陳宇　胡經(jīng)國

[摘 要]在新課標中，科學探究作為物理學科核心素養(yǎng)之一，被重點提了出來。物理是一門以實驗為基礎的學科，探究性實驗包含科學探究的每一個環(huán)節(jié)，因此在物理教學中設計探究性實驗尤為重要。文章一方面歸納總結了目前物理探究性實驗中普遍存在的問題;另一方面基于學生的主體地位和認知特點，提出了設計物理探究性實驗的幾個策略，以促進物理探究性實驗有效開展。

[關鍵詞]高中物理;探究性實驗;核心素養(yǎng);策略

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）08-0050-03

在傳統(tǒng)物理實驗教學中，教師往往輕視實驗過程、重視實驗結果，這不利于學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別不利于科學探究能力的培養(yǎng)。為此，教師要有目的地設計探究性實驗以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，并加深學生對物理知識的理解及應用;要善于創(chuàng)設生活化情境，讓學生結合生活經(jīng)驗和感性認識去探尋生活中的物理知識;要用心發(fā)現(xiàn)學生的閃光點，不斷挖掘?qū)W生的潛能。通過探究性實驗，讓學生的創(chuàng)新思維得到發(fā)展，使他們學會自主探究，進而不斷提升他們應用知識的能力，逐漸培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。

一、高中物理探究性實驗教學的注意點

（一）注意物理問題情境

問題是探究性實驗的開端，好問題可源于教師創(chuàng)設的物理情境[1]。探究性實驗成功與否很大程度上取決于教師所創(chuàng)設的情境以及所提出的問題是否“符合”學生的能力。這里所說的“符合”并不是單純意義上的剛剛好，而是略高于學生能力的一種精確把握。當問題與學生的已有知識經(jīng)驗存在沖突時，就會激發(fā)學生的探究興趣[1]。

（二）注意探究內(nèi)容的選擇

探究性實驗教學成功與否取決于其教學內(nèi)容是否具有探究的價值。有探究價值的內(nèi)容往往具有兩個特征：（1）清晰的探究目標[2]。當確定要對某一個內(nèi)容進行探究時，教師心中要有明確的目標。如使學生通過探究性實驗能夠提升多種能力，而這些能力亦是要求學生所具備的關鍵能力。其中包含自主學習的能力、自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力以及自主創(chuàng)新的能力等。因此，教師在選擇內(nèi)容時要考慮教學目標任務的完成[3]，如果教學目標僅限于掌握一些基礎知識或者是一些低難度的操作技能，那么探究的目標就偏離了核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。（2）新舊知識之間要建立起聯(lián)系。這種聯(lián)系要在學生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，即要達到學生已有的認知水平，同時難度又要在已有水平之上。因此，在選擇探究內(nèi)容時，可從學生的生活入手，使探究內(nèi)容與生活建立密切聯(lián)系，使其符合學生的認知規(guī)律，這樣才能激起學生的探究欲望[4]。

（三）注意學生的主體性

實驗探究要以學生為中心，在日常教學中教師往往會忽略這一點。有的教師會在課前預設好探究路線，課上讓學生按照設計好的路線去探究，以獲得預期的探究效果。顯然這樣的探究是不符合核心素養(yǎng)理念與要求的，因為學生只是機械地按照教師所預設的路線進行探究，并沒有融合自己的想法，所以學生的參與感并不高。有的教師為了節(jié)省上課時間，省去了科學探究中的“解釋、交流”環(huán)節(jié)，沒有體現(xiàn)“以人為本”的教育理念[3]。課堂教學想要“以人為本”，就必須以學生為主體，而探究性實驗教學更應該彰顯這一特點，讓學生積極主動地參與實驗探究[5]。

（四）注意科學探究本質(zhì)的理解

科學探究的基本要素是提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與收集數(shù)據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作，其核心是問題和實驗，關鍵是分析和論證[6]。日常教學中教師需要把握探究核心，但是這并不意味著循規(guī)蹈矩，這要求教師能夠根據(jù)實際情況做出調(diào)整，避免千篇一律，同時要抓住科學探究的重要環(huán)節(jié)，做到靈活運用。

（五）注意科學探究的時間

科學探究包含七個環(huán)節(jié)，相對于驗證性實驗、測量性實驗和演示性實驗，探究性實驗的內(nèi)容量要大得多，如果都放在一節(jié)課完成，顯然任務量會很大，也會使教師很難把控好時間，甚至會讓教師放棄探究性實驗，或者將探究性實驗改為演示性實驗，或者是直接不做實驗，將實驗的結果和結論直接告訴學生，以確保教學計劃能夠在規(guī)定的課時內(nèi)完成。這些做法違背了核心素養(yǎng)的理念。新版教材提升了探究性實驗的地位，并且將一些驗證性實驗變?yōu)樘骄啃詫嶒灐Ｖ杂羞@樣的變化，是因為核心素養(yǎng)理念更加注重實驗過程，而不再強調(diào)實驗結果。因此，探究性實驗要在時間上做好合理安排。

