开展探究性物理教学的实践，本文主要内容关键词为：物理教学论文,探究性论文，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。
什么是探究性学习？是不是只有通过实验进行探究的学习才是探究性学习？许多教师认为，新课程的课堂应该是一种探究性活动的课堂。应该从探究活动中开始，在探究中结束，探究活动是贯穿于课堂教学的全过程中的。探究活动也应该以实验为中心展开。如果没有“探究活动”，新、旧课程还有什么区别呢？在这样的认识中，就挖空心思地引入了众多的探究活动内容，而不顾及探究活动的目的和深层的意义，课堂活动也就成了为探究而探究的活动。
那么，怎样的学习才可以称得上是探究性学习呢？
探究学习是一种以问题为载体，以主动探究为特征的学习活动，是学生在教师的指导下，在学习或者在社会生活中自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程。
探究性学习具有非常明显的特征。探究学习强调以探究、发现的方式进行学习。探究学习从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题，在教学中创设一种类似于学术研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题，经历实验、调查、搜集与处理、表达与交流等探索活动获得知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的发展，特别是获得探索精神和创新能力的发展。探究学习具有很强的问题性、实践性、参与性和开发性。经过探究性学习的过程以获得理性思维能力的发展和深层次的情感体验，建构知识，掌握解决问题的方法。
新课程的核心理念是一切为了学生的发展，新课程的终极目标是为了培养学生的创新精神和实践能力。因此，在新一轮课程改革中，一个很大的亮点就是更加强调课堂教学的有效性，力求优化教学过程，力争提高教学效果。为此，新课程的实施中，大力倡导多元的教学模式和学习方式，要求在课堂教学中尽量创设丰富多彩的教学情景，以丰富学生的情感体验，张扬学生的轻松愉快，从而赋予学习活动以新奇感，使那些原本单调的技能训练和认知过程变得生动有趣，从而激发学生的学习兴趣，进入乐学的状态。同时，教师要积极创造条件，通过有机、有意和适度的活动，让学生积极地参与到课堂活动中来，在“看一看”“想一想”“做一做”“说一说”的学习活动中，有效地促进其各种体态技能的协调发展，使学习过程既是一个知识的习得过程，同时也是一个体验、感悟和实践的过程，从而提高课堂教学的有效性。
一、课堂教学“探究性学习模式”的运行条件
良好的课堂环境是实施有效教学的前提。笔者从多年的教学实践中认识到，在时间和空间都是有限的课堂教学中，要顺利有效地开展探究性教学，就必须在以下几方面下工夫、做文章。
1.精心选择好探究的课题
探究课题的设置及其内容的选择要有实用性、可行性、可探究性和开放性，要结合学生的实际需要，把教学重点放在知识的运用上。
2.充分地进行准备和组织策划
教师应充分考虑到学生可能出现的各种情形，注重方法的指导，也要有效地进行组织与协调，使学生能真正领悟到自身在活动中的主体地位，更好地发挥其潜能。
3.积极创造宽松的学习条件
在实施探究性学习的过程中，教师一定要有民主的意识和作风，也应该让学生拥有一个足够的时间和空间，为自由组合、分工合作，查找和整理有关资料留有余地。也要注意活动的开放性，内容的丰富性和方法的多样性。
4.努力建构起合适的评价平台
评价应重过程、重体验、重态度、重发展，强调评价的发展功能和评价主体的广泛性、内容的全面性、方法的科学性、形式的多样性和结果的激励性。评价中应充分肯定和发挥学生的自主性，注意学生的自我评价，相互评价，表彰创新。
