“发现教学法”在高中物理教学中的实践与研究

许华军

浙江省萧山中学

“发现教学法”在高中物理教学中的实践与研究

许华军

浙江省萧山中学

一、研究的背景

1．新课程、新范式的要求。

新课程倡导“以学生为本”的核心理念，教师以学习合作者、引导者和参与者的身份走近学生、走进课堂。教师的教学活动应当是更有利于引导学生主动、富有个性地进行建构性学习，更多地关注学生对过程的参与、体验、感悟，使学习成为一种愉悦的情绪生活和积极的情感体验。在教师教学方式的改变和主导下，“学生学习方式”也由单纯的模仿、记忆和训练向以动手实践、自主探索与合作交流为主（包括必要的模仿、记忆）转变。

当前，在杭州市教研室特级教师金鹏老师的引领下，各级各类学校在物理学科上全面推进“教学新范式”，探索导学理念下的“一科多模”的教学模式，而在具体实践中“如何导”实际上也是一个可以不断改进的过程。高中物理学科具有内容多、系统性强等特点，导学模式也应该有显著的学科特点。考虑到物理是一门强大的由逻辑推理形成的学科，让学生在“清楚、自然”的逻辑推理过程中不断获取新的物理发现、不断提高物理学习能力和探究兴趣是完全可能的。

2．高中物理学科特点的要求。

物理教学实质上就是一个“物理发现”的过程，因此，就物理学科而言，在一些核心概念和主干知识的教学中采用“发现教学法”是提高教学有效性、提高学生思维能力、应对高考能力立意的命题方向等方面是切实可行且合乎情理的。客观地讲，高中生已具备一定的物理基础和逻辑能力；尤其是笔者所在学校属省一级重点中学，学生的学习需求和学习方法更趋丰富多样，如何让学有余力的同学在知识的海洋中“扬帆前进”也是教师应该考虑的教学目的之一。

在本人多年教学的经历看，与物理主干知识（如力学、电磁学等）相关的考试题目千变万化、层出不穷，这也表明生活和生产中不断有物理问题、物理现象被发现。如果高考应试复习仅限于梳理已有知识信息，那么师生永远只能跟着“高考指挥棒”转，只能从事一些重复操练式的熟练性工作。但如果让“发现教学法”走入物理教学，那么从应试角度也为“超越”高考指挥棒提供可能。

当然，“发现教学法”也并非十全十美，教学有法、教无定法；就不同的教材内容、教学阶段而言，“发现教学法”也未必都能适用。那么，面对那些物理教学内容、哪些物理教学阶段适宜用“发现教学法”呢，这也是课题研究的出发点之一。

二、研究的理性思考

1．发现教学法的内涵。

从教学心理学讲：学生学习方式分为接受和发现两种。在接受学习中，学习内容是以定论的形式直接呈现出来的，学生学习的心理机制是“同化”；而在发现学习中，学习内容是以问题形式间接呈现出来，学生学习的心理机制是“顺应”。

发现教学法亦称假设法和探究法，是指教师在学生学习概念和原理时，不是将学习的内容直接提供给学生，而是向学生提供一种问题情境，只是给学生一些事实(例)和问题，让学生积极思考，独立探究，自行发现并掌握相应的原理和结论的一种方法。它的指导思想是以学生为主体，独立实现认识过程。即在教师的启发下，使学生自觉地、主动地探索科学知识和解决问题的方法及步骤；研究客观事物的属性；发现事物发展的起因和事物的内部联系，从中找出规律，形成自己的概念。教师扮演学习促进者的角色，引导学生对这种情境发问并自己收集证据，让学生从中有所发现。

2．国内外研究综述。

发现教学法的思想渊源可上溯到古希腊哲学家苏格拉底的：“产婆术”的教学方法和近代西方教育家卢梭、第斯多惠、斯宾塞等人的教学思想，然而当代各国教师广泛采用此法乃是美国教育家布鲁纳积极倡导的结果。1950年代末,美国教育学家布鲁纳提出将这样一种新型的启发式教学法称为发现法,后来也有人把它称为引探式教学法或探索式教学法的。主张学生在掌握知识结构的同时,更要学会独立地发现问题、探究问题和解决问题的方法。主张在教学中充分运用科学史的材料,让学生积极参与经历和体会一下发现的过程,认识到知识是一个过程,而不是一些现成的教条。无疑这对启动学生的思维,并逐步形成正确的科学态度是非常有意义的。

