對初中物理探究性實驗教學的研究

1、對初中物理探究性實驗教學的研究海珠區(qū)教育局教研室陳鐵杭摘 要：在課程標準與教學實踐中，結(jié)合學校一線老師的教學及本人對初中物理探究性實驗教學的認識與理解，面向初中學生的物理探究性實驗應(yīng)該要：創(chuàng)設(shè)情景，形成任務(wù)驅(qū)動；根據(jù)學生實際，以有效提問作為引領(lǐng)；適度開放，自主實驗；滿足需求，延伸課外探究。根據(jù)不同的教學需要，實施課堂探究性實驗教學的不同策略，會對新課標下初中物理課堂的教學能產(chǎn)生積極度良好的效果。關(guān)鍵詞：課程標準；初中物理；探究性實驗在新一輪初中物理課程改革中，強調(diào)了探究性實驗教學的重要地位。新的課程標準在科學探究上突出“提出問題；猜想與假設(shè)；制定計劃與設(shè)計實驗；進行實驗與收集證據(jù)；分析與論證；

2、評估；交流與合作”的理論內(nèi)容。物理探究性實驗是指：教師對知識不直接給出結(jié)論而是通過創(chuàng)設(shè)情景，啟發(fā)、引導學生思考，提出問題，再讓學生利用已有的知識和生活體驗自主地去進行物理實驗探究，通過小組合作討論研究，最終得出結(jié)論，獲取知識。一、針對初中學生，在課堂中開展物理探究性實驗(一) 創(chuàng)設(shè)情景，形成任務(wù)驅(qū)動初中學生思維正處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段，其中形象思維仍起重要作用，抽象思維正在發(fā)展。在很大程度上，學生仍習慣于靠經(jīng)驗材料判斷分析事物，不善于從理論上進行推導。心理學研究表明：初中學生認識事物存在著知覺優(yōu)先的傾向。這就要求教師必須給學生提供足夠的感性材料和活動機會等情景，讓學生產(chǎn)生強烈

3、的興趣，從而形成探究任務(wù)的驅(qū)動。情景引入，顧名思義是在探究活動的初始，設(shè)置與教學內(nèi)容相關(guān)的引入手段。其最主要作用在于激發(fā)學生的學習興趣，通過情景產(chǎn)生好奇心，充分利用青少年好動心理特征的正面效應(yīng)，用趣味啟發(fā)學習興趣，進而轉(zhuǎn)化成學生積極求知的驅(qū)動力，這是學好物理的重要環(huán)節(jié)。在新課程實施的課堂中，物理探究性實驗的第一個環(huán)節(jié)是“提出問題”。不少教師按部就班，讓學生就某個問題展開“猜想與假設(shè)”，由于學生對問題缺乏初步的認識，也缺乏教師的適當引導，猜想與假設(shè)就成了胡猜亂想。不少學生的猜想與老師的教學設(shè)想毫無關(guān)聯(lián)，最后為了完成教學任務(wù)，原來學生對問題提出的猜想被束之一閣，而教師根據(jù)教學內(nèi)容，代替學生提出猜想

4、。利用情景引入，不但具備提高學生學習興趣的功能，還應(yīng)具備另一重要的功能：讓學生在趣味的、未知原因的情景中，激發(fā)學生的求知欲望，驅(qū)動學生提出要探究的問題，并且根據(jù)所提供的情景，對問題形成猜想與假設(shè)。這兩點正是課程標準中對科學探究的要求。案例一：壓強的活動情景引入在壓強一節(jié)的引入中，教師請一位男生和一個女生幫老師釘木板，老師提問：“誰會釘?shù)每煲稽c?”學生笑話老師“無知”。結(jié)果相同時間內(nèi)，女生釘好了，但男生失敗了。當想象與實際形成巨大反差時，最容易使人產(chǎn)生強烈的求知欲望。男生回座位時丟下一句話“不公平、”老師及時抓注這句話，提問”男生說，不公平、除了男生比女生力氣大不公平之外，其他同學想一想還有什么

5、可能不公平?”引導學生進行猜想。師：“起初大家認為男同學會毫無疑問地勝出這個比賽，主要原因是基于什么考慮?”。生：“男生力氣大！”師：“也就是說，壓力的作用效果，從大家常識來看是與什么有關(guān)系？”生：“力的大小、”最后老師在實物投影儀上展示兩個同學所用的釘。老師提問：“男生說不公平.，是因為他用了哪口釘？”引發(fā)學生對鐵釘?shù)挠^察。師因勢利導“壓力的作用效果，除了普遍認為與壓力大小有關(guān)系之外？還可能跟什么因素有關(guān)系呢？”通過問題引導和實驗觀察，學生提出“影響壓力作用效果可能與受力面積的大小有關(guān)”。案例二：研究電磁鐵的視頻情景引入探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。在學生探究通電螺線管的磁性后，了解電磁鐵的