二、课堂教学中探究性教学的实现
在高中阶段，教师应该刻意地设置一些进行探究性教学的内容，努力对要进行探究的物理问题创设适宜的问题情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学问题。也可以创设一些任务，让学生在完成任务中，运用科学思维提炼出探究的课题，形成探究的意识和能力。
教师还要有意识地、适当地给学生开一些“窗口”，渗透一些物理前沿的内容、思想和观点，引导学生向“窗外”的世界望一望，哪怕仅仅是“一瞥”，也都会对开阔他们的眼界、启迪他们的思维和加深他们对物理学知识的理解产生深远的影响。
案例一、“磁感应强度”的教学
对“磁感应强度”概念的建立，通常都是在定性叙述的过程中，得出B=F/IL。这样的处理，从教学的层面看，不仅学生感到茫然，教师也觉得很别扭。因为在定义电场强度的概念时，我们就经历了这样的尴尬。什么“……比值是一个定值”，这个比值真的是一个定值吗？从教育的层面上看，科学家发现物理规律过程中所经历的艰辛、思维的渐变过程以及富有创造性的研究智慧都被人为地削去了，学生只是被动地接受知识，而无法达到在感悟科学家创造性的工作过程中也受到激荡思维的目的，也就无法从中获得有益的养分。这样的教学，教育的功能被大大地削弱了，失去了应有的教育价值。
怎样才能让学生确信“……这个比值真的是一个定值”呢？为了充分体现这个教学环节所隐含的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维目标的教学价值，我们对实验进行了改进，把较难定量研究的“磁感应强度B”的有关信息在引入力传感器和电流传感器后在电脑屏幕上用函数图象的形式显示出来。这样处理，既增强了所传授的知识的可信度，也帮助学生提升了分析问题与解决问题的水平。
首先，我们选用磁性很强的环形磁铁，用两面包裹铁皮的方式制作成几块长宽均约15cm、厚约1 cm的板形磁铁，并以长约20cm、宽约10cm左右的塑料盒经处理后作骨架，用直径约0.5 mm的铜线绕制成200圈左右的线圈。然后，用铁架台、力传感器、电流传感器、电源、滑线变阻器、导线和电键等器材组成实验装置。
其次，在教学过程中，为了较好地体现探究性学习的特征，我们对实验展开过程进行设计：
1.帮助学生认识到磁场是有强弱的
(1)播放电磁铁提升重物的视频。
(2)演示磁铁吸引铁桶的实验。
(3)演示竖直悬挂着的两条长约2m、彼此靠近的铝箔，通电后产生相互作用的实验。
(4)演示磁铁对置于其旁边的通电导线有力的作用的实验。
2.让学生根据现有的知识经验猜想
你认为磁场对置于其中的磁体的作用力跟哪些因素有关呢？
3.磁场的强弱可以用什么物理量来描述？
应该从何处入手进行研究
在学生经历认真思考的过程后，教师引导学生进行理性思维：
(1)首先应该想到，要研究磁场的强弱，就必须以我们已经熟悉的磁场的有关特点为抓手。
(2)磁场的强弱可以从“磁场对置于其中的磁体有力的作用”这个特点入手研究。那么，应该选什么物体为研究对象呢？
教学构想：让学生进行发散思考，教师把学生提出的构想依次写在黑板上。
(3)引导学生运用相应的物理知识对这些设想进行分析筛选后，确定选“电流元”为研究对象比较好（可控、便于操作）。并让学生思考：实验中，“电流元”是不是可以随意放置呢？为什么？
(4)应该选择哪些实验仪器？如何进行实验？引导学生想到可以类比电场强度的研究方案，运用控制变量法，并采用上面的实验装置进行实验。而后引导学生通过实验得到：
，综合分析后得出
，即F/IL是一个定值。
(5)引导学生在磁场中的不同位置进行实验探究，看看情况会怎样？
(6)引导学生在综合分析的基础上形成研究结论。
(7)抓住典型问题，通过问题辨析、分析判断，深化磁感应强度的概念。
