物理探究教學新探

駱波

摘要：探究教學強調(diào)通過 “再發(fā)現(xiàn) ”增進對知識的理解。物理探究教學要始于問題 ，強調(diào)問題的發(fā)現(xiàn)與解決 ;忠于證據(jù) ，強調(diào)證據(jù)的收集與處理 ;重于思維 ，強調(diào)思維活動的發(fā)生與表達 ;嚴于評價 ，強調(diào)評價的施行貫穿始終。

關(guān)鍵詞 ：初中物理 ;科學探究 ;探究教學 ;凸透鏡成像的規(guī)律

探究教學強調(diào)通過 “再發(fā)現(xiàn) ”增進對知識的理解。在《義務(wù)教育物理課程標準 （2022年版）》中，“科學探究 ”是核心素養(yǎng)之一。新課標背景下 ，物理探究教學如何開展，有著新的探究空間。筆者認為 ，物理探究教學不能把問題、證據(jù)、解釋、交流等要素僵化地視為探究要經(jīng)歷的環(huán)節(jié) ，而應始于問題、忠于證據(jù)、重于思維、嚴于評價。本文以《探究凸透鏡成像的規(guī)律》一課為例加以說明。

一、始于問題 ：強調(diào)問題的發(fā)現(xiàn)與解決

探究需要發(fā)現(xiàn)并提出要解決的物理問題 ，根據(jù)經(jīng)驗和已有知識作出猜想與假設(shè) ，再通過收集與處理證據(jù) ，解決所提出的問題。換句話說 ，探究始于問題。而在探究過程中 ，還可能不斷地出現(xiàn)新的問題 ，圍繞問題的發(fā)現(xiàn)與解決 ，促使探究逐漸深入。 （一）問題源自真實情境中的發(fā)現(xiàn)教師提出問題 ：凸透鏡能成哪幾種不同性質(zhì)的像 ？學生開展觀察活動 ：如圖 1所示 ，通過距書較近的凸透鏡看鸚鵡圖片 ;如圖 2所示 ，將遠處液晶屏上的大鸚鵡圖片通過凸透鏡 “投影”到書本上。

教師出示自制直徑 25cm的凸透鏡 ———由兩塊透明鍋蓋粘連而成的水透鏡 （如圖 3所示 ），通過該凸透鏡將液晶屏上的鸚鵡圖片 “投影 ”到遠處的幕布上 （如圖 4所示）。

教師提出問題 ：凸透鏡成像的大小、正倒與什么因素有關(guān) ？在觀察鸚鵡圖片這一活動中 ，學生發(fā)現(xiàn)的深入 ，一邊解決原有的問題 ，一邊提出新的問題 ，以便明確后續(xù)探究的目的和方向 ，使學生始終處在探索與發(fā)現(xiàn)之中。這樣的處理更符合科學的本質(zhì) ———問題的解決不是一蹴而就的 ，而是在新問題的解決和新證據(jù)的解釋中不斷發(fā)展的。

二、忠于證據(jù) ：強調(diào)證據(jù)的收集與處理

探究 ，無論是對猜想與假設(shè)作出檢驗 ，還是對科學問題的解釋進行評價 ，都需要基于可靠的事實和證據(jù)。教師應引導學生尊重實驗結(jié)果與事實 ，用證據(jù)說話 ，杜絕編造和修改實驗數(shù)據(jù) ，培養(yǎng)忠于證據(jù)、實事求是的科學態(tài)度。

（一）證據(jù)要充分

教師提供 “F”形光源、焦距不同的凸透鏡等器材 ，讓學生開展實驗探究活動 ：用刻度尺測量像的大小 ，并記錄成倒立、等大像時的物距和像距 ，得到表 1。

通過改變物與凸透鏡的距離 ，凸透鏡能成正立放大、倒立縮小、倒立放大等不同性質(zhì)的像，自然生成要探究的物理問題 ———什么距離對應成何種性質(zhì)的像 ？問題源自真實情境，能夠引導學生激發(fā)問題意識 ，體會發(fā)現(xiàn)問題和提出問題在探究中的重要意義。 （二）一邊解決問題 ，一邊提出新問題學生通過調(diào)節(jié)物距 ，在光屏上找到幾個倒立、縮小的實像 ，再找到幾個倒立放大的實像，測量并記錄每次的物距和像距。通過分析數(shù)據(jù) ，初步得出成放大實像和縮小實像的距離范圍。

