物理教学中的“探究学习”初探

李志文

[摘要]文章解释了探究性学习的概念,分析探究性学习的特点和过程,通过实例来说明探究性学习在物理教学上的简单应用。

[关键词]物理教学 探究性学习 探究活动 参与 合作 体验

一、探究性学习

探究性学习(inquiry learning)是一种积极的学习过程,主要指的是学生在课堂中自己探索问题的学习方式。

要研究探究性学习,首先要明确什么是探究。美国国家科学教育标准中对探究的定义是:“探究是多层面的活动,包括观察、提出问题、通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论、制定调查研究计划、根据实验证据对已有的结论作出评价、用工具收集、分析、解释数据、提出解答,解释和预测、以及交流结果。探究要求确定假设,进行批判的和逻辑的思考,并且考虑其他可以替代的解释。”那么所谓探究式学习,即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(或科学)研究的情景,通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、搜集与处理信息、表达与交流等探索活动,获得知识、技能、情感与态度的发展,特别是探索精神和创新能力的发展的学习方式和学习过程。

二、探究性学习的特点

1.学生是通过探究活动获得新知和能力的

探究式学习不把结论先告诉给学生,而让学生通过各式各样的探究活动诸如观察,实验,调查,制作,收集资料等,自己得出结论,使他们参与和体验知识的获得过程,建构起对自然的认识,并培养科学探究能力。

例如,在用自由落体法验证“机械能守恒定律”的实验中,同学们通过比较,发现物体一个位置的机械能与另一个位置的机械能非常接近,从实验中获得结论:自由落体过程中,在误差允许的范围内是守恒的。培养了学生认知的过程,比直接告诉他们的结果掌握的情况要好。

2.师生是相互尊重、平等、民主、合作的关系

学生是学习的主人,教师是引导者,组织者和共同探究者;学生之间是自主活动与合作活动相结合的关系,在学习过程中相互取长补短,相互促进,共同提高,特别重视合作关系。在探究实验中,教师只是引导者,只能在学生遇到问题时适当加以引导,而具体的操作与思考,要靠学生自己来完成。

3.重视形成性评价和学生的自我评价

探究式学习对评价要求较高,如它要求评价每个学生理解了哪些概念,哪些还模糊不清或不知道,是否能灵活运用知识解决问题,是否能提出问题,是否能设计并实施探究计划。

三、探究式学习的过程

探究性学习一般分五步:(1)提出问题。教师可以在课堂上提供设置情景,提供素材,引导学生认真观察、分析、思考、发现问题,有时因为时间关系,也可以直接提出问题。(2)收集材料,数据等。围绕着问题,就要收集相关的材料或者设计实验来获得实验数据进行分析研究,然后才能形成自己的观点。(3)形成解释。利用收集的材料根据逻辑关系和推理(归类、分析、推论、预测,以及像批判性推理和逻辑等一般方法)验证自己所得出的观点或结论。(4)评价结果:学习者根据其他解释对自己的解释进行评价,实证材料能够证明所提出的解释吗?解释是否足以回答问题?在将实证材料与解释联系起来的推理中有没有明显的偏见和缺点?根据实证材料能不能得出其他解释?学生只要将他们的结果和适应他们的发展水平的科学知识相结合,就达到了探究性学习的目的。(5)检验结果:学习者交流和验证他们提出的解释,结果是学生们能够解决交流中遇到的矛盾,进一步确定以实证为基础的论证方法。

四、物理课堂教学中探究式学习的应用

传统的课堂教学模式存在着重知识传授,轻能力培养,重教法轻学法,重智力因素轻非智力因素等弊端。有些教师曾试图改变这些不良现象,并为此作了一些努力和尝试,但又往往是矫枉过正,采取了“放羊式”的方法,不能有效地发挥教师的主导作用。

1.新课教学中的探究性学习

课堂中物理概念的教学,应按照学生认识规律,以学生为主体,以方法为主线,以实验为手段,倡导主动参与、亲身体会,通过建立概念的一般方法来理解和形成物理概念。

例如,自感的概念的教学。(1)首先提出探究性问题:当一个回路里的螺线管上电流发生变化时,能产生感应电动势吗?(2)介绍实验电路图和实验装置;(3)让学生根据已有的电磁感应知识去猜想通、断电时应出现的现象;(4)然后让学生注意观察演示实验检验学生的猜想;(5)再让学生讨论分析实验结果;(6)最后在教师的启发下共同归纳出产生这一现象的原因,从而建立自感的概念。这样进行概念探究的教学不仅调动了学生学习的积极性,更重要的是学生体验到了一种研究问题的方法,即:“提出问题——提出猜想——实验探究——分析论证——形成概念。”

