高中物理探究学习教学内容的选择与设计，本文主要内容关键词为：教学内容论文,高中物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在新课程背景下，高中物理探究学习教学内容的选择与设计应服务于普通高中《物理课程标准（实验）》中课程目标的达成。在教学设计过程中，教师根据探究学习教学目标的需要，选择或设计科学探究的内容，最大限度地发挥探究学习的教育功能，实现学生在三维目标上的有效变化。那么，如何判断学习内容是否适合探究？有哪些学习内容适合于探究学习？如何设计教学内容？
一、高中物理探究学习教学内容选择的依据
高中物理探究学习教学目标是高中物理探究学习教学内容选择的依据。知识目标决定探究内容选择的范围，选择具有探究价值的教学内容进行探究；技能目标决定探究内容选取的角度，选择能够促进探究技能掌握的问题进行探究；过程与方法的目标决定探究内容的组织形式，选择能够促进学生理解科学探究过程、方法的教学组织形式；情感目标决定探究内容呈现的方式。因此，高中物理探究学习教学内容的选择应有利于物理课程三维目标的实现。
具体选择探究学习教学内容时，对学习内容的分析要深入，知识内容及其结构关系要清楚，知识内容的类型要明确：陈述性知识、程序性知识、策略性知识。
(1)陈述性知识：物理现象、物理概念、物理规律等物理知识。
(2)程序性知识：物理知识的应用及应用物理知识解决问题的方法。
(3)策略性知识：物理知识的认知策略、元认知策略、物理技能及应用物理知识解决实际问题的策略。
二、高中物理探究学习教学内容选择的原则
高中物理探究学习的内容选择，应有助于学生对科学探究的理解，有助于学生对科学探究技能的掌握，有助于培养学生的科学探究能力，有助于探究学习三维教学目标的达成。从探究的深度、广度、可操作程度等方面考虑，选择探究学习教学内容时应遵循下列原则。
1.适度性原则
首先是探究“量”上的适度。即探究内容的复杂程度要符合高中学生的身心特点和认知水平，接近学生的思维发展区。若探究内容过于复杂，学生探究的时间太长，将影响其他知识内容的学习；若探究内容太简单，学生会失去探究的兴趣。其次是探究“质”上的适度。即探究的难度要符合学生的身心特点和认知水平。依据维果茨基的最近发展区理论，探究问题的难度应是学生通过努力可以解决的。即通过学生已有的知识、能力的提取和综合，可以进行探究并得到结果。否则，学生花了很大的代价也没有获得探究结果，不利于探究学习的开展。
2.激趣性原则
探究学习是学生经历科学探究过程以获得知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观的变化为目标。学生有好奇心，喜欢探究问题的答案。满足学生的好奇心，有利于激发探究学习的内驱力。因此，探究学习的内容必须能充分激发学生的内在动机，激起学生的探究乐趣。可选择满足学生现实需要、贴近学生实际生活的内容；也可选择具有一定难度且学生感兴趣的物理问题作为课题，让学生以课题研究的形式进行探究。
3.实践性原则
探究学习中课堂内探究的内容应是通过科学探究活动可以得到探究结论或结果的科学问题。探究结论或结果与研究变量之间具有因果关系，通过演绎推理是可以成立的。否则学生可能会陷入“提出探究假设——设计实验验证——推翻假设——重新提出假设…”的不良循环之中，不利于探究学习的进行。探究活动设计符合学生的起点水平：学生的已有知识准备和技能准备。课外探究的课题，探究计划、探究方案都应具有实践性。否则，学生进行的是盲目的探究。
三、高中物理探究学习教学内容选择的范围
根据探究学习教学内容选择的依据、原则，基于普通高中《物理课程标准（实验）》编写的高中物理新课程，可作为探究学习教学内容的物理知识相当丰富，归纳起来可从以下五个方面来考虑。
1.高中物理概念和物理规律
高中物理概念和物理规律既是课堂探究的基础，又是课堂探究的对象。在探究学习过程中，学生通过科学探究体验、感悟知识产生的原因和发展过程，掌握获取知识的过程和方法，使自己的认知结构趋于合理化和系统化。这不仅有利于学生对物理知识的深刻把握，更有利于学生对科学探究的理解，有利于学生科学探究能力的提高。如力学中有：质点模型，速度、加速度概念，摩擦力的方向，力的合成规律，曲线运动的速度方向，决定向心力大小的因素，运动的合成与分解，功的概念，动量与冲量概念，物体平衡的条件，自由落体运动及其规律，牛顿运动定律，平抛运动及其规律，机械能守恒定律，动量定理、动量守恒定律，弹簧振子的模型、单摆模型、机械波的模型，简谐运动及其规律，波动的规律等。这些概念与规律都是适合探究学习的内容。