6、概念后。利用視頻情景引入：電影透明人的片段女主角拆下鐵門內(nèi)側(cè)的鐵把手，利用心臟起搏器的直流電源等工具自制成一個粗陋的電磁鐵把鐵門外側(cè)的鐵栓吸住并拉開，成功進行自救的全程。視頻播放完畢后，學生已表現(xiàn)出制作電磁鐵的強烈欲望。設(shè)置問題：“根據(jù)電影中提供逃生時的情景，你能提出一個什么物理上的問題？”學生能圍繞電磁鐵提出問題“主角用什么打開鐵栓？”等。再設(shè)置問題“你認為要制作一個電磁鐵，你需要什么器材？”學生在視頻情景中得到提示，從而對老師提出的問題有一個合理的回答。情景的引入還可以運用圖片、漫畫等手段引發(fā)興趣，提出問題。例如引入杠桿可引入漫畫如圖1；引入慣性可引入圖片如圖2。  (二)根據(jù)學

7、生實際，以有效提問作為引領(lǐng)課堂提問的方式引發(fā)我們兩個思考。思考一：“滿堂灌”變?yōu)椤皾M堂問”，學生的回答不少是“是”；”不是”；“對”；“錯”等缺乏主觀思考，進行解釋的回答。而這樣“滿堂問”課堂中所設(shè)的提問往往是乏乏而問，教師的問題不能引發(fā)學生深層次的思考。思考二：老師對新課程的課堂提出一個研討問題：“當學生導而不發(fā)的時候，怎么辦？”學生導而不發(fā)有多方面原因。而其中之一：所提的問題脫離了學生的基礎(chǔ)、實際能力，因而導致學生對老師的問題“導而不能發(fā)”。因此在實際教學中，我們應(yīng)當根據(jù)學生的實際和基礎(chǔ)，以有效提問，引領(lǐng)學生進行科學探究。案例三：探究“磁場對通電導線的作用”在電動機一節(jié)書中，教師對“磁場對

8、通電導線的作用”演示實驗的處理如下：教師在演示圖3實驗后，得出磁場對通電導體有力的作用。為了進一步探究磁場對通電導體作用的其他特點，師：“要使通電導體的運動方向剛好相反，可以通過什么來實現(xiàn)？”上臺的第一位學生操作是把導線與電源的正負極互換。師：“你是根據(jù)什么，想到改變電源正負極與導線連接的呢？”生：“在奧斯特實驗證明，磁場的方向與電流方向有關(guān)。那我就想通電導體的受力方向是否會與電流方向也有關(guān)？”教師再次提問“還有什么其他操作也能夠改變通電導體的運動方向？”第二位學生把磁鐵的南北極上下倒置。這個內(nèi)容的通常教法是：教師通過改變磁體南北極和改變導線與電源正負極的接線，讓學生觀察實驗現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論。這種

9、做法關(guān)注了學生實驗觀察能力與總結(jié)能力，但學生主體行為展開不足，就這種教法而言，不能達到培養(yǎng)學生動腦動手能力的目標。在這個教學環(huán)節(jié)的處理上，教師沒有直接做演示實驗，而是在學生能力范圍內(nèi)提出有效問題，啟發(fā)學生思維，引領(lǐng)學生進行有實質(zhì)意義的探究，從而在探究的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。要讓學生能主動參與到探究實驗中，教師必須對課堂中提出的有效問題加以研究。(三)適度開放，自主實驗探究性實驗的目標在于：發(fā)展學生的能力，包括發(fā)現(xiàn)問題的能力、制定計劃的能力和解決問題的能力；培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新精神等?；谏鲜瞿繕?，結(jié)合初中學生認知的成長歷程，初中物理探究性實驗不能由老師全盤決定，也不能完全放任自由，而應(yīng)該在適度開

10、放中由學生自主實驗。案例四：在案例二中，通過視頻的情景引入，學生制作出電磁鐵的制作后，進行對影響電磁鐵磁性強弱因素的探究。教師提出“請想辦法讓電磁鐵能增大電磁鐵的磁性，使之能吸引更多大頭針，可以小組之間共同合作?！苯處煵]有限定學生對電磁性磁性強弱與電流大小與線圈匝數(shù)兩個因素進行探究。在這個限定范圍內(nèi)，進行開放式探究性實驗，能力強的小組能根據(jù)書本的提示進行探究，一般能力的小組或者只能探究其中一個因素，但通過小組間的交流，也能夠進行第二個因素的探究。在這個適度開放的探究實驗中，學生通過一塊干、兩塊三塊甚至更多干電池作為電源，能得出“電壓越大，電磁鐵的磁性越強”的結(jié)論。雖然不能得出電磁鐵磁性強弱本