对物理课堂上的探究性活动的目的，重要的不是获得某一项具体的结果，而是让学生经历体验的过程，为了使学生通过实验活动认识物理现象和规律，得到科学思维方法的训练和研究能力的锻炼。
教学实践表明，在实验教学中有意识地营造一种探究性教学的氛围，在师生潜心研究的过程中，可以使学生更好地领会实验的精髓，增强问题研究意识，提高实验的素养，形成分析问题和处理实际问题的能力。高中物理课程标准中，更加突出了教师的主导作用和学生的主体地位。本节课的整个教学过程正是对这种教学理念的尝试，试图让学生真正成为学习的主体。让学生主动地学习，积极参与问题的分析、讨论、交流，经历体验，在自主探究和合作学习的氛围中主动地学习知识，增强自主学习的意识，提高发现问题、思考问题、解决问题的能力，并在实践中体会到学习的乐趣。
在有意识地组织学生开展以活动为线索的探究学习中，可以有效地激发学生的学习兴趣，提高学习的效果。譬如，对人教版普通高中课程标准实验教科书《物理（选修3-1）》中“电阻定律”内容，课程标准是：通过实验，探究决定导线电阻的因数，知道电阻定律。电阻定律的定量关系的得出是本节课的教学重点。显然，实验的成功与否直接影响着对电阻定律的认识。这样，通过定量的实验探究导体的电阻与导体长度、横截面积及材料间的关系就成了本节课的关键。
通过研究新课标与各种版本的教材即可发现，在原大纲教材中，本节内容安排在第二节，而新课标课程大多将其安排在后面。除了人教版之外，上海二期课改的新教材中就将它安排在“拓展性课程”第二册的第十二讲的第一课时，为什么要这样安排？这可能与这节课特定的内容和学习方法有关，也是为了更好地突出探究性。新课标提倡自主学习，合作探究，经历过程，体验方法，而本节内容正好非常地适合以这样的教学理念展开教学过程。而且往后挪一挪，有了前面的串并联知识的铺垫，理论探讨与实验探究才可以有机结合起来。因此，本节内容是一个不可多得的进行探究性教学的好内容。
案例二、“导体的电阻”的教学
导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积有关，怎样研究一个物理量与多个物理量之间的关系呢？研究的方法还是采用控制变量法，这一点应该让学生有一个深刻的体会。通过实验得到电阻定律后要强调：电阻率是表征导体本身材料性质的物理量，但并不是不变的，它与温度有关。本节课的教学中，要突出实验，强调方法，采用实验法和讲授法相结合的教学方法，让学生积极地参与到从提出问题、分析问题到解决问题的全过程中来，努力提高学生分析问题和解决问题的能力。
基于这样的思考，对“电阻定律”一节的教学过程，我们是这样设计的：
□创设情景，自主学习
1.教师导入情景：用半导体温度计测量学生的耳根温度。为什么能很快测出该同学的体温呢？你能运用初中所学的有关知识进行解释吗？
2.初中阶段的学习中，对这个内容是怎样进行研究的？你能简要地叙述一下吗？
3.要知道为什么，就需要了解与导体的电阻相关的一些知识。这也就是我们在本节课中将要学习的内容。请大家首先阅读课本P57页“电阻定律”中前5段内容，并准备回答投影上的思考题：
(1)导体的电阻与哪些因素有关？如何测量这些物理量？
(2)请你使用老师放在实验桌抽屉里的实验器材，根据教材P58页中的实验电路（如图1所示）测量所给电阻的阻值，并认真去体会一下“导体的电阻与电压、电流的大小无关，仅与导体本身的因素有关的特点”。
图1
□理性思维，构建课题
(1)导体的电阻与哪些因素有关？
(2)导体的电阻与其长度、横截面积和材料等因素间可能存在怎样的数量关系呢？
引导学生猜测：R可能与L成正比，与S成反比等等（如果学生猜想的因素比较多，通过引导学生运用自己的知识和经验进行分析筛选）。我们可以通过实验进行探究，本节课中，我们的主要目标就是通过实验探索结合理论探讨的方式得出电阻定律，这种方法也是我们研究自然和社会问题中常用的方法。