二、高中物理探究性實驗教學的策略

（一）緊密聯(lián)系生活，創(chuàng)設物理問題情境

課堂教學是學生獲取知識的重要、關鍵途徑之一，在教學中教師要為學生營造一個勤思考、勇提問的課堂氛圍，以幫助學生更好地理解知識。在傳統(tǒng)高中物理實驗教學中，教師大多是依葫蘆畫瓢地進行實驗操作示范，而學生只是“觀眾”，師生間沒有互動，課堂氣氛沉悶。這樣的實驗教學，不僅學生的動手能力得不到提高，而且會降低學生對物理探究實驗的興趣[3]。因此，教師可以通過不同的物理問題，創(chuàng)造相應的想象空間，利用歡快的情景模擬改變常規(guī)的課堂環(huán)境，打破嚴肅、呆板、乏味的氛圍，使其變得有趣起來，從而激發(fā)學生的學習興趣。

高中物理是初中物理的延伸和拓展，相較于初中物理，學生學習高中物理更吃力，其原因之一是高中物理與生活聯(lián)系不夠緊密，高中物理知識更加抽象、難以理解。對此，教師應想辦法使高中物理知識變得直觀且生動形象，從而幫助學生更好地理解高中物理知識。這就需要教師了解學生的認知水平和知識儲備，緊密聯(lián)系生活實際創(chuàng)設問題情境，并從學生所能感知的生活情境入手，找到學生的“最近發(fā)展區(qū)”，再提出問題，激發(fā)學生的學習動機和探究欲望，讓學生生動構建物理觀念。

比如，在探究“力的合成”時，在引入環(huán)節(jié)，教師可以播放一段視頻（如圖1所示），并創(chuàng)設問題情境：纖夫們通過纖繩齊心協(xié)力拉船只運送物資。有這么多人拉船，船會受到多大的拉力呢？創(chuàng)設這樣的問題情境，可激發(fā)學生的探究興趣。纖夫們在鏗鏘有力的號角聲中萬眾一心地拉動船只，是極富三峽地域特色和中國年代特征的景象，它沖擊著學生的視覺和聽覺，既為學生學習新知識提供了新圖式，也對學生的情感產(chǎn)生了積極影響。

（二）適當將其他實驗改為探究性實驗

物理實驗可以分為驗證性實驗、測量性實驗、演示性實驗和探究性實驗等[4]。而這些實驗或多或少都有一些缺點，如驗證性實驗是在知道結論的前提下進行實驗的，缺乏對未知探尋的樂趣;測量性實驗則是將結論禁錮于數(shù)字之中，缺乏新意，難以激起學生的學習興趣;演示性實驗中，學生缺乏參與感，且主體性得不到充分體現(xiàn)，學生的積極性不高。針對上述實驗的缺點，教師可以對實驗的某個環(huán)節(jié)做出改變，如使實驗的某個環(huán)節(jié)具有探究性，或者根據(jù)教學內(nèi)容對它們做出改變，形成探究性實驗，讓學生自主探究。

例如，在教學“電阻”測量性實驗時，可將 “伏安法測電阻”實驗改成探究性實驗。將學生分為4組，第1、2組采用內(nèi)接法，第3、4組采用外接法。在實驗器材方面，第1、3組實驗器材相同，第2、4組實驗器材相同。讓學生分別用內(nèi)接法、外接法測量電阻。在“解釋、交流”環(huán)節(jié)，教師可要求學生比較、分析實驗結果和誤差，得到合理測量電阻的方法。通過探究性實驗，既加深了學生對電流表、電壓表測量原理的理解，又增強了學生的實踐能力。

（三）拓展實驗探究的寬度和深度

在高中物理探究性實驗教學中，教師要向?qū)W生闡明物理概念和規(guī)律，增加或減少物理實驗影響因素的外部條件，使得探究性實驗影響因素多元化，拓展科學探究的寬度和深度。科學探究可從探究行為、探究要素、探究活動和探究結果幾個方面進行拓展。教師在拓展設計實驗探究時要有宏觀意識，探究行為要體現(xiàn)整體性，探究要素要體現(xiàn)全面性，探究活動要體現(xiàn)自主性和開放性，探究結果要體現(xiàn)深刻性。

