探究教学在物理课堂中的应用

探究教学在物理课堂中的应用

刘代兵

重庆市垫江中学刘代兵

物理教学的探究过程，既是在一定的教学目的任务下，系统学习前人积累的物理知识、基本技能的过程，又是增长能力（特别是创新精神和实践能力）、形成科学观念和态度、个性和谐发展的实践过程。本人在“单摆振动的周期”的一课（高一）教学中对探究走进课堂进行了深入尝试。

一、教学思想

在科技迅猛发展、知识日新月异的今天，学生掌握发现问题、解决问题的科学方法，比简单地接受知识、获取知识更为重要。通过探究性实验，给学生主动参与、自主探究的机会与空间，使学生不仅获取了知识，还经历获取这些知识的过程，让学生从发现问题中发展能力，挖掘学生的创造潜能，掌握解决一般物理问题的方法。

1．把演示实验改为学生实验，培养学生初步的观察、实验能力

把演示实验改为学生实验，让学生去做、去观察、去想、去感悟，真正使学生成为课堂学习的主人。启迪学生的思维，提高学生主动参与探究的热情，培养学生的学习兴趣和愿望，对物理事实获得具体明确的认识。这样在整个教学过程中，不仅可使学生的观察、实验能力得到培养和提高，还能充分展现物理教学的特点和魅力。

2．做成设计性实验，培养学生的创新思维

传统教学常常是教师给定器材，学生没有选择器材的空间，教师走一步学生跟一步，忽略了对学生的思维能力和探究能力的培养。因此，将本课题的教学变为师生共同参与“探究”和“设计”课，把重点放到“探究”和“设计”的过程上，有意识、有目的、有针对性地训练和提高学生思维的灵活性与技巧性。

二、教学过程

1．提出问题

科学探究是从问题开始的，问题产生于怀疑。问题的提出通常依赖于问题情境的创设。它须满足三个条件：一是学生能在先前经验的基础上觉察问题的存在；二是探究内容对学生来说一定是未知的，经过努力可掌握的；三是能激发探究者的认识冲突、需要和期望。

具体实施为：①每组（四人一组）学生选择教师提供的部分器材，做成一个单摆，并测出其振动周期。（器材：穿有细线的小球，两个半径相等的金属球、一个塑料球，一个半径较小的金属球，摆线每隔10cm有一个标记，一个铁架台及木夹，秒表，条形磁铁若干，盛有水的烧杯，米尺等）②学生汇报各组测得的周期，得到不同的周期，使学生产生好奇与疑惑，学生提出：是什么原因引起周期不同？③由于学生对物理现象的观察及知识的有限，教师指导学生观察讲台上各种单摆的振动情况，引导学生观察单摆振动周期的特点。

2．形成假设

假设是根据已有的资料和客观事实，对探讨的问题设想出来的一种或几种可能的答案、结论。在探究式课堂教学中，教师应针对班级中处于不同水平层次的学生群体，使每个学生都有机会表达与自身水平相适应的见解，要引导学生自己提出假说，或在教师点拨下提出假说，根据学生的水平，分成小组，明确分工，协作学习，教师在巡视中对不同情况进行指导。

具体实施为：①引导假设：通过学生自己组测得的周期与其他组的比较，及观察讲台上的各单摆的摆动情况，引导学生提出各自的假设。②梳理归类：影响单摆振动周期的因素。

a.与摆角θ（振幅）有关；b.与摆球质量m有关；c.与摆球半径大小r（r<<L）有关；

d.与摆长L有关；e.与地球的吸引力G有关……

3．设计实验与实验探究

在假设实证推理阶段，教师要创设条件让学生积极参与假设检验的设计，进行实验观察、控制变量、记录数据或资料等。教师应适时引导学生协作、交流、反思，增强情感体验，调控探究过程。对于较快完成的组，组长应安排各组员对照议题，进一步回顾和思索，准备提问和交流。

具体实施为：如何确定摆线长度、摆球质量、半径、摆角、地球的引力等诸多因素中是哪个因素对周期产生影响，如何判断这个因素对周期有无影响或怎样影响。

引导学生得出测周期的大小或用两个单摆对比的方法。

方法确定：通过控制变量法和比较法确定影响单摆周期的诸因素。

（1）课题分类：①研究单摆周期T与摆角θ关系；②研究周期T与摆球质量m关系；③研究周期T与摆球半径r关系；④研究周期T与与摆线长度L的关系；⑤研究周期T与引力G关系。

（2）方案设计：各组选定一个课题，小组讨论，设计实验方案。对课题①的方案设计教师应提醒摆角θ的大小不同分为简谐与非简谐振动，其他课题只要求研究简谐振动情况。

（3）方案确定：各组学生汇报设计的方案，如课题①，取摆线长度L、摆球半径r、摆球质量m、引力G一样，而摆角θ不同的两个单摆，比较两单摆周期T的大小。

在实际教学中，关于课题⑤的方案设计学生会有一定困难，教师应加以指导。如何得到质量不变而引力变化呢？尽管我们不能改变同一地方的g值，但我们可以模拟g的变化，如采用铁质摆球下放磁铁的方法，启发后有些学生还提出了以下建议：a.将摆球放在水中利用浮力减小引力；b.将单摆放在加速升降机中等。

（4）初步探究：每个实验小组选择上述任一课题进行研究。

4．发现规律，得出结论

当假设检验基本结束后，可选择一个完成假设的实验组阐述本组意见，其他实验组补充讨论的形式，展开组与组之间的交流和探究，并回答他人的提问，使全班学生都能清晰地了解其实验方法和分析思路。组与组之间的交流、补充、质疑后，运用科学逻辑方法，对实验现象和数据进行比较、分类、归纳和综合，发现规律和结论。

具体实施为：

（1）初步结论，每组由一位同学简要介绍实验的方法与获得的结论：①周期T与摆角θ有关，简谐振动当摆角θ＜10°时，周期T与摆角θ无关；②周期T与摆球质量m无关；③周期T与摆球半径r无关；④周期T与摆线长度L有关，摆线长度L越大，周期T越大；⑤周期T与引力有关，引力G越大（磁铁靠近铁球），周期T越小。

（2）探究周期与摆长的定量关系。学生方案测出两个单摆周期的大小并研究两者关系，学生实验得到：单摆的周期与摆长的平方根成正比。

（3）引申探究：周期与重力加速度的定量关系，作为学生的课外探究方案。

（4）得到规律：单摆的周期公式为

三、教学效果

在探究式课堂教学过程中，以问题提出展开，以问题解决结束。协作、交流、表述贯穿各环节的活动之中，形成了气氛活跃、开放、民主的教学格局，培养了乐于合作、分享信息的团队精神，增强了学生的情感体验。

1．学生学会了如何学习

通过探究过程，让学生不但学到了知识，而且学会了解决一般物理问题的方法，对学生今后的学习起到不可估量的作用。

2．培养了学生的实验能力

通过分组实验，培养了学生的观察能力、操作能力，勇于探索的意志力、实事求是的科学态度及共同协作探究的良好品质。

3．培养学生的创新意识和创新思维

学生在教师指导下，设计实验，采用“设疑→激疑→释疑”的方法，学生的思维得到训练和提高。从提出“探究的目标”到“控制变量法”与“对比法”，从“初步探究”到“重点探究”与“引申探究”以及用“磁铁增加引力”等，这些是学生创造思维中的一种飞跃，有利于培养学生创造性运用知识解决实际问题的本领。