在20世纪80年代，随着改革开放，国外的教育思想、心理学被介绍到中国，布鲁纳的发现法也传入到中国，随即我国开始了对发现法的理论研究和教学实验。学者们讨论了发现法的进一步发展及发现法的局限性，并把发现法与讲授法进行比较，且提出对发现法的辩证有效的应用。进入2000年，我国的课程改革逐步深入。推进素质教育、发展创新教育、终身教育已成为现代教育的基本理念。发现式教学能够有效地培养学生探究新知识的能力，促进他们逐步树立起正确应对环境挑战并构建有意义的生存方式的探究精神、创新精神、开拓精神、建设精神。这些将构成学生终身发展的基础。

3．发现教学法的理论依据。

（1）布鲁纳的认知发现理论。布鲁纳的认知发现理论认为，学习一门学科包含着三个差不多同时发生的过程：一是新知识的获得；二是知识的转化；三是知识的评价。新知识的获得是与已有知识经验、认知结构发生联系的过程，是主动认识理解的过程，通过同化或顺应使新知识纳入已有的知识结构。知识的转化是对新知识进一步的分析和概括，使之转化为另一种形式，以适应新的任务。评价是对知识转化的一种检验，看对知识的分析概括是否恰当，运算是否正确等。

布鲁纳提出，发现是达到目标的最好手段，学习的本质在于发现。无论是学生独立进行的发现学习，还是在教师的指导帮助下进行的发现学习，都可以锻炼学生的思维，使学生的理智发展达到最高水平。采用发现法教学的根本目的在于促进学生在获取知识的同时发展思维能力、独立思考和发现问题能力以及创造精神。与杜威的活动理论相比较，布鲁纳的发现学习的教学观在很大程度上推动了发现教学理论的发展，并且基本上促成了发现法教学理论的形成。

（2）前苏联的教学理论。前苏联教育家赞科夫超越了凯络夫的传统教育学理论，融合了维果斯基的最近发展区理论，提出了非常具有时代特色的教学理论思想，即通过教学促进学生的一般发展。赞科夫这的种理论为现代的发现法教学思想的进一步发展注入了新的生命力。著名教育家苏霍姆林斯基提出要让每个学生站起来的教育论断，使学生在成功的欢乐中充满信心的学习，让课堂成为轻松而富有创造的学习情境。这就把我们的研究视角转向了师生课堂互动和情感交织的人本领域上来，从而促进了发现法的教学研究更加全面、深入地开展。

（3）再创造教学理论。荷兰著名的教育权威弗莱登塔尔从物理学习的角度出发，提出了具有深远影响的再创造教学理论。学生首先要参与这个活动，感觉创造的需要，才有进行再创造的可能。这种理论揭示出学生学习的发现历程和科学家的发现历程相比，是一种再创造的过程，这两个过程存在着差异。我们可以认为这一主张是对布鲁纳提倡的发现学习的极端主张的一次中和，也使发现法教学在科学化的道路上又前进了一大步。

4．发现教学法的本质特征。

从学生学习角度看，与发现教学法对应的学习方法包含：发现学习、探究学习、研究性学习等。尽管它们在适应范围和学习层次上有一定区别，但在本质特征上是一致的，包含如下特点：

（1）问题性。倡导以问题为中心的学习，问题是这种学习方式的核心，能否提出对学生具有挑战性和吸引力的问题并使学生产生问题意识，是进行发现教学的关键。问题意识在学生心里造成一种悬而未决但又必须解决的求知状态，会激发学生强烈的学习愿望。问题是发现的起点和主线、也是发现的归宿。

（2）过程性。学生的学习过程和科学家的探索过程在本质上是一样的，都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是暴露学生各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程，另一方面是展示学生聪明才智、独特个性、创新成果的过程。尽管在过程中会遭遇挫折和失败、花费大量时间和精力仍一无所获，但从人的能力和智慧发展的内在要求看，这种过程是一种不可量化的“长效”、难以言语的丰厚回报。

（3）开放性。与接受式学习“目标单一化、过程程序化、评价标准化”相比，发现性学习是一种开放的学习；其特点是学习目标整体化、学习过程个性化、学习评价多元化。在发现性教学中，关注知识但更注重能力、关注认知但更注重情感体验，不仅允许对问题的解决可以有不同答案，而且鼓励学生独辟蹊径，其评价具有开放性。

三、发现教学法的操作策略

1．以示范引领发现的过程。

教师在课堂上或课外作发现性学习的示范引领，一方面让学生了解探究发现的基本方法、体验探究的乐趣；另一方面也要对学生不同的发现结果本着发现的结论是否应用广泛、是否有价值、是否达到教学目标为原则实施客观的予以评价，让学生对知识目标有清晰、正确地认识。在学生经过发现过程、体验过程、感受发现意义、形成表象以后，教师要及时地帮助整理、补充和完善，使之规范化，纳入学生的认知系统，形成完整的物理理论体系，为其掌握应用奠定坚实的基础。

