做出改變，形成探究性實驗，讓學(xué)生自主探究。

例如，在教學(xué)“電阻”測量性實驗時，可將“伏安法測電阻”實驗改成探究性實驗。將學(xué)生分為4組，第1、2組采用內(nèi)接法，第3、4組采用外接法。在實驗器材方面，第1、3組實驗器材相同，第2、4組實驗器材相同。讓學(xué)生分別用內(nèi)接法、外接法測量電阻。在“解釋、交流”環(huán)節(jié)，教師可要求學(xué)生比較、分析實驗結(jié)果和誤差，得到合理測量電阻的方法。通過探究性實驗，既加深了學(xué)生對電流表、電壓表測量原理的理解，又增強了學(xué)生的實踐能力。

（三）拓展實驗探究的寬度和深度

在高中物理探究性實驗教學(xué)中，教師要向?qū)W生闡明物理概念和規(guī)律，增加或減少物理實驗影響因素的外部條件，使得探究性實驗影響因素多元化，拓展科學(xué)探究的寬度和深度?？茖W(xué)探究可從探究行為、探究要素、探究活動和探究結(jié)果幾個方面進行拓展。教師在拓展設(shè)計實驗探究時要有宏觀意識，探究行為要體現(xiàn)整體性，探究要素要體現(xiàn)全面性，探究活動要體現(xiàn)自主性和開放性，探究結(jié)果要體現(xiàn)深刻性。

比如，在探究彈簧的彈力與形變量的關(guān)系時，通過一個研究對象雖然也可以探究出結(jié)果，但是對過程而言略顯單薄，對胡克定律適用范圍也記憶不深刻，因此可以改為對比探究橡皮筋和彈簧彈力與形變量的關(guān)系，拓展研究對象。做完實驗，處理所得數(shù)據(jù)，描點連線得到如圖2 所示的圖像，接著帶領(lǐng)學(xué)生分析彈簧彈力與形變量之間的關(guān)系。為什么后面再增加砝碼時不再滿足之前的線性關(guān)系？學(xué)生在教師的引導(dǎo)下思考總結(jié)出彈簧是有彈性限度的，超出彈性限度后，彈簧的彈力與形變量就不再滿足線性關(guān)系。在原來只探究彈簧的彈力與形變量的關(guān)系的基礎(chǔ)上拓展探究橡皮筋的彈力與形變量的關(guān)系，加深了學(xué)生對胡克定律適用范圍的印象。

圖2 彈簧和橡皮筋彈力與形變量之間的關(guān)系

（四）由課內(nèi)探究向課外探究延伸

物理實驗探究應(yīng)該具有開放性、動態(tài)性的特點。學(xué)生在實驗探究時，能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新問題，針對這些新現(xiàn)象和新問題教師可以將課內(nèi)探究延伸到課外，讓學(xué)生通過查閱資料或進行課外實驗對新現(xiàn)象和新問題進行探究。物理課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)對學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，教材中也增加了許多課外探究活動，比如“做一做”欄目，這個欄目主要以課外探究為主，能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，因此教師不僅要注重課內(nèi)探究，還要重視課外探究。

例如，在講授完“電磁感應(yīng)”相關(guān)實驗后，教師可讓學(xué)生在課后嘗試利用電磁爐讓小燈泡發(fā)光。變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場使閉合電路產(chǎn)生電流，學(xué)生掌握電磁感應(yīng)的本質(zhì)規(guī)律就能想出利用電磁爐讓小燈泡發(fā)光的方法。如圖3 所示，將銅導(dǎo)線彎成圓圈狀，將其兩端連接小燈泡，水平放到電磁爐面板上，打開電磁爐就可以使小燈泡發(fā)光。除此之外，還可以讓學(xué)生在寒暑假期間完成一些綜合性的課外探究。比如在高二學(xué)完電磁場后，讓學(xué)生自制小變壓器、小發(fā)電機、小電動機等器件。這樣做，一方面可以加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，另一方面可以提高學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐的能力，提高學(xué)生自主探究和團結(jié)協(xié)作的能力。

圖3 渦流燈簡易圖

（五）提高教師的專業(yè)素養(yǎng)

探究性實驗教學(xué)必須突出學(xué)生的主體地位，而教師是引導(dǎo)者、輔助者，其教學(xué)重心應(yīng)該轉(zhuǎn)移至為學(xué)生創(chuàng)造探究環(huán)境和提供必要的幫助等方面［8-9］。相比2011 年版物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的“情感態(tài)度與價值觀”，2017 年版物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”增加了科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容，它向?qū)W生傳達了“要辯證地看待世界”的理念?？茖W(xué)理念是會變化的，不是所有的問題都能得到答案并且有一個完整的答案。要使探究性實驗有效開展，教師應(yīng)重視探究過程和掌握科學(xué)探究的方法，這就要求教師在實際教學(xué)中將物理知識與社會生活聯(lián)系起來，明白物理在社會生活中的作用。教師要樹立終身學(xué)習(xí)的理念，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力，除了學(xué)習(xí)專業(yè)知識，還要具備一定的社會生活實踐經(jīng)驗和科研能力。

本文就有效組織探究性實驗教學(xué)提出了五點注意事項，并分析了實驗教學(xué)中可能出現(xiàn)的問題，進而給出了相應(yīng)的教學(xué)策略，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣并提高學(xué)生探究物理知識的水平，使學(xué)生在體驗探究性實驗的過程中提升自主學(xué)習(xí)、自主探究和自主創(chuàng)新的能力，進而幫助學(xué)生更好地理解和掌握物理知識，為學(xué)生后續(xù)的物理學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。