(3)如何探究导体的电阻与其长度、横截面积和材料等因素间的数量关系呢？——控制变量法。
□实验探究，揭示规律
探究活动一：
物理是实验科学，实验可以推翻理论，但是理论不能推翻实验（强调实验的重要性）。请同学们首先认真阅读课本P58“探究方案一”中的实验部分，请仔细体会实验原理。然后，连接好电路，通过电压表的读数，比较a与b、a与c、a与d的电阻之比，得出导体的电阻与其长度、横截面积及材料这三者间的关系（通过调节滑动变阻器，可以获得多组测量数据）。
活动调控：让学生进行分组讨论，总结结论，汇报结果。教师要积极地进行评价，及时进行指导与鼓励。
教师导向：
我们通过实验的方法，确切地知道了导体的电阻与其长度、横截面积的关系，也知道了导体的电阻还与其材料有关。现在，你是否觉得还不够尽兴，或说还不够满意呢？
（让学生回答或议论后）把同学们不满意的地方归纳了一下，主要有两点：
①是否可以运用串、并联电路的一些知识进行研究？
②导体的电阻跟其材料有关系，那这个关系到底是怎样的？
探究活动二：
理论探究（教师引导学生学习方案二“理论探究加实验探究”，并指出理论探究也是一种重要的科学研究方法。不要认为谈到探究就要做实验）。
活动调控：
先让学生进行分组讨论汇报结果：
①电阻与导体的长度成正比。
②导体的电阻与横截面积成反比。
教师积极地进行评价，并及时进行指导与鼓励。
师生共同归纳总结出电阻定律：
在温度相等时，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。
电阻定律的数学表达式：
教师启发：上式中ρ是比例常数，最有可能与什么因素有关（引导学生猜测）?
教师启发：如何确证？如何测定某种材料的ρ值？
教学说明：引导学生搜索处理问题的策略。需要的时候能否很快想起曾经非常熟悉的东西，这不仅是一种机智，更是一种能力。
探究活动三：
实验测定相同长度和横截面积，但不同材料的电阻丝的电阻值不同。
学生汇报：实验测定相同长度和横截面积，但不同材料的电阻丝的电阻值不同。说明导体的电阻率确实与材料有关。
教师评价：猜测合理，ρ即是反映材料特性的物理量，叫电阻率。
ρ的物理意义：反映材料导电性能好坏的物理量，数值上等于用该材料制成长度1 m、横截面积1
的导体的电阻。
教师引导：
①阅读P60页“思考与讨论”。
②阅读课本P60页中表格：“几种材料在20℃时的电阻率”，并回答以下问题：
A.各种导线一般用什么材料制成？为什么？
B.发热元件（如电炉丝等）用什么材料制成？为什么？
教师评价（学生回答后）：
①纯金属的电阻率较小，合金较大；
②金属的电阻率与温度有关。金属导体的电阻率随温度升高而增大。
演示实验1：如图2所示的电路中，加热电阻丝，观察小灯泡的发光情况。
图2
实验现象：加热电阻丝，小灯泡变暗，电阻丝冷却后小灯泡又变亮。
研究结论：金属的电阻率随温度的升高而增大。对一般金属，温度每升高1℃，电阻率大约增加0.4%。
应用：金属温度计（一般由铂制成），标准电阻（用康铜、锰铜等合金制成）。
演示实验2：将如图2所示电路中的电阻丝分别换成二极管、钨丝断了的“，白炽灯泡”（敲掉玻璃泡后剩下的部分），用酒精灯加热，让学生观察灯泡的发光情况。
实验现象：加热二极管（半导体）时，灯泡逐渐变亮。加热废灯泡时，小灯泡先不亮，随着玻璃的逐渐发红，小灯泡逐渐变亮，移开酒精灯，随着玻璃的逐渐冷却，小灯泡逐渐变暗，最终熄灭。
教师提问：你能解释这种现象吗？请学生解释。
□课堂实践，思考应用
……
这样的教学，较好地体现了探究性学习在物理教学中的地位和作用。教学活动中，通过实验引入课题后，先引导学生在自主学习过程中通过尝试用初中所学的这部分知识来解释实验现象，并回忆初中时采用的研究方法。然后，让学生进行自主学习，在阅读课文和动手实验的基础上，引导学生将三个实验整合在一起进行研究。在实验研究的基础上，再利用串、并联电路的特点，进行理论推导，以培养学生的逻辑推理能力。
