物理探究式教学方法

第三节　物理探究式教学方法

2001年颁布的《全日制义务教育物理课程标准》和2003年颁布的《全日制普通高级中学物理课程标准》中，明确将“科学探究”列入内容标准，并指出“科学探究既是学生学习的目标，又是重要的教学方式之一”。经过中学物理教学的理论与实践探索，探究式教学方法为越来越多的教师所掌握，成为中学物理教学的重要方法。

一、探究式教学的含义

（一）探究式教学的概念

探究性教学是指学生通过有指导的或完全自主的探究活动，以获取知识、培养能力和形成价值观的活动过程。这些探究活动包括观察、提出问题、猜测、假定、制订探究计划、实验、论证、评价、交流等。从另一个角度讲，探究学习反映了一种学习观和教学思想。这种探究的学习观和教学思想认为，科学探究能力培养是科学教育的重要的目的之一，科学探究也是科学教育的重要的学习内容和学习方式。⁽²⁾

（二）探究式教学的特点

探究式教学是一种集探究教学思想、探究教学活动和形式的教学方法。它与接受性方法不同，主要有直接性、问题性和探究性的特点。

1.直接性

就学生的学而言，探究式教学是一种直接经验的学习。它与以教师呈现知识为主的接受性学习相比，学生主要不是通过教材或教师的呈现，来记忆、理解、巩固知识，而是要经历与前人尤其是科学家相似的研究经历，形成概念和发现规律。这种探究性学习具有获得直接经验的学习特点。在这个过程中，学生要亲身经历提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、实施实验与搜集证据、分析论证、评估、交流等探究过程（或部分过程），获得对知识的理解，经历科学过程，体验科学方法，形成对科学的情感态度与价值观。从教师教的角度讲，虽然学生的探究离不开教师的指导，但教师只是作为协助者为学生的探究提供必要的资源和指导，以保证探究教学的顺利进行。

2.问题性

探究式教学是围绕问题而展开的，没有问题就没有疑惑，也就没有探究。物理探究式教学中“问题”的提出，离不开观察、实验、思维。物理是一门以实验为基础的自然科学，实验是中学物理教学内容的重要组成部分，物理实验离不开观察，实验过程中产生的各种物理现象和物理事实都是学生通过观察来认识的。同时，观察和实验离不开思维，三者始终是联系在一起的。物理探究性教学中的“问题”的产生也离不开观察、实验和思维。但这里的问题属于“科学型问题”。所谓科学型问题，是指源于观察、事实、疑惑，并在与已有知识背景的比较中产生的问题，是有所知又有所不知的问题。这样的问题与真实的科学问题相似，有一定的难度，但又在学生“最近发展区”内，学生能够进行探究与实证。探究教学活动的过程实质上也是围绕问题进行猜想、假设、计划、实验、收集证据、分析论证、评估、交流等一系列的活动，可以讲，没有问题就没有探究教学。

3.探究性

探究式教学的探究性特点是由科学探究的本质所决定的。探究式教学不是把探究的问题、探究的方法、探究的过程和结论直接告诉学生，而是让学生通过各种各样的尝试、猜测、假设、论证、评价、修改、交流等探索性活动亲自得出结论，从而体验知识得出的过程，培养科学探究的能力和科学态度与价值观。探究学习虽然离不开教师的指导，但相对于接受性学习而言，在探究学习过程中，学生有较高的自主性，从而突出了学生在学习活动中的探究性。根据活动的难易程度及学生能力和知识水平，探究学习可以有不同方式的探究活动，有的可以是学生经历提出问题、猜想、假设、计划、实验、搜集证据、分析论证、评估、交流全过程的探究学习，有的可以让学生经历其中部分的探究活动，有的也可以有不同程度的探究活动。例如，探究的问题可以是教师通过特殊的问题情景诱导学生提出的，甚至可以是教师或教材提出的，可以是学生自己提出的。数据的收集，可以引导性地给出部分实验数据，让学生分析并作出解释，也可以让学生通过实验、观察、调查亲自收集数据等等。但不管是何种方式、何种程度的探究学习，其学习过程中的探究性是一个显著的特点。

