探究式教学的设计

第三节　探究式教学的设计

探究式教学的设计，有些是在教科书中已经设计好了的，这是既定的，虽说我们在具体教学中可以对它进行修改，但可以肯定教学会受它的影响；有些是由教师在教学实践中进行的设计，这种设计是灵活的，具有个性化、校本化、地方化的特色，可以说，这种设计是探究教学最具活力的一部分，我们应当大力倡导。

在探究教学的设计中，不管是教科书的设计，还是教师的设计，都必须考虑“可行性、必要性、层次性和多样性”。

一、司行性

探究式教学是一种教学方式和学习方式，也是教学目标和教学内容，所以在设计时，一定要考虑是否可以顺利进行，以实现预定的教学目标。一个探究式教学是否可行，要重点关注以下三个方面：探究的时间是否充分、实验器材是否可行、学生的原有知识是否够用。

1.探究的时间是否充分。

一个探究式教学一般由教师的引导、学生的思维、实验、交流与讨论等一系列活动组成，所以探究需要时间，尤其是课堂探究式教学，如果没有时间的保证，探究式教学就会流行于形式，收不到应有的教学效果。例如，在探究牛顿第二定律时，由于要控制的变量多，需要测量的物理量也多（有小车的质量、沙桶的质量、纸带上的一系列数据及其处理），而且需要多次实验，仅纸带就有十多条，可以说，这个实验仅数据处理就需要45分钟以上。又例如，在如何判断感应电流方向的探究活动中，不同的实验条件（条形磁铁在线圈中相对运动，原、副线圈的相对运动，直导线切割磁感线运动）可得到十多种符合本实验条件的结论，这个探究活动的实验现象是明显的，结论是众多的，如何将各式各样的结论统一起来，概括出普遍适用的规律，并不是一件容易的事，这需要教师的引导、学生的讨沦、交流，甚至是争论，这一切都要有充分的时间。

为确保有充分的探究时间，对于一个完整的探究，建议用连堂的方式来设计探究教学；如果是部分探究，建议不要集中在一节课内完成，而是渗透到各个教学环节当中来完成。

2.实验器材是否可行。

制定计划与设计实验是科学探究的七个要素之一，所以，在物理探究教学中，很多教师总会希望设计相关的实验来验证某些假设，或设计实验让学生经历探究过程。但是我们必须注意，仪器的精密度是否符合要求（如光电效应的实验），以及操作是否可行（如研究向心力大小与各因素的定量关系）。如果实验结论的可信度受到怀疑，将不利于我们探究教学的顺利开展。例如，用伏安法测量电阻，电路有电流表内接法、外接法两种连接方法，有些教师想让学生更好地掌握在什么条件下采用哪种连接方式，进而用实验进行探究教学，这种想法是非常好的，但结果却往往不够理想。因为电压表和电流表的读数所引起的误差已超出由于连接方式所带来的误差，实验过后，学生并不能把问题弄清楚，反而更糊涂了。

为确保探究教学的顺利开展，教师一定要事先亲手做实验，不要太迷信教科书给出的实验，当发现教科书所提供的实验器材不可行时，可以从以下几个方面考虑教学设计：①是否可以用其他仪器代替。例如，用伏安法测量电阻实验中的电压表和电流表能否用毫伏表、灵敏电流表代替，或用其他间接的方法进行。在科学研究中，如果对某些物理量的测量很困难或根本就不能进行，就转而采用间接测量的方法，这是一种很重要的思路。②将定量研究改为定性研究，如将研究向心力大小与各要素之间的定量关系改为定性研究，只感受向心力。③将实验探究改为理论探究。

3.学生的原有知识是否够用。

整个探究的过程，无论是假设还是分析与论证，学生都必须调用原有的知识。所谓原有的知识，包括学生原有的物理知识，以及数学知识、地理知识、化学知识等其他学科的相关知识，还有学生的生活经验，如农村学生对电梯、升降机、热水器、自动门等是很陌生的：而城市的学生则对杆秤、犁、烧柴煮饭之类是很陌生的。所以，在设计探究教学的内容时，一定要考虑能否与学生的原有知识发生作用，从学生的实际出发，不要一味地从物理知识出发，否则探究会中止，出现冷场现象，最后教师只好包办代替。当学生的原有知识不够用时，我们可以提供必要的背景资料或改探究教学为有意义的接受式教学，良好的接受式学习对知识的获得和理解同样有效。

二、必要性

在高中物理教学中倡导探究式教学，是要改变教师的教学方式和学生的学习方式，但在设计探究教学时，则要考虑它的必要性，不能为探究而探究。例如，在学习匀变速直线运动规律这一教学内容时，可以把节拍器作为计时器，先用一个斜面进行实验探究，其目的是想得到位移。和时间t之间有关：常量。在这里，介绍伽利略将实验与逻辑思维相联系进行科学研究的思想是有必要的，而不必设计这样一个实验探究。这是因为，一方面，这个探究需要较多的时间和较大空间，另一方面，这个实验的误差大、效果差，不利于学生形成实事求是的科学态度。其实，有意义的接受式学习或间接获得知识也是学生获得知识的重要途径，即使没有这个探究活动，不会影响对匀变速直线运动规律的教学。从加速度的定义a＝、平均速度的定义和匀变速直线运动的平均速度公式出发推导出匀变速直线运动的规律，也是一个很好的教学方法。建议将这个实验探究放在课外进行。