上面的教学设计中，充分地注重了学生的参与，也注重了让学生在积极地探究活动中享受快乐，获得情感体验。通过让学生经历“猜想→理论探讨→实验探究”等探究活动的过程，了解科学研究的一般程序，体验控制变量法、对比分析法等方法在解决实际问题中的作用。通过让学生亲历其中的探究过程，培养学生获取信息、综合分析信息的能力。通过实验探究与理论探讨并行的探究活动，增强学生问题探究的意识，培养学生实事求是的科学态度。通过让学生动手实验，参与合作探究等活动，增强其科学探究的兴趣，提高合作学习的能力。
这样的课堂活动，探究任务明确，课堂活动安排合理，使反映教材内容的“知识序”、反映教学要求的“教学序”和反映学生思维特点的“认知序”三序合一，从而有效地完善了学生的认知过程，促进“三维教学目标”的有效达成。但是，应该特别注意的是，对于探究性教学的理解，许多教师认为只有通过实验展开的教学活动，才是探究性教学。其实，这是一种错误的理解。我们认为，探究性学习主要应该体现在学习观念上，体现在思维的方式和方法上。运用实验进行探究的课是探究课，不用实验进行研究的课未必就不是探究课。有些教学内容，根本无法用实验的方法进行探究，但在教师精心设计的教学过程中，探究的思想却可以体现得很好。
在人教版普通高中课程标准实验教科书《物理选修3-1》“库仑定律”的教学中，尽管无法通过实验的方式进行探究性活动，但教师通过从科学探究能力的渗透培养中切入，在充分地体现探究意识的过程中，也可以很好地体现课题研究的思想。
案例三、“库仑定律”的教学
我们设计了下面的教学方案：
□复习提问，导入课题
人们最早是通过电荷间的相互作用来认识电荷的。用牛顿力学成功地研究了物体的机械运动后，18世纪的物理学家们很自然地把带电物体在相互作用中的表现，与力学中的作用力联系起来了。
电荷间的相互作用力的大小跟哪些因素有关呢？
请同学们仔细观察下面的实验现象（教师做演示实验），并认真地想一想，它说明了什么问题。
学生在观察与比较中得出：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着电荷间距离的增大而减小。
教师引导：电荷之间的相互作用力究竟跟哪些因素有关呢？
引导学生理性地进行猜想：
1.可能跟两个带电体所带的电荷量有关；
2.可能跟两个带电体之间的距离有关；
3.可能跟两个带电体的形状有关；
4.可能跟电荷周围空间的介质有关。
引导学生在分析整合的基础上形成研究课题：
1.两电荷之间的相互作用力跟两个带电体的电荷量和距离间到底存在着什么关系？
2.两电荷之间的相互作用力跟两个带电体的形状及所在空间的介质间又存在着什么关系？
□问题导控，思维定向
通过抛出库仑力与万有引力的相似性，在引导学生进行类比中形成研究思路：
1.这隐约使人们想到：电荷间的作用会不会与万有引力定律具有相似的形式呢？也就是说，带电物体之间的相互作用力，会不会与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比呢？
2.卡文迪许和普里斯特利等人就确信“平方反比”规律适用于电荷间的作用力。他们确信世界是多样的，也是和谐统一的。
3.但他们也知道，引力与电荷间的力并非完全一致，而且上面的实验也仅仅是一个定性的实验，并不能证实这样的猜想。
教师引导（先让学生思考）：库仑是用什么办法测算出两电荷间的作用力呢？如果你是库仑，那你将如何进行研究呢？又从何处入手研究？
引导学生在把握问题特征的基础上形成研究策略：
1.首先应该将问题简化：
(1)不考虑形状——点电荷；
(2)不考虑介质——真空。
2.运用控制变量法进行量化研究。
3.实验装置的构建。
□问题为线，纵向发展
1.