2.高中物理探索性实验
高中物理探索性实验的实质是学生自主地进行高中物理实验。实验前，教师只给出实验探究要求，其他活动由学生根据教师的适时组织、引导来设计。高中物理探索性实验有课堂探究实验、学生探究分组实验及课题探究实验。课堂探究实验是为探究物理现象、物理规律而设计的课堂教学探究环节，一般是比较简单的探究实验；学生探究分组实验是为探究物理规律而设计的学生自主探究实验课，一般要求学生掌握实验原理、设计实验方案，根据设计方案进行探究，通过分析实验现象，得出实验结论；课题探究实验是开放性探究实验，学生根据课题研究方案进行实验探究，实验方案的设计、实验器材的选择、实验数据的收集、实验结果的分析完全由学生独立完成，教师仅仅起帮助者和支持者的作用。如力学中，探究平抛运动中竖直方向的运动规律属于课堂探究实验；学生到实验室探究“共点力合成的规律”属于学生探究分组实验；课题研究小组“研究影响滑动摩擦力的因素”时，小组成员通过具体的实验来探索滑动摩擦力与接触面间的压力、接触面的性质、接触面积及其他可能因素的关系，这是课题探究实验。
3.与高中物理有关的多学科综合性问题
物理学是自然科学中的基础学科，它与化学、生物学、数学等学科的联系相当密切，在课题探究内容的选择方面可涉及其他学科与物理学相联系的综合性问题，如选取“从电冰箱到臭氧层”为主题开展课题探究，它涉及电冰箱的工作原理、氟利昂的物理性质与化学成分，氟利昂中某些物质与臭氧的作用，臭氧层与人类的关系，人类应采取的对策，无氟冰箱的制冷机理是什么等。
综合性问题的探究涉及物理学等多学科知识。这有利于培养学生的融合意识、知识整合能力和发散思维能力。
4.高中物理知识在现实生活中的应用问题
物理学是一门密切联系实际的科学，物理知识在现代日常生活、工农业生产中有广泛的应用。因此，在课堂教学中选择现实生活中的实际问题进行物理知识应用方面的探究可激发学生学习的兴趣，培养学生的观察能力、发现问题能力和应用物理知识解决实际问题的能力。如测定自来水的电阻率、地球半径的测定、测量太阳的辐射功率、地磁场的测定等。
5.高中物理知识在科学前沿中的应用问题
在物理教学中选取一些与现代科技发展的前沿问题相近的内容作为课题探究的方向，可体现中学物理学习内容的时代性，激发学生学习物理学的兴趣，开拓学生的视野。如选取“阿尔法磁谱仪与暗物质”为主题的课题探究，通过收集相关的材料，了解阿尔法磁谱仪的原理，暗物质和它在人类认识宇宙进程中的意义；又如通过对宇宙飞船的有关资料的查阅，可以探究宇宙飞船发射和返回的物理原理、进入轨道后的运动情况、载人宇宙飞船中宇航员的超重和失重等问题。通过对这些问题的探究，不仅能起到巩固所学物理知识的目的，从而强化学生“学以致用”的意识，而且对发展学生的情感态度与价值观极为有利。
四、关于高中物理探究学习教学内容的设计
高中物理探究学习教学内容的设计是教师在认真分析普通高中《物理课程标准（实验）》、充分研究《高中物理课程标准实验教科书》和学生的现有认知发展水平后，合理选取、组织教学内容，合理安排教学内容的表达或呈现顺序，使教学内容最有利于学生的学习。高中物理探究学习教学内容集中体现在课程标准实验教科书中，由于教科书的编排和编写要受到书面形式等因素的限制，它所呈现的知识内容和知识结构必须经过教师的重新选取、组织、加工后，才能由死的教学材料变为活的知识，才能真正切合高中物理教学的实际需要，并最终有效地内化为学生掌握的知识。因此，高中物理探究学习教学内容的设计过程是高中物理教师对物理课程的重构过程。
1.物理概念的探究——以概念的形成过程为主线
物理概念是物理学的基石，是研究物理学的起点。高中学生对物理学基本概念的正确理解是他们形成良好的物理思维品质的前提。在设计物理概念教学内容时，要突出探究物理概念形成的思维过程，内容的设计应让学生真正卷入到“思维冲突”之中，然后利用实验探究或理性探究冲破学生的思维障碍，形成清晰的物理概念。
例如，瞬时速度，是高一物理中非常抽象难学的一个概念。为了让学生能够正确地建立起瞬时速度的概念，可通过如图1所示的实验装置（气垫导轨、光电门与计数器配合使用）演示平均速度的测量方法：测出AB位移内的平均速度。当逐渐把B点向A点靠近，使AB的位移（或滑块经过AB的时间）取得越来越小时，所测得的平均速度值会越来越趋向于某个值。当B点与A点越接近，通过AB这一段距离的速度变化越小，所得的平均速度越接近A点的速度。在此实验基础上，启发学生超脱具体实验条件的限制，运用科学思维去继续操作“理想实验”：假如把B点与A点无限接近，作为位移来讲几乎接近到了A点，那么所测得的平均速度又是什么呢？学生的思维到了这一层次，瞬时速度的概念已经不言自明。这时测得的平均速度实际上已是通过A点时的瞬时速度，瞬时速度的概念便自行引出。