探究物理规律时，是否使用现代实验手段，也要考虑它的必要性。例如在探究牛顿第三定律时，如果一开始就设计使用力传感器和计算机连接的方式来代替弹簧测力计进行探究，效果反而不好，倒不如先利用两个弹簧进行实验，让学生做静态的观察，然后再利用力传感器和计算机实时采集的数据进行动态的分析，效果可能更好。需要指出的是，在物理教学中，能用简易器材进行实验探究的尽可能用简易器材，《物理课程标准》也倡导在课堂教学中使用可乐瓶、易拉罐、饮料吸管、胶带等生活中常见的物品做物理实验。

三、层次性

从整体上来说，探究式教学还是一件新事物，所以在探究式教学的设计上，要遵循由浅入深、顺序渐进的原则，注意探究的层次性。所谓探究的层次性有三个方面的含义：

第一，与初中相比，高中物理的探究课要在初中的基础t有所提升和拓展。如初中对于摩擦力大小与哪些因素有关，仅做定性探究，到了高中，我们要更进一步探究摩擦力的大小与哪些因素有什么样的关系，即由初中的定性探究过渡到高中的定量探究。又如，初中只需探究动能的大小与什么因素有关，到高中则要进一步探究，外力对物体做功与物体动能的变化关系；初中只需探究重力势能的大小与哪些因素有关，到了高中就要进…步探究重力势能的大小与哪些因素有什么样的关系等等。

第二，同一个探究内容中要有一定的层次性。例如，在研究落体运动时，先探究简单的：轻、重物体下落的快慢与哪些因素有关：然后探究更深层次的：如果没有空气阻力，物体竖直下落时是做什么性质的运动，是匀速、匀变速还是匀加速。又例如，在学习曲线运动时，可先设计一个曲线运动速度方向的探究实验，然后在这个基础上进一步探究物体做曲线运动的条件；在探究运动的合成与分解时，可先探究运动的合成与分解遵循平行四边形定则，然后进一步探究什么情况下合运动做直线运动、什么情况下合运动做曲线运动；在研究单摆的周期时，可以先定性探究单摆周期与振幅、摆球质量、摆长和重力加速度的关系，然后进一步探究单摆周期与摆长和重力加速度的定量关系等等。

第三，整个高中阶段物理的探究教学要有一定的层次。共同必修部分在设计上要简单、具体一些，尽可能对探究的内容作出必要的提示和帮助，这包括实验目的、提供实验器材、设计数据记录的表格、数据处理的方法等，如探究弹簧伸长的长度与其受力的关系、运动物体加速度与物体质量和所受外力的关系、曲线运动的条件等。在学生逐步习惯并掌握这种学习方式后，选修部分的探究设计就可以复杂、抽象一些，尽量放手让学生自主探究，如决定电阻大小因素的探究、凸透镜成像规律的探究、判断感应电流方向的实验探究、物体弹性碰撞特点的探究等，都可以让学生经历更高层次的探究活动。

四、多样性

探究是多层面的活动，包括观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已知的，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价：用工具收集、分析、解释数据；提出解答、解释和预测；以及交流结果等。为提高高中物理探究的质量，在设计探究式教学时，必须保证探究的内容要丰富、探究的方法要多样、探究的方式要灵活。

高中物理探究的内容不仅限于共同必修部分，在选修部分也要设计相应的探究内容；不仅在力学部分要设计探究内容，在电学、热学、光学、原子物理等内容也要设计探究内容。对那些难于组织学生直接探究的内容，则要考虑渗透探究的思想，如在学习分子动理论时，可组织学生进行一些类似探究的活动：①用碳素笔在纸上画一笔，再用放大镜或低倍显微镜观察（要让学生明白物质是由很多微小颗粒组成）。②将体积相同的黄豆和大米倒入一个量筒中并反复翻转，观察两者混在一起后的总体积与各部分体积和的关系（要让学生明白颗粒之间是有空隙的）。又如，在学习原子的核式结构时，可以组织学生进行“黑箱”模拟探究。

高中物理探究在方法上要多样化，多样化的探究能满足不同认知结构、不同能力层次学生的需要，真正体现面向全体学生的教学。例如，在测量电源电动势和内阻的实验中，可以设计下表中的六种方案。类似地，可以设计成探究方法多样化的探究还有：研究自由落体的规律、测定重力加速度、探究外力做功与物体动能的变化关系、验证机械能守恒定律、测定水的折射率、测透镜的焦距等。

高中物理探究活动的方式要多样化，不仅要设计课内探究还要设计课外探究；不仅要设计实验探究还要设计理论探究；不仅要设计完整探究还要设计局部的探究；文献探究、网络查询等方法均可纳入高中物理探究的范嗣之内。