基于問題開展高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【摘要】實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容，做實(shí)驗(yàn)是學(xué)生解開對物理知識的疑惑的重要方式，也是學(xué)生提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵路徑。教師在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)著力調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)他們深入思考、展示實(shí)驗(yàn)成果，以激發(fā)他們繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的熱情。文章分析了教師如何基于問題開展高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以撥動(dòng)學(xué)生思維的弦，讓他們在思考中發(fā)現(xiàn)問題，然后通過實(shí)驗(yàn)解開疑惑、學(xué)習(xí)知識、發(fā)展能力。【關(guān)鍵詞】高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；問題導(dǎo)學(xué)教師開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，不僅是讓學(xué)生動(dòng)手，在操作中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、感知物理原理，同時(shí)也包括讓他們動(dòng)腦，從一個(gè)實(shí)驗(yàn)聯(lián)想到更多類似的實(shí)驗(yàn)，探究物理現(xiàn)象背后的原理。要讓學(xué)生的大腦動(dòng)起來，教師可以借助問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考。但提出問題時(shí)，教師要注意問題的內(nèi)容、提問的方式、提問的時(shí)間等細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮問題的效用，更好地促進(jìn)學(xué)生思維能力提升。一、在情境中提出問題高中物理知識具有較強(qiáng)的抽象性，導(dǎo)致部分學(xué)生覺得高中物理難學(xué)。為了幫助這部分學(xué)生理解物理知識，教師在開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以先創(chuàng)設(shè)一些生動(dòng)的生活情境，讓學(xué)生在情境中分析問題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)拉近學(xué)生與物理知識的距離。接下來，教師可以提出問題，鼓勵(lì)學(xué)生通過獨(dú)自或者合作完成實(shí)驗(yàn)來探究問題的答案。這樣做能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，也能幫助學(xué)生將抽象的物理知識與具體的生活情境聯(lián)系起來［1］。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第一章“運(yùn)動(dòng)的描述”第3課“位置變化快慢的描述—速度”時(shí)，教師可以設(shè)置測量紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度和瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)。教師在組織實(shí)驗(yàn)時(shí)，會要求學(xué)生用手拉紙帶，使紙帶快速通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，由此確定紙帶在一定時(shí)間內(nèi)的位移，再計(jì)算紙帶運(yùn)動(dòng)的速度。但一部分學(xué)生對速度等概念的認(rèn)識不夠深入，無法理解如何通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器上的點(diǎn)計(jì)算平均速度和瞬時(shí)速度，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)需要教師的悉心指導(dǎo)。為了幫助這部分學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，教師可以在組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)前創(chuàng)設(shè)生活情境、提出問題，將學(xué)生逐步引入實(shí)驗(yàn)，同時(shí)讓他們理解相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識，明確自己應(yīng)該如何做實(shí)驗(yàn)、如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算速度。首先，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧他們在初中階段是怎樣描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢的。其次，教師可以播放中國田徑運(yùn)動(dòng)員蘇炳添的比賽視頻，并提出問題：“大家是否發(fā)現(xiàn)，蘇炳添跑得非?？?！可是，我們說的‘快’，是根據(jù)什么來判斷的呢？”接下來，教師可以展示蘇炳添奔跑的慢鏡頭，并展示他的啟動(dòng)速度等數(shù)據(jù)。學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，蘇炳添并不會在每個(gè)時(shí)刻都保持一樣的速度。教師追問：“大家現(xiàn)在是否想到，自己可以怎樣去描述蘇炳添在整個(gè)比賽過程中運(yùn)動(dòng)的快慢呢？”在這個(gè)問題的引導(dǎo)下，學(xué)生開始關(guān)注兩個(gè)新的概念—平均速度和瞬時(shí)速度。最后，在學(xué)生明確描述蘇炳添跑步過程的思路后，教師順勢引導(dǎo)學(xué)生自主完成測量紙帶運(yùn)動(dòng)的平均速度和瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)。在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙片上留下的點(diǎn)，看作運(yùn)動(dòng)員在某個(gè)時(shí)刻跑到的位置，至此，他們自然會知道如何通過計(jì)算得到紙片運(yùn)動(dòng)的平均速度和瞬時(shí)速度，并了解這樣計(jì)算的原理。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以創(chuàng)設(shè)生活情境并提出問題。這樣做既能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們對即將開始的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生期待，又能夠讓他們結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)思考實(shí)驗(yàn)的核心知識，提高后續(xù)學(xué)習(xí)效率。