不变，研究F与r的关系
提供给学生当年物理学家在研究F与r的关系时的实验数据（见表格）：
测量次数 两电荷间距离 游丝的扭转角
1 3636°
2 18144°
3 8.5 575.5°
让学生自己归纳得出：当两电荷的带电量一定时，电荷间的相互作用力与距离r的平方成反比。即：
2.r不变时，研究F与间的关系
请你想一想：应怎么研究F与间的关系？
教师追问：在库仑那个时代，还不知道怎样测量物体所带的电量，甚至连电荷量的单位都还没有呢！
库仑又是怎样解决两电荷间的作用力与电荷量的关系的？
库仑的睿智（库仑发现）：(1)两个相同的带电小球互相接触后，它们对相隔同样距离的第三个带电小球的作用力相等，所以他断定这两个小球所带的电荷量相等。(2)如果把一个带电金属小球与另一个不带电的完全相同的金属小球接触，前者的电荷量就会分给后者一半。
库仑就用这样的方法，把带电小球的电量q分别改变为：q/2，q/4,q/8,q/16，
库仑实验后又发现：当两电荷间的距离r一定时，两电荷间的相互作用力与两电荷所带电量的乘积
成正比。即：
。
□形成结论，开拓智能
引导学生通过分析综合得出结论：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。
，式中k是比例系数，叫做静电力常量。
安排学生通过分组讨论的方式，寻找确定k值的途径，设计寻找k值的实验方案。在学生充分活动的基础上，教师介绍卡文迪许的研究思路，使学生在体悟科学家独具匠心的设计思想的同时，经历情感体验。
这节课的教学中，尽管无法通过实验的方式进行探究性活动，但在教师精心设计的教学过程中，在教师适时的引导下，从问题的背景出发，根据研究内容发生、发展和变化的过程，以探究的形式层次分明地展开，使学生经历一个个探究活动，产生一次次情感体验的过程，难道不是一种探究性学习吗？这样的教学方式，很好地体现了探究性，从而很好地调动了学生学习的积极性，使课堂变得生动活泼，也使学生学到了在处理具体问题时应该具备的检索资料、分析综合资料的能力，提高了解决问题的能力。
但是，我们必须认识到，探究性学习既可以是一个大的内容，也可以是一个小的方面，甚至仅仅是一个教学片段。探究性学习有时可能仅仅体现在一种意识上。
譬如，人教版普通高中课程标准实验教科书《物理（选修3-1）》P48页中“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验，显然不是一个探究性实验，但在课堂教学中，我们同样可以使它体现出探究性学习的精神，我们可以采用这样的教学思路：
实验之前引发学生思考：灯丝有电阻，电流随电压变化的曲线可能是怎样的？
……
实验之后引导学生思索：你在自己作出的伏安特性曲线中有什么新的发现？你怎样解释这个发现？
这样处理，可以鼓励学生提出问题，作出猜想假设，进行简单的分析推理，同样也很好地体现了探究精神。
可见，如何实施探究性学习，既跟教学内容有关，也跟教师的教育思想和教学艺术方面的造诣有关，还跟学生的实际情况有关。《普通高中物理课程标准（实验）》指出了教学中的科学探究的以下几个要素“提出问题、猜想与假设、设计实验和进行实验（收集证据）、分析认证、评估、交流与合作”，一个教学片段中只要包含一两个这样的要素，我们认为这个片段的教学中就体现了科学探究的精神，千万不要贪多求全。因此，在确定探究性学习的课题内容时，一定要做到具体问题具体分析。