还有,洛仑兹力概念的教学可用这样的探究程序进行:(1)首先分析安培力产生的一个必要条件是导体中的自由电荷应定向移动;(2)提出安培力是大量运动电荷所受磁场力合力的宏观表现的假说;(3)再用电子射线管加磁场后电子束偏转的方向可用左手定则判定的事实,验证了假设的正确性;(4)设计出金属导电的微观模型,从实验现象出发,用数学方法推导出;(5)通过安培力与洛仑兹力大小、方向、产生条件的比较,找出安培力与洛仑兹力的内在联系,确定了判断洛仑兹力方向、电荷运动方向、电荷的电性和磁感应强度方向之间关系的法则,学生便从中感悟到了洛仑兹力的概念形成过程和方法,即:“问题——假说——实验验证——物理模型——数学推导——类比分析——形成概念”。

2.习题课教学中的探究式学习

在物理习题课教学中,为推进素质教育而培养学生的创新能力的途径是多方面的。其中在例题的讲解中适时合理地“设置错误”,则能使学生在发现错误、纠正错误的过程中,透过表面现象,抓住问题本质,全方位、多角度地分析、研究、解决问题,从而激发学生的学习兴趣,陶冶学生的情操,培养学生的思维能力,形成学生获取新知识、发展新知识和运用新知识解决问题的能力。

“设错”是物理教学的一个设计手段。其目的是在“设错——纠错”的探究过程通过探究的方式来进一步帮助学生理解和掌握知识的重点和难点,让学生在纠错的过程中加深对概念和定理的理解,进一步提高学生的解题能力。例如,在复习“摩擦力做功”时,着重指出了我们讨论功时一般都以地面作为参照物的,所以摩擦力可能做正功、负功,也可能不做功。尽管多次强调,同学们做题时还常常出问题,为此,可以设计了如下一节“纠错课”。

例:长为L的木块置于水平面上,它的正前方有一木楔子挡住。子弹从木块中穿过,所受木块的摩擦力大小为f,求系统机械能转化成内能的量Q。

解:在子弹穿过木块的过程中,子弹受到向左的滑动摩擦力f,与其运动方向相反,对子弹由动能定理得:,即摩擦力对子弹做负功,使子弹的动能减少。对木块,受到向右的滑动摩擦力,且与运动方向相同,则,此摩擦力对木块做正功,使木块的内能增加。综上所述,木块内能增加而子弹动能减小,故系统机械能的减小量为Q=0。

把以上的题目与解法提供给学生,让学生对照定理,判断解法是否正确?若不正确,错在哪里?又应注意什么才能得出正确解?同学们有的动脑在想,有的动手在做,有的在讨论,真犹如一石投入学生的脑海,调动起了学生的探索求知欲望,激起了强烈的探求知识的动力。通过找错、纠错到探究正确解法,不仅突破了重点难点,而且提高了学生的思维能力,激发了学生的学习兴趣,达到了巩固知识、提高效果的目的。

3.课后作业的设计中的探究性学习

物理课后作业的作用主要是巩固训练为主,向来以量大、题难的特点,在学生中对物理作业的完成一直有较大的畏难情绪,如何布置一些学生能做、愿做的作业,以提高学生对物理学习的兴趣,一直是我们物理教师的愿望。我们现在运用探究式学习的方式、方法设计了一些有趣的探究作业。

例如,中央电视台新闻报道,某边远农村电费较高,农民们负担不起。在交变电流的教学中,我布置了这样的课后作业,请同学们分析电费高的原因,帮助他们分析要降低电价,可以采取的措施。以上是我在教学中对探究性教学的一些肤浅的看法和进行的一些探索。

总之,物理教学中的探究性学习,必须符合探究性学习特点,适应于不同学生认知规律,立足课堂教学,发挥实验的优势,才能在实际的教学中得以实施,以完成建设创新型社会所需求的创新型人才的培养任务。