二、物理探究式教学的一般过程

探究式教学的一般过程主要包含如下几个环节：

（一）发现并提出问题

教师根据教学内容的特点、课程标准的要求和学生的实际水平，通过观察、实验、案例分析等特定的环境创设问题情境，由问题情境萌发的问题必须能与学生已有的知识经验相联系，能引发他们探究的兴趣和欲望。例如，光遇到物体会产生什么现象，摩擦力与哪些因素有关，重的物体与轻的物体哪个下落得更快等，这些问题应当让学生在特定的实验和观察环境中自己发现并提出，或者是能够在教师的引导下相对独立地提出。并且，这些问题通过学生的探究活动是能够解决的。

（二）猜想与假设

猜想与假设是一种重要的心智活动。它是针对问题，根据已有的知识经验对问题解决的可能方法、途径和答案的一种尝试。例如，对于“光遇到物体会产生什么现象”这一问题，学生可能会作出光会被物体吸收、光可能会被物体反射回来等猜想与假设。猜想与假设具有或然性，需要进一步的实验验证或其他论证。

（三）制订计划与设计实验

对猜想与假设的验证需要根据研究的具体问题，制订出可行的探究计划，包括探究的目的和已有的条件、探究的对象和变量的定义、探究的过程和具体的方法，以及如何有效搜集信息，等等。一般说来，物理探究式教学以实验为基础，因此需要设计实验，包括实验目的和原理、实验方法及器材、实验变量及其控制等都要做出具体的设计。

（四）进行实验与搜集证据

依据设计的方案进行实验探究是学生获得实证数据的重要途径。在这个过程中，学生要根据实验要求，合理安装实验器材，安全操作实验仪器，对较复杂或没有使用过的仪器，能读懂说明书并正确操作，对实验中出现的故障能及时排除，还要能够根据实验情况调整实验方案。在实验中，能正确操纵实验变量，正确观察实验现象，如实记录实验数据。

除实验之外，探究式教学往往还要通过其他途径和形式，如观察、调查、文献、上网等，搜集有价值的证据。

（五）分析与论证

分析与论证是指学生运用分析、比较、综合、归纳等方法，对搜集的证据和实验数据进行处理、解释和描述，并尝试根据实验现象和数据得出结论。在这个过程中，探究者需要将探究的结果与自己已有的知识联系起来，通过论证找到事物的因果关系，形成对问题的科学解释，或提出新的观点和见解。

（六）评估

评估是探究式教学不可缺少的环节。它是对探究计划的合理性、实验结果与假设的差异性、证据搜集的周密性、操作过程的科学性等做出判断的过程。如果实验的结论与假设不吻合，则需要在分析原因、吸取教训、总结经验基础上重新提出假设，或者改进探究方案。

（七）交流与合作

合作与交流也是探究式教学的重要环节。一方面科学探究本身就离不开合作与交流，一个科学问题的探究往往需要在集思广益的合作与交流中完善探究计划，在角色扮演中实现探究的分工；另一方面，同一问题的探究也往往有不同的方法、不同的过程、不同的结论，这时就需要通过交流来识别各个研究方法、研究过程的优劣，来辨别每个研究结论的真伪和完备。在交流过程中，参与者不仅可以解释自己探究计划以及探究过程形成的见解，还需要认真听取他人的意见，通过对不同观点进行辩论，得到启发，学会尊重他人，从而体验交流与合作的意义。

从理论上讲，物理探究式教学应该包含以上几方面的环节，但具体实施过程中，它既可以是完整的也可以是灵活的，也就是说，既可以包括以上所有环节的活动，也可以是其中部分环节的活动，即便是活动的顺序也可以变换。