比如，在探究彈簧的彈力與形變量的關系時，通過一個研究對象雖然也可以探究出結果，但是對過程而言略顯單薄，對胡克定律適用范圍也記憶不深刻，因此可以改為對比探究橡皮筋和彈簧彈力與形變量的關系，拓展研究對象。做完實驗，處理所得數(shù)據(jù)，描點連線得到如圖2所示的圖像，接著帶領學生分析彈簧彈力與形變量之間的關系。為什么后面再增加砝碼時不再滿足之前的線性關系？學生在教師的引導下思考總結出彈簧是有彈性限度的，超出彈性限度后，彈簧的彈力與形變量就不再滿足線性關系。在原來只探究彈簧的彈力與形變量的關系的基礎上拓展探究橡皮筋的彈力與形變量的關系，加深了學生對胡克定律適用范圍的印象。

（四）由課內(nèi)探究向課外探究延伸

物理實驗探究應該具有開放性、動態(tài)性的特點。學生在實驗探究時，能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新問題，針對這些新現(xiàn)象和新問題教師可以將課內(nèi)探究延伸到課外，讓學生通過查閱資料或進行課外實驗對新現(xiàn)象和新問題進行探究。物理課程標準強調(diào)對學生科學探究能力的培養(yǎng)，教材中也增加了許多課外探究活動，比如“做一做”欄目，這個欄目主要以課外探究為主，能夠培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，鍛煉學生的協(xié)作能力，培養(yǎng)學生的科學思維和嚴謹求實的科學態(tài)度，因此教師不僅要注重課內(nèi)探究，還要重視課外探究。

例如，在講授完“電磁感應”相關實驗后，教師可讓學生在課后嘗試利用電磁爐讓小燈泡發(fā)光。變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場使閉合電路產(chǎn)生電流，學生掌握電磁感應的本質(zhì)規(guī)律就能想出利用電磁爐讓小燈泡發(fā)光的方法。如圖3所示，將銅導線彎成圓圈狀，將其兩端連接小燈泡，水平放到電磁爐面板上，打開電磁爐就可以使小燈泡發(fā)光。除此之外，還可以讓學生在寒暑假期間完成一些綜合性的課外探究。比如在高二學完電磁場后，讓學生自制小變壓器、小發(fā)電機、小電動機等器件。這樣做，一方面可以加深學生對物理概念和規(guī)律的理解，另一方面可以提高學生將所學知識應用于實踐的能力，提高學生自主探究和團結協(xié)作的能力。

（五）提高教師的專業(yè)素養(yǎng)

探究性實驗教學必須突出學生的主體地位，而教師是引導者、輔助者，其教學重心應該轉(zhuǎn)移至為學生創(chuàng)造探究環(huán)境和提供必要的幫助等方面[8-9]。相比2011年版物理課程標準中的“情感態(tài)度與價值觀”，2017年版物理課程標準中的“科學態(tài)度與責任”增加了科學本質(zhì)的內(nèi)容，它向?qū)W生傳達了“要辯證地看待世界”的理念?？茖W理念是會變化的，不是所有的問題都能得到答案并且有一個完整的答案。要使探究性實驗有效開展，教師應重視探究過程和掌握科學探究的方法，這就要求教師在實際教學中將物理知識與社會生活聯(lián)系起來，明白物理在社會生活中的作用。教師要樹立終身學習的理念，不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和科學探究能力，除了學習專業(yè)知識，還要具備一定的社會生活實踐經(jīng)驗和科研能力。

本文就有效組織探究性實驗教學提出了五點注意事項，并分析了實驗教學中可能出現(xiàn)的問題，進而給出了相應的教學策略，以激發(fā)學生學習物理的興趣并提高學生探究物理知識的水平，使學生在體驗探究性實驗的過程中提升自主學習、自主探究和自主創(chuàng)新的能力，進而幫助學生更好地理解和掌握物理知識，為學生后續(xù)的物理學習打下良好的基礎。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 朱建明.數(shù)學探究活動設計中的常見問題及有效改進[J].教學與管理，2010（13）：48-50.

[2]? 徐春曉. 高中物理教學中學生探究能力的培養(yǎng)[D]. 煙臺：魯東大學，2012.

[3]? 洛桑，李偉，周勇.實施探究性實驗教學，提高學生的綜合素質(zhì)[J].大學教育，2014（10）：39-40，43.

[4]? 陳祖順.高中化學探究教學中的思考[J].考試周刊，2010（2）：180-181.

[5]? 周士信.高中物理探究式實驗教學策略研究[J].高考，2020（33）：91.

[6]? 張英波.高中化學實驗教學創(chuàng)新研究[D].石家莊：河北師范大學，2009.

[7]? 褚華，邢小軍.拓展實驗寬度 優(yōu)化課堂結構：以“探究彈簧的彈力與形變量的關系”為例[J].實驗教學與儀器， 2020（9）：11-12.

[8]? 秦文佩. 基于物理核心素養(yǎng)對人教版初中物理教材的研究[D].西安：陜西師范大學，2018.

[9]? 沈金林.試論理性思辯在探究式教學中的作用[J].中小學教師培訓，2004（12）：33-35.

（責任編輯 易志毅）