當(dāng)然，教師在提問時(shí)要避免提出難度太大的問題，導(dǎo)致學(xué)生無法結(jié)合生活情境思考。二、在合作中有效學(xué)習(xí)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生學(xué)會合作學(xué)習(xí)同樣十分重要。在合作完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以和同學(xué)交流、討論，一同分析實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得出科學(xué)的結(jié)論，提升解決問題的能力。在組織合作完成實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)時(shí)，教師也可以適時(shí)提出問題，引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題進(jìn)行有效的討論與探究，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)合作學(xué)習(xí)的作用。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第二章“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”第4課“自由落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，教師可以設(shè)置估算學(xué)生反應(yīng)時(shí)間的合作實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)前，教師可以提出這樣的問題：“某單位招收飛行員時(shí)，計(jì)劃招收反應(yīng)時(shí)間不超過0.16秒的報(bào)名者。你測過自己的反應(yīng)速度嗎？你覺得自己能當(dāng)飛行員嗎？”在提出問題后，教師順勢引出實(shí)驗(yàn)要求，并鼓勵(lì)學(xué)生組成二人小組，一起完成估算反應(yīng)時(shí)間的合作實(shí)驗(yàn)。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一名學(xué)生需要捏住直尺的頂端，保持直尺直立不動(dòng)；另一名學(xué)生則需要手張開，放在直尺的零刻度線附近，準(zhǔn)備好抓住直尺。捏住直尺的學(xué)生放開手后，另一名學(xué)生要立即抓住直尺。隨后，兩名學(xué)生需要記錄直尺下落的高度，并據(jù)此計(jì)算抓直尺的學(xué)生的反應(yīng)時(shí)間（g取10m/s2）。在學(xué)生合作完成實(shí)驗(yàn)前，教師可以提出問題：“為什么這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以用來估算一個(gè)人的反應(yīng)時(shí)間呢？在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，你們需要注意什么呢？在記錄直尺下落的高度后，你們需要列出什么算式來求反應(yīng)時(shí)間呢？”教師提出的問題既涉及實(shí)驗(yàn)的目的與原理，也涉及實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，還涉及物理公式。在和同學(xué)討論上述問題后，學(xué)生會明確這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意義，并扎實(shí)掌握相關(guān)物理知識。在高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要給學(xué)生留出足夠的空間，通過問題引導(dǎo)他們進(jìn)行交流、討論，并開展自主探究。這樣做可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識、合作能力，也能提升學(xué)生的探究效果［2］。三、在探究中深化理解在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，讓學(xué)生產(chǎn)生更深層次的思考，加深對物理知識的理解［3］。在組織實(shí)驗(yàn)前，教師可以先提出一個(gè)引發(fā)學(xué)生探究興趣的問題，并鼓勵(lì)學(xué)生據(jù)此展開實(shí)驗(yàn)探究。接下來教師可以根據(jù)學(xué)生的探究情況提出難度更大的問題，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行下一步探究。由此，學(xué)生可以逐步加深對物理知識的理解，物理課堂也會形成濃厚的探究氛圍。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第三章“相互作用—力”第2課“摩擦力”時(shí)，教師可以設(shè)置簡單的探究摩擦力性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。教師先要求學(xué)生將手張開放在桌面上，然后嘗試把手向前推。在學(xué)生嘗試后，教師提出問題：“大家是否感受到有力在阻礙你的手向前運(yùn)動(dòng)？這個(gè)力是什么力呢？”在學(xué)生明白這個(gè)阻礙手運(yùn)動(dòng)的力是滑動(dòng)摩擦力后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生改變實(shí)驗(yàn)條件，以探究滑動(dòng)摩擦力的性質(zhì)。比如教師引導(dǎo)學(xué)生在桌面上放一塊玻璃，并將手張開放在玻璃上，再嘗試把手向前推。在學(xué)生完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)后，教師提出問題：“此時(shí)，你們感覺自己的手受到的滑動(dòng)摩擦力發(fā)生了什么變化呢？”在自主探究后，學(xué)生自然會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接觸面變得光滑，自己的手受到的滑動(dòng)摩擦力將變小。在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，并嘗試解決問題。這樣做能使學(xué)生從被動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與實(shí)驗(yàn)過程，并驅(qū)動(dòng)學(xué)生不斷思考物理現(xiàn)象背后的道理，讓學(xué)生不僅學(xué)到知識，還有機(jī)會鍛煉解決實(shí)際問題的能力［4］。四、在反思中提煉問題教師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生反思他們在實(shí)驗(yàn)過程中的得與失，并根據(jù)自己沒有做好的地方提出問題，分析自己可以如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作、計(jì)算方法等。