漫话探究式实验教学

肖永珍

物理新课程理念的核心是改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探索的过程，学习科学研究方法，培养探究精神、实践能力和创新意识。对“探究”最早道得透彻明白的应该是屈原老夫子了（真怪，和苏格拉底差不多是同时代人），他对人生迷惘忧愁想求个究竟，如何求？“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。他认为探究是一个过程，要经历漫漫修远的路途；其方法是要“上下”多方位寻求；探究需要发挥“吾”的自主性而不是由别人来施舍。弄明白人生真理是如此，让学生学好自然科学更是如此。

夏老师以情境设疑导入，通过日常生活经验和观察中的两个实例提出问题。围绕问题，教师以即时演示实验引入，加深学生心中的疑惑。在此基础上，引导学生根据实验做出猜想，然后再让学生设计实验对猜想进行验证。学生借助DIS数字化传感器向心力演示器进行实验，通过实验的图像逐一探索改变向心力的因素，然后进一步通过讨论与交流，得出向心力公式。接着运用牛顿第二定律，自然地推导出向心加速度的公式，让学生明白匀速圆周运动的向心力和向心加速度的大小不变，但方向时刻在改变。从这里我们可以看到，本教学设计包括了提出问题、形成假设、制定方案、整合资料、得出结论、评价交流等几个模块，是实践新课标理念的探究式实验教学的典型案例。

探究式学习活动中的重要特征是以问题作支撑，以问题来贯穿学习过程始终，因此，问题的质量直接影响着探究的成败。我们不妨看看本节课在引入新课时的两个问题：同学们跑步转弯时，身体会自然的怎么样？在湿滑的水泥路上转弯时，无论是骑自行车还是驾车，必须怎么办？在这里，“身体会自然的怎么样”，“必须怎么办”这样的问题不仅别扭，而且对高中学生来说，丝毫没有置疑的价值。况且，两个问题重复，没有层次。如果第二个改为“你坐在汽车里，身子紧靠着座椅背。当汽车向右拐弯时，你感到身子会向哪个方向倾斜？”也许要好得多。“问题”重在“置疑”。有人将物理称之为“悟”理，很有道理。“悟”字从“心”从“吾”，此心是“吾”（受者）之心。要达到“悟出道理”的效果，说者须适可而止从而迫使听者脑子急拐弯，自个儿或看书或查资料或分析推理去弄明白其中的奥妙。

理科探究式教学的关键是实验。其实加强实验是传统教学历来的主张，在探究式教学中的实验又有何特点？最主要的是要重视猜想、假设的形成。猜想与假设是科学思维的一种形式，合理的猜想是知识与能力的综合体现。猜想不是胡思乱想，需要教师的引导。在本教学设计中，当学生对向心力的概念有了一定的认识后，进一步提出向心力的大小与哪些因素有关的问题，让学生根据前述实验做出猜想，然后再让学生设计实验对猜想进行验证。我们发现，教师一开始进行的演示实验是绳拉小球在光滑水平面作匀速圆周运动，重力与支持力平衡，所需向心力（合力）仅绳的拉力，其大小与半径、角速度、质量有关。这是一个极简单的特例。如果在此基础上，提出问题让学生思考：像生活中见到的一些作水平匀速圆周运动的实例，如自行车拐弯、老鹰在天空盘旋、小钢球在碗中沿碗壁作圆周运动……其向心力的大小是否也如此？让学生猜想和假设后再通过动手实验验证。那么，这种从特殊向一般的引导过程，将会使探究更精彩。

向心力是物体做匀速圆周运动时所受到的合外力，这在教学中是个难点，但同时为探索科学家的科学思维方法提供了生动的素材。我们不妨引导学生从分析“自行车拐弯”、“飞机在高空作圆运动”、“小钢球沿碗壁作圆运动”等个案的受力情况入手，进而将上述“实物”去伪存真化为质点，最后引出圆锥摆这个物理模型，让学生感受一次物理模型的建立方法。物理模型的建立是科学家留给我们宝贵的精神财富，在探索物理规律的同时，渗透物理研究方法、物理思维的探索，正是探索式教学的重要任务。

在“实验与探究”环节，教师采用了DIS数字化传感器向心力演示仪。DIS系统是传感器、计算器和真实实验的结合。在探究式教学中引入现代科技手段，有利于解决教学中的难点，有利于学生技能的训练，有利于方便和精确地测量物理量，但有利亦有弊，“自动记录”往往以削弱亲身感受为代价。因此，在探究式实验教学时切忌丢掉传统实验手段。非专用器材，特别是生活物品的实验会拉近科学与学生的距离，使学生感到科学就在自己身边，从而对科学产生亲近感。著名物理教育家朱正元教授曾说：“不要迷信只有工厂制造的仪器才是仪器。”他提倡物理教师要设法不花一文钱而能做物理实验。朱教授所提倡的“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”在探究式实验教学中应该得到重视。