三、物理探究式教学的形式

在探究式教学过程中，根据问题的难易程度、学生探究能力的强弱和学生知识水平的高低，探究式教学可以有不同的活动方式。如表4-3-1所示的美国国家研究理事会2000年组织编写的《探究学习与国家科学教育标准》指导书中，是关于科学探究式学习中学生自主探究程度的划分和描述。

表4-3-1　各种探究活动的不同程度

（一）导向性探究式教学

导向性探究式教学，是在教师充分研究学生的认知特点、认知水平和知识结构的基础上，创设问题情景，激发学生的学习兴趣与动机，引导学生提出问题、猜想、假设，实验验证或理性分析发现物理现象、物理概念、物理规律的本质，完成对已有知识和新知识的重组，实现新知识的意义构建。这种引导性的探究学习方式可以较好地克服探究学习费时的缺点，有效地发挥教师的指导作用。同时，由于在提出问题、猜想、假设、设计、实验验证、理性分析、评价、交流的活动中教师的引导作用可以有不同的程度，学生自主探究程度也是不同的，因此从具体的教学活动来看，这种探究学习也是非常多样化的。

例如在初中“欧姆定律”的教学中，考虑到学生的感性知识不足和学习能力水平，但又要让学生体会物理学的基本研究方法，即通过实验来探索物理规律的方法。因此，教学的基本思路是采用以演示实验为主的导向性探究教学法。教师边演示边提问，学生边观察边思考，让学生经历科学探究的心智过程。教学的基本做法如下。①演示实验1：分别用两节干电池和一节干电池给同一个小灯泡供电，为什么两种情况下小灯光亮度不同？然后提炼出探究问题1：当电阻一定，电流跟电压之间有怎样的定量关系呢？演示实验2：用同一节电池分别对2. 5V和3.8V小灯泡供电，为什么2. 5V小灯泡较亮？然后提炼出探究问题2：当电压一定，电流跟电阻之间有怎样的定量关系呢？②引导学生用实验来探究U、I、R的关系。先让学生讨论探究的电路设计，在讨论的基础上，教师连接实验电路进行演示，并引导学生进行探究1：当R一定（如R＝10Ω）时，I跟U的关系。师生共同记录数据，分析数据并得出结论1：在电阻一定的情况下，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。再引导进行探究2：当U一定（如U＝2V），I跟R的关系。师生共同记录数据，分析数据并得出结论2：在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。最后引导学生综合两个探究的结论，得出欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。它的公式是I＝U/R，公式中I、U、R的单位分别是安培、伏特和欧姆。③引导学生讨论欧姆定律的物理意义：当导体的电阻R一定时，导体两端的电压增加几倍，通过这段导体的电流就增加几倍。这反映导体的电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比例关系（I∝U）。当电压一定时，导体的电阻增加到原来的几倍，则导体中的电流就减小为原来的几分之一。反映了电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比例的关系（I∝U/R）。欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。④最后让学生应用欧姆定律解决有关电流、电压和电阻的简单问题。

（二）自主性探究式学习

自主性探究性学习是指学生通过完全自主的探究活动来进行学习的过程。诸如观察、提出问题、猜测、假定、制订探究计划、实验、论证、评价、交流等探究活动都是学生主动地、独立地和自控地完成。例如欧姆定律的教学，如果学生具备一定的独立的探究能力，则可以把欧姆定律的教学分解成两个自主性探究式学习：探究一定电阻上的电流跟两端电压的关系，探究一定电压下电流与电阻的关系，然后教师放手让学生相对独立地设计实验，选择实验器材，进行实验，记录数据，分析处理数据，得出两个实验的结论；并把两个实验结论综合归纳出欧姆定律；最后进行欧姆定律的应用练习。

当然在中学物理探究式教学中，一般或多或少都离不开教师的作用，完全自主的或完全自由的探究学习是很少的。因此，所谓的自主性探究学习中的“自主性”也是相对而言的。