11、質(zhì)是與電流的關(guān)系，但在開放的環(huán)境下，學生能得出與書本提示不同的結(jié)論，其收獲也是成功的。在探究結(jié)束，教師通過組織各小組對探究實驗的交流與總結(jié)，最終得出影響電磁鐵磁性的兩個因素。從上面的案例可以看到，初中學生物理探究性實驗體現(xiàn)了實驗的開放性，探究的自主性在限定范圍內(nèi)的整個探究活動中，學生自由選探究方向，自定實驗方案，老師不作干預，不同能力的小組獲得的結(jié)論因能力而異。教師只是在最后的評估與交流中引領(lǐng)，綜合學生意見得出系統(tǒng)結(jié)論。開放性與自主性是實現(xiàn)探究性實驗目標所必需的，只有這樣才能實現(xiàn)探究性學習的目的不論是探究的能力，還是問題意識和創(chuàng)新精神，都是只有通過親自實踐才能逐步形成。案例五：探究影響物體所受

12、浮力大小的影響因素教師讓讓學生親身體驗，利用日常所見的活動作引入，把空瓶壓在水里越深，手受到的力越大，讓學生通過物體受浮力越來越大的過程，引導學生猜想浮力大小與深度有關(guān)。在感受浮力增大的同學引導學生觀察排開的水越來越多，引導學生猜想浮力大小與排開的水之間存在關(guān)系。教師在引導學生探究出浮力與等于排開液體重力后，一回頭，再根據(jù)猜想引導學生探究浮力與深度的關(guān)系。師：在猜想浮力大小與什么有關(guān)時，我們還猜想到浮力的大小與深度可能有關(guān)？請自己做實驗進行探究檢驗，探究深度對浮力的影響。學生做實驗。在把物體逐漸浸入水的過程中，學生發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)逐漸減少，發(fā)表結(jié)論：深度越深，物體所受浮力越大。但另一組同學

13、反對，在他們探究浮力與排開液體重力關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)物體在不同深度，但浮力不變(兩組學生并沒有注意物體是否浸沒的條件)。教師用開放態(tài)度引導“兩組同學不同的意見，誰對誰錯？請注意物體在液體中的不同位置去看待兩個結(jié)論。”在教師的引導下，學生發(fā)現(xiàn)分別在不完全浸沒與完全浸沒的條件下，兩個結(jié)論都對。探究性學習的重點是培養(yǎng)學生的問題意識和創(chuàng)新精神。問題意識即一種懷疑精神，一種探索意識，它是創(chuàng)造的起點，沒有問題意識就沒有創(chuàng)新精神。許多有重大意義的問題在開始時都是不為人們所理解，因而被誤認為沒有意義的。要養(yǎng)成問題意識，就需要養(yǎng)成問為什么的習慣，同時養(yǎng)成尊重他人提出問題的習慣，教師應(yīng)該以身作則。特別對正在成長過程中的

14、中小學生來說，他們的問題意識和創(chuàng)新精神需要成年人的呵護和鼓勵，才不至于被扼殺。(四) 滿足需求，延伸課外探究學生在日常生活和實驗探究過程中會有很多不同的問題、也有很多新想法。老師課堂上無法一一解決；由于課時限制、課程標準或教學設(shè)備限制，有很多學生感興趣的知識、超出初中課標要求的知識(有的甚至到高中才會涉及到)我們老師都無法滿足學生的需要；部分學生對物理現(xiàn)象、規(guī)律有著很大的興趣，在一般的課堂教學中，無法得到一一滿足。因此把探究性實驗延伸到課外，引導學生進行課外探究將有利于滿足不同學生的要求，開拓各個層次的學生實踐技能。內(nèi)容安排可結(jié)合實驗冊中的小制作(如發(fā)電機、電動機)、小實驗(如水瓶琴奏樂)、結(jié)