教師順勢提出問題 ：你認為 ，在何種情況下可以得到倒立、等大的像 ？在何種情況下可以得到正立放大的像 ？如何觀察 ？怎樣判斷像的虛實 ？

這些問題盡管包含在 “凸透鏡成像的大A'B'O

師生分析論證 ：當物距等于兩倍焦距時 ，成倒立、等大的實像。

教師帶領(lǐng)學生進行理論探究 ：根據(jù)凸透鏡對光的會聚作用 ，作圖分析 ，由圖 5可知 ，當物距等于兩倍焦距時 ，△ABO≌△，A'B'AB=，成等大的像。

小、正倒與什么因素有關(guān) ？”這一問題之中 ，但不宜在探究一開始就全部給出。應隨著探究為得到充分且可靠的證據(jù) ，教師在器材76教育研究與評論中學教育教學 /2023年9月上做了兩點完善 ：一是使用 “F”形光源 ，便于通過測量來比較像與物的大小 ，比用肉眼大致判斷燭焰及其像的大小更為精確 ;二是提供焦距不同的多個凸透鏡 ，便于得出普遍規(guī)律。此外 ，真實測量結(jié)果存在一定的誤差 ，通常情況下 ，物距和像距并不恰好是焦距的兩倍。于是 ，教師進一步豐富探究類型 ，引導學生通過理論探究 ，使用光線 （模型 ）清晰地反映光學現(xiàn)象的特征和規(guī)律。理論探究不僅能夠得出新的推論 ，還可以使學生更深刻地理解所學的知識 ，促進學生應用數(shù)學工具開展思維和探究活動。

（二）證據(jù)要嚴謹

“何種情況成正立、放大的像 ？”是探究活動的難點。在日常教學甚至中考試題中 ，常看見這樣的處理 ：當u<f時，移動光屏 ，在光屏上看不到燭焰的像 ，透過凸透鏡觀察到正立、放大的像 ，于是 “歸納 ”出 “當u<f時，凸透鏡成正立、放大的虛像 ”。

上述證據(jù)嚴謹嗎 ？此時 ，像在燭焰一側(cè) ，光屏那一側(cè)肯定找不到像 ，所以并不能證明成虛像。對此 ，教師可啟發(fā)學生將探究平面鏡成像特點的實驗技能遷移過來 ，先確定像的大致位置 ，再用光屏檢驗像的虛實。引導過程如下 ：（1）當物距小于焦距時 ，移動光屏 ，在光屏上能看到燭焰的像嗎 ？ （2）通過凸透鏡觀察燭焰 ，你能看到它的像嗎 ？這個像是放大的還是縮小的 ，正立的還是倒立的 ？這個像在哪一側(cè) ？ （3）這個像是實像還是虛像 ？將光屏置于像的位置附近 ，來回移動光屏 ，繞過凸透鏡觀察 ，光屏上是否有燭焰的像 ？最后，師生一起進行理論探究 ，得出結(jié)論 ：根據(jù)凸透鏡對光的作用 ，通過作圖發(fā)現(xiàn)折射光線是發(fā)散的 ，但反向延長后會相交。

在探究教學中 ，教師要注意引導學生評估證據(jù)的可靠性 ，分析證據(jù)與結(jié)論之間的論證關(guān)系是否嚴謹。如果證據(jù)不嚴謹 ，那么 ，應該及時改進探究方案 ，采集真正能說明問題、解決問題的證據(jù) ;如果最初的假設(shè)被證據(jù)否定，那么 ，需進行修訂或作出新的假設(shè) ，然后繼續(xù)收集證據(jù)加以檢驗 ，推動探究與認知不斷深入。

三、重于思維 ：強調(diào)思維活動的發(fā)生與表達

在“理解本位的知識觀 ”視域下 ，一切學科知識都變成學生探究和使用的對象 ，探究與創(chuàng)造成為每一個學生的學習和生活方式。[1]因此 ，探究不再停留于觀察或操作的技能層面 ，而是通過經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造 ，形成支撐學科理解或思想的心智結(jié)構(gòu) ，在探究過程中運用并發(fā)展科學思維。探究過程中應始終充盈著各種思維活動 ，本文僅結(jié)合具體案例談?wù)勀Ｐ徒?gòu)和數(shù)學思想方法的運用。

