设计开放性物理问题来形成探究学习活动

2009-05-25张启业

物理教学探讨 2009年4期

张启业

摘要：本文通过实例阐述了如何设计开放性物理问题，从而形成探究式学习活动，以此增进学生探究式学习效果。

关键词：新课程；探究式教学；开放性问题；设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148(2009)4(S)-0065-3

在新课程的实施过程中，设计探究式的教学方案是有效落实新课程理念的重要手段和方法，但其实施效果还不太理想，不能有效地达成知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观三维一体的教学目标。目前探究式学习还存在学生的参与度不足、讨论内容偏离主题、课堂氛围难以调控等现状。

针对以上现状，教师应尝试着将教学内容设计成开放式，开放问题的某一个环节，在组织课堂探究活动中，便有可能克服上述缺点，使课堂探究按照原来设计的方式有序地开展，这样可以使得学生的讨论不偏离主题，同时也可以使课堂的氛围和时间比较容易控制。下面举例谈一下开放式教学的设计方案。

1 开放物理问题的条件，形成探究学习活动

在传统的教学中，讲电磁感应的产生条件时常举这样一个例题：有一根通有直线电流的导线，和一个与导线在一个平面内的矩形线圈abcd，在下列情况下能使线圈中产生感应电流的是（）。

A．线圈abcd上下平动

B.线圈abcd左右移动

C．导线的电流增大或减小

D.以ab为轴转动

这样一来学生只要从A、B、C、D中选出一个或几个正确的答案就行了，不能完全把学生的探究兴趣调动起来。如果设计成开放性的问题，将会起到很好的效果。

如，有哪些办法可以使线圈中产生感应电流呢？这样一来学生经过探究能想出很多方案来。

（1）将线圈abcd以ab为轴旋转

（2）将线圈abcd以对角线ac为轴旋转

（3）将直线电流远离或靠近线圈

（4）将直线电流以任意点为轴旋转

（5）将线圈由矩形改为圆形或三角形

（6）将线圈abcd以bc为轴旋转

（7）将线圈abcd以导线为轴旋转（不能产生感应电流）

通过这种探究活动学生真正清楚了怎样才能产生感应电流，而且还能把所列举的情况归类总结，深刻理解产生感应电流的条件：①磁场改变；②线圈面积改变；③线圈与磁场间的夹角发生改变。开放性的问题设计收到了预期的效果。

2 开放物理问题的过程，形成探究学习活动

在进行开普勒第三定律的教学时，如果仅告诉学生半长轴的三次方与周期的平方成正比，则失去了一个很好的探究机会；如果给出数据由学生去验证，探究过程变得简单，失去意义；如果设计成开放性的探究过程，引导学生去探究分析，则学生能深刻体验到探究过程的快乐。可以设计这样的问题：如表1所示为八大行星的半长轴和公转周期的数据，请根据下表总结半长轴和周期的关系。

通过这样设计，同学们就会去探究，观察表中数据，发现两组数据的一般关系为：

r越大，T越大。

作出一般性猜想：T与r成正比，即 T=kr。

作出T-r图线（如图2所示）后发现猜想不对。于是作出进一步猜想T与r²成正比，即T=kr²。

作出T-r²图线（如图3所示）后发现猜想也不对。

从图像的弯曲情况来看，再作出进一步猜想：T=kr^1.5。

作出T-r^1.5图线（如图4所示），如果是一条过原点的直线，则说明T与r^1.5成正比，即T²与r³成正比。

通过这种开放性的设计，让学生经历了探究的过程，过程和方法的教学目标就自然地达成了。

3 开放物理问题的结论，形成探究学习活动

元电荷是高中物理电学的基础，这个概念往往最容易被物理老师所忽略，认为这是一个亘古不变的结论，没有探究的必要。其实如果从实验数据入手，将结论设计成开放式的，将收到良好的效果。

例：美国物理学家密立根（Robert A.Millikan）在1909年到1917年期间，做了测量微小油滴上所带电荷的工作，即油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验。这一实验的设计思想简明巧妙，方法简单，而结论却具有不容置疑的说服力，因此这一实验堪称物理实验的精华和典范。密立根在这一实验工作上花费了近10年的心血，从而取得了具有重大意义的结果。表2提供的数据是密立根测量结果中的一部分。请你根据这组数据推出元电荷e的数值。

学生获得这些数据后，根据所学的数学知识进行探究，他们经过讨论决定将这组数据导入电子表格中，然后对它们按升序排列，再采用逐差法，依次用后一个数值减去相邻的前一数值，得出相邻两个数据之间的差值（如表3所示）。观察表格中的数据，发现相邻电荷值之差与1.63关系密切。考虑到实验误差造成的影响，得出元电荷e的数值为1.630×10^－19C。通过这样一个开放性的设计，让学生在探究过程中，体验了密立根研究元电荷的过程，从而培养了学生进行科学探究的乐趣和热爱科学的情感。