图1
图2
学生初步建立起“瞬时速度”的概念后，为帮助学生进一步理解该概念，借助数学工具——图像法来深化对该概念的理解。如图2中所示，当△s→0、△t→0时，曲线的斜率从表示物体的平均速度转化为表示物体的瞬时速度。
2.物理规律的探究——以物理规律的发现或建立过程为主线
由于目前的高中物理教材，知识的结构化程度较高，又由于篇幅的限制，所以在知识的阐述与联系上，有较大的跨度，不利于学生对新知识的顺应和同化。在物理规律教学之前，教师对教学素材进行重新组织与完善，以学生原有的知识水平为起点，使知识的逻辑顺序、学生的心理顺序和教学顺序相呼应，帮助学生顺利实现知识的迁移。
例如，万有引力定律，是高一物理比较重要的一个规律。如何探究万有引力定律的发现和建立过程是建立万有引力定律的前提。可以按照“提出假说→数学推理→实验验证→合理外推”来探究牛顿发现万有引力定律的思路和过程。
教学时，通过创设情景、提出问题、引发思维冲突、提出假设，激发学生的问题意识，引发探究欲望。提出行星为什么会绕着太阳运转的假说：受到太阳的引力。
接着，根据提出的假说建立物理模型进行数学推理。把行星绕太阳的运动看做匀速圆周运动，并把太阳与行星看作质点。行星运动所需要的向心力由太阳对行星的引力来提供。如果用m表示行星的质量，r表示行星的轨道半径，v表示行星运动
教师引导学生进一步猜想该规律适用于地球和月球之间、其他的行星与其卫星之间以及地球和地面上的物体之间的引力作用。如何证实猜想？引导学生通过理想实验证明：地球和月球之间存在的引力和地球对地面物体的引力是同种性质的力。
实验思路：物体的加速度既可以由动力学方法又可以由运动学方法来求。
根据月球绕地球做匀速圆周运动，由运动学知识测出月球的加速度；假设地球和月球之间存在的引力和地球对地面物体的引力是同种性质的力，可以算出月球绕地球运动的加速度。比较由引力规律算出的加速度与实际测得的加速度是否一致即可。实验表明：两种方式得到的月球加速度是相同的，说明假设是正确的。地球和月球之间存在的引力和地球对地面物体的引力是同种性质的力，遵循同样的规律。至此，任何两个物体之间都存在着引力的结论呼之欲出。
3.物理习题探究——以问题解决的思维过程为主线
物理习题的探究体现应用物理学基本知识解决实际问题的思路、方法和策略。物理习题的选择和设计应注重物理学基础知识在现代生活、现代生产、现代科技等方面的实际应用，与学生的生活密切联系起来。
例1 2004年1月25日，继“勇气”号之后，“机遇”号火星探测器再次成功登陆火星。在人类成功登陆火星之前，人类为了探测距离地球大约
的月球，也发射了一种类似四轮小车的月球探测器。它能够在自动导航系统的控制下行走，且每隔10s向地球发射一次信号。探测器上还装着两个相同的减速器（其中一个是备用的），这种减速器可提供的最大加速度为5m/
。某次探测器的自动导航系统出现故障，从而使探测器只能匀速前进而不再能自动避开障碍物。此时地球上的科学家必须对探测器进行人工遥控操作。已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极快。科学家每次分析数据并输入命令最少需要3s。表1为控制中心显示屏的数据。
表1
问：
(1)经过数据分析，你认为减速器是否执行了减速命令？
(2)假如你是控制中心的工作人员，应采取怎样的措施？加速度需满足什么条件？请计算说明。
这是一道联系现代科技的信息题，物理过程复杂，信息量大，需要学生有较强的获取信息、分析信息、鉴别信息、处理信息的能力。可以先进行以下三个问题的探究：
信号传播的时间能忽略吗？为什么？
信号发射与接收的实际时刻是什么时刻？
如何经过数据分析来判断减速器是否执行了命令？
通过这几个问题的探究，学生对习题中的信息进行鉴别、处理，分析物理状态、物理过程、时间关系、位移关系，清晰物理量之间的相互关系，易于列出方程求解。
综上所述，在新课程背景下，为了服务于普通高中《物理课程标准（实验）》中课程目标的达成，教师合理选取、组织、设计科学探究的内容，合理安排教学内容的表达方式或呈现顺序，才能真正切合高中物理教学的实际需要，最大限度地发挥探究学习的教育功能，实现学生在“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标上的有效变化。