（一）將實際對象抽象為物理模型

教師引導學生一邊實驗 ，一邊將實驗中所使用的 “物”（燭焰 ）及觀察到的 “像”用大小適當?shù)?“箭頭 ”擺在相應的位置 （如圖 6所示）。接著 ，再引導學生繪制與圖 5類似的光路圖 ，用“光線 ”展示光經(jīng)凸透鏡折射前后的傳播路徑 ，解釋像的性質(zhì)和成因。

上述過程 ，通過模型建構(gòu)的進階 ，實現(xiàn)科學思維與科學探究的協(xié)同發(fā)展。用 “箭頭”標示實驗現(xiàn)象 ，既是對實驗證據(jù)的直觀呈現(xiàn) ，又是對實際研究對象的精妙抽象。畫光路圖解釋像的性質(zhì)和成因 ，回歸了幾何光學的本質(zhì)問題 “光的傳播規(guī)律及其應用 ”，幫助學生進一步認識物理模型的抽象性和解釋力（。 二）運用數(shù)學語言表達實驗結(jié)論探究凸透鏡成像的規(guī)律 ，可能是進入物f 。結(jié)論 并用簡潔的數(shù)學語言表達出來會運，理課程學習以來證據(jù)最為繁多的學生必做實驗。如何分析證據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律 ，并形成合理的結(jié)論 ？可以運用數(shù)學工具。教師引導學生在v。利用相似三角形的知識加以嚴格證明圖6的基礎(chǔ)上畫出數(shù)軸 ，然后根據(jù)實驗現(xiàn)象找出成像性質(zhì)變化的兩個分界點 ———一倍焦距處 （虛像與實像的分界點）、二倍焦距處 （放大像與縮小像的分界點 ），再用這兩個點將兩側(cè)的數(shù)軸各分為三個區(qū)間 ，最后逐一歸納各區(qū)間的成像性質(zhì)。針對數(shù)理基礎(chǔ)較好的學生，可進一步引導他們發(fā)現(xiàn)物距、像距、焦距之間的定量關(guān)系 1=1+1 ，并在圖 5中探究過程中的分析論證不是對實驗現(xiàn)象u的重復描述 ，而應倡導基于證據(jù)得出科學的用數(shù)學工具解決物理問題 ，是科學思維的重要表現(xiàn)之一。就數(shù)學語言而言 ，它為人們提供了一種描述與交流物質(zhì)世界的表達方式 ，可以簡約、精確地描述自然現(xiàn)象及蘊含在其中的數(shù)量關(guān)系。

四、嚴于評價 ：強調(diào)評價的施行貫穿始終

探究需要不斷地評價 ，以推進其進程。探究過程中 ，需要對問題進行評價 ，判斷提出的問題是不是科學的問題、是不是可探究的問題、是不是有探究價值的問題等。比如 ，在情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié) ，觀察到各種成像情況后 ，學生便急切地提出 “為什么會成不同性質(zhì)的像 ？”的問題。而要解決這個問題 ，首先應探明成像的規(guī)律。對猜想、假設(shè)也要進行評價 ，判斷支持猜想、假設(shè)的證據(jù)是否充分、方法是否規(guī)范、得出的解釋是否合理。比如 ，部分探究活動換用 “F”形光源、使用不同焦距的凸透鏡 ，都是在評價基礎(chǔ)上對方案進行的優(yōu)化。探究結(jié)束后 ，教師可布置學生用物理術(shù)語、符號、圖表等描述探究過程 ，說明探究結(jié)果 ，撰寫簡單的探究報告。對于初學者而言 ，探究報告不必過分關(guān)注學術(shù)性 ，但應強調(diào)尊重客觀事實、尊重不同觀點等道德規(guī)范 ，鼓勵質(zhì)疑創(chuàng)新、嚴謹認真等科學精神。

探究是獲取科學知識的基本方式 ，是不斷發(fā)現(xiàn)問題 ，通過多種途徑尋求證據(jù)、運用科學思維解決問題 ，并通過評價與交流達成共識的過程。探究的方式和過程是多種多樣的，沒有一成不變的模式。但無論采取何種形式 ，都需要體現(xiàn)探究的思想 ，充分發(fā)揮探究教學的作用。

參考文獻 ：

[1]張華 .讓學生創(chuàng)造著長大 ———2022年版義務(wù)教育課程方案和課程標準核心理念解析 [M].北京 ：教育科學出版社 ，2022：2.