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第二章“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究”第2課“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”時(shí)，教師可以設(shè)置利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測量小車在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中的速度變化的實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，分析自己計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的方法和思路是否存在問題或者能夠改進(jìn)的地方，并嘗試尋找能夠解決問題或者改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的辦法。反思收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程后，學(xué)生可能會提出這樣的問題：“如何確保打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)間隔是均勻的？”反思實(shí)驗(yàn)操作后，學(xué)生可能會提出這樣的問題：“我們是否可以找到辦法減小紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦力？”在學(xué)生提出問題后，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生交流、討論，得出優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的辦法，并據(jù)此展開進(jìn)一步探究。讓學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程、提出問題，可以加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作、相關(guān)物理知識的理解。而在討論優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的方法時(shí)，學(xué)生可以與同學(xué)交流，產(chǎn)生更濃厚的探究興趣。由此可見，在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師要鼓勵(lì)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程，引導(dǎo)他們更深入地探究物理現(xiàn)象的本質(zhì)，而不是簡單地完成一次實(shí)驗(yàn)。五、在應(yīng)用中拓寬視野在學(xué)生了解物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象后，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論去分析生活中的問題，讓學(xué)生有機(jī)會應(yīng)用所學(xué)知識、拓寬學(xué)習(xí)視野、發(fā)現(xiàn)物理知識的價(jià)值［5］。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第三章“相互作用—力”第4課“力的合成和分解”時(shí)，教師可以設(shè)置觀察小車在斜面運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)。教師可以輔助學(xué)生使用硬度較低的塑料墊板搭一個(gè)斜面，然后要求學(xué)生在斜面上放一個(gè)小車。在小車從斜面滑下去之后，學(xué)生則需要根據(jù)斜面產(chǎn)生的形變來分析小車受到的壓力。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師提問：“小車在下滑的過程中到底受到什么力呢？為什么斜面產(chǎn)生這樣的形變？”在分析后，學(xué)生會明白，小車既受到向下的重力，又受到斜面帶來的摩擦力。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生畫出小車受到的力，并據(jù)此分析斜面受到的力，讓學(xué)生逐步理解合成和分解力的原理與思路。在學(xué)生掌握這部分知識后，教師提出拓展問題：“珊珊獨(dú)自駕車旅游時(shí)，不小心把車開到淤泥里，于是車無法再往前移動(dòng)。觀察四周后，珊珊發(fā)現(xiàn)道路兩旁有很多大樹，而珊珊的車的后備箱中只有一根足夠長的粗繩，你能出個(gè)主意，幫她把汽車?yán)鲇倌鄦幔俊睉?yīng)用剛學(xué)到的合成和分解力的知識，學(xué)生很快便可以解決問題。由此，他們會發(fā)現(xiàn)這部分物理知識的實(shí)用性。教師可以在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析生活問題，以拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)自信心，從而更有興趣參與實(shí)驗(yàn)探究。六、在評價(jià)中推動(dòng)進(jìn)步評價(jià)環(huán)節(jié)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。教師可以采取問題的形式給出評價(jià)意見，指出學(xué)生的不足之處，并提出有針對性的建議，幫助學(xué)生進(jìn)一步提升。教師在給出評價(jià)意見時(shí)，還應(yīng)肯定學(xué)生做得好的地方，確保學(xué)生能夠接受教師的評價(jià)意見，愿意思考教師指出的問題，改進(jìn)自己沒有做好的地方［6］。為此，教師需要持續(xù)關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，以發(fā)現(xiàn)他們存在的不足。例如，教授人教版高中物理必修第一冊第四章“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”第3課“牛頓第二定律”時(shí)，教師可以設(shè)置探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)。在某學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，教師可以根據(jù)這名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程提出問題：“你的實(shí)驗(yàn)設(shè)置得很聰明，非常有參考價(jià)值。不過老師想問問你，你是否記得控制變量呢？如果沒有，我們還能怎么改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟呢？”這樣的評價(jià)反饋肯定了學(xué)生的付出，又指出了學(xué)生存在不足的地方，可以激勵(lì)學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行探究。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師及時(shí)反饋評價(jià)意見，