15、合我們生活的物理活動(如測量自己登樓功率、測量學校到自己家庭的距離、測量家庭用電器的電功率)、教材中的“想想做做”(如判斷未知磁體的極性；測量電池組電壓；導體電阻與長度的關(guān)系等)、各種練習冊中出現(xiàn)的探究題(如找一根鐵絲讓它溫度升高、內(nèi)能增大，看誰的辦法多？)、教師不定期提供探究素材和趣味物理資料引導學生進行探究活動、科技節(jié)設(shè)置具有競賽性質(zhì)的制作(如紙火箭、水火箭、雞蛋撞地球，飛行時間最長的紙飛機)等等。根據(jù)不同學生的實際，讓學生進行課外探究活動的同時，寫出探究報告。二、實施課堂探究性實驗教學的一些策略實施探究性實驗教學的策略：根據(jù)不同的教學情景，恰當?shù)剡x擇不同方式的探究性實驗作為教學內(nèi)容。教改

16、實踐表明，凡是與教學過程緊密結(jié)合，便于隨堂進行并利于學生動眼、動腦、動手、動口，利于培養(yǎng)學生科學的實驗方法和良好的實驗習慣，利于發(fā)展他們智能的內(nèi)容，都可選為探究性實驗的教學內(nèi)容。(一) 根據(jù)新課標對能力與技能的具體要求，安排探究性實驗的教學內(nèi)容例如，課標中要求學生通過學習，會使用天平、溫度計、電流表等基本物理實驗儀器。學生在探究物質(zhì)密度、探究物體熔化、沸騰等實驗中，對學生使用這些儀器技能方面已有相當高的要求。那么可以在之前儀器介紹使用的課堂上，變儀器演示轉(zhuǎn)變?yōu)榉纸M探究實驗，努力增加學生對這些儀器的使用頻率，讓學生在探究儀器的過程中，提高儀器使用的技能。(二) 設(shè)置不同的探究實驗教學組合方式例如

17、對實驗儀器要求高的教學內(nèi)容，可以設(shè)置為演示探究實驗與課外制作并行。例如：密度計在一般學校配置不多。這就可以采取在課堂上實驗演示，課外再引導學生進行自制密度計。雙管齊下，使學生理論聯(lián)系實際。(三) 將課本上的小實驗和一些實驗習題改為分組或演示實驗例如用紙盒可以將水燒開的小實驗可設(shè)為課堂演示實驗，反復彎折鐵絲后彎折處會發(fā)燙等實驗習題設(shè)為分組實驗等等。 (四) 創(chuàng)造性地設(shè)計探究性實驗案例六：利用“探究凸透鏡成像”的整套實驗裝置，再加一個凸透鏡和一個凹透鏡，讓學生探究“近視眼的矯正用什么透鏡”。教師將物體放在凸透鏡較近處，但仍能在光屏上得出一個倒立縮小的實像比喻為人看近處的物體能看得清晰。如

18、圖4所示。解釋近視的眼睛晶狀體太厚，睫狀體不能有效調(diào)節(jié)厚薄。因此看遠處的物體很模糊，如圖5所示(教師同時將物體拉遠，光屏上模糊)。   教師引導“近視眼要看清物體，就要佩帶眼鏡，我們帶的眼鏡是凸透鏡還是凹透鏡？”引導學生利用另外的兩個小凸透鏡和凹透鏡，探究近視眼應(yīng)該佩帶什么眼鏡?”教師創(chuàng)造性地引導學生對問題(也是日常生活問題)進行探究性實驗。根據(jù)初中學生的實際，學生的能力較難實現(xiàn)如何設(shè)計探究性實驗。因此適宜教師利用情景(演示實驗等)作引導，而留下問題的關(guān)鍵讓學生進行探究。三、學生經(jīng)過初中物理探究性實驗學習后的成效廣州市新滘(土華)中學是屬于生源極差(主要來自土華和小洲兩條村

19、的農(nóng)民子弟)的海珠區(qū)東部類學校。但是該校物理科組致力課改教學研究的同時，花大力氣研究初中物理課外延伸的探究性實驗。在2003到2005年兩年間，該校進行了不少制作與實驗：土電話、照相機模型、熱氣球、電磁鐵、簡單電動機、探究鹽水電池、用電能表測量電功率，改裝電表，大氣壓支持水柱，莫爾斯電碼演示板等等。通過課外小制作、課外探究活動帶動學生學習物理的積極性，取得卓越的成績。該校2005年的畢業(yè)生，從初二全區(qū)統(tǒng)測、到初三第一學期期末統(tǒng)測、區(qū)一模、會考成績在區(qū)排名和區(qū)到達度都有進步(見表1)，該校向全區(qū)介紹的總結(jié)中就提及了“以物理探究性實驗激發(fā)學生的學習興趣與創(chuàng)造力”的成功經(jīng)驗。案例七：制作“靈敏電流表”由廣州市新滘(土華)中學物理科提供在電磁感應(yīng)實驗中，需要的器材不多；但關(guān)鍵的靈