对于学习过程中，学生存在的问题，教师可以从作业中得到及时反馈，而教师对于学生习题中存在的问题要积极面对，不要逃避，在习题课中不必每题都讲，对于正确率极高的题目，报个答案一笔带过，而对于错误率极高的题目要重点讲，指出学生存在的错误观点，如何解决，最好再同类型的题型得到及时训练，这样学生就会感觉有所得，否则不分重点，每题用同样的方法讲，简单题学生不要听，难题讲不透，浪费了大量的时间，例如，就力学中的受力分析这一块，很早就学了，但实际上学生掌握的情况并不理想，到了后期的力学综合题就会吃大亏，而很多参考书上提到受力分析的顺序总是千篇一律，重力（电场力、磁场力）、已知外力、弹力、摩擦力，而笔者对学生的受力分析作业进行的统计结果，最容易遗漏就是弹力。笔者就这一问题，看了很多书，请教过很多老师，最后得到一种行之有效的方法，就是在分析弹力、摩擦力这几个接触力之前，再加上一个环节，找研究对象与外界存在几个接触点，当然不是说有几个接触点就有几个弹力，有无弹力还要根据与其接触物体的形变以及研究对象自身的运动状态来判断，然后分析好一个弹力，紧跟分析摩擦力，最好把静摩擦和动摩擦标明，紧跟着再分析下一个接触点的情况，照葫芦画瓢。

例题：L型木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示.若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力.则木板P的受力个数为().

A.3B.4C.5D.6

评析：此题在分析的时候，研究对象是P，那么P除了受到重力以外，还有几处与外界接触，P与斜面算一处，有支持力，紧跟有滑动摩擦力（因为整体匀速下滑），第二处接触点是P与Q之间，Q对P有向下的压力，紧跟无摩擦力（P上表面光滑)，第三处接触点是P与弹簧之间，弹簧被压缩（因为Q平衡），所以对P有一个沿板向下的弹力，共受5个力。这样的受力分析，学生很有章法可循，而且不容易漏掉一些力。

再比如用整体法受力分析时，同学们的受力分析图就更加混乱了，往往把内力也当成外力进行分析了，笔者就这一问题也思考过，后来觉得这种方法可以较好地解决该问题。

例如：一个质量为m物体静止在静止在质量为M斜面上，倾角为θ，斜面静止在粗糙地面上，所有接触面动摩擦因数都是μ，求地面对斜面体的支持力与摩擦力。

评析：此题当然可以用隔离法做，但较为麻烦，用整体法做却是异常简单，为了杜绝引入内力，可以将二者的重合线擦掉，再进行受力分析，自从用了该方法后，学生对整体法受力分析的正确率明显提升。

在学生经过发现过程、体验过程、感受发现意义、形成表象以后，教师要及时地帮助整理、补充和完善，使之规范化，纳入学生的认知系统，形成完整的物理理论体系，为其掌握应用奠定坚实的基础。当然，这需要老师在发现学生中的问题后，正面地积极地应对，多数学生在某个知识点上掌握的不足，其实也从侧面折射出教师讲解时的不到位，甚至也有可能教师自身掌握上的不足，其实再好的老师都不可能把每个知识点掌握得100%的好，正可谓“师不必贤于弟子”，但作为一个对学生认真负责的教师，对于学生中存在的疑惑不回避，师者“传道授业解惑”，现阶段传道主要是班主任在做，而任课老师的主要职责是传授知识与答疑解惑，尤其是答疑解惑，笔者所在的省一级重点中学，学生多数知识掌握得很好，但对于学生中主动提出来的问题，我都是认为多数问题都是及其珍贵的，老师们应认真对待，常有老师跟我说笑，这届学生中问的问题，在上一届学生中也同样遇到过，当时因为某些事情耽搁了，一直没有解决它，时间一长，学生与老师都就遗忘了，笔者认为，学生提出的问题，一般老师不能及时答复的，都是蛮有深度的问题，去认真思考一下，解决它，一辈子受用，有人说：判断一个好的驾驶员不仅是看他会不会在马路上开车，更应是看他在遇到紧急情况下处理问题能力。同样判断一个好的老师了，不仅是看他会不会上课，而更应是看他解决学生存在问题的能力。

2．以评价强化发现的体验。

任何系统知识的获得,都是经过大量的尝试错误、体会领悟、比较各种可能性并进行选择,进而达到理性的认识才得到的。这往往是一个全方位的、开放性的活动。我们能从这里学到观察、实验、比较、分析,从而发现事物之间的相互关系,归纳、整理资料以构建知识体系。

发现教学法中教师科学合理的评价能强化学习体验，提高学习效果。比如，有时候学生解题遭遇挫折时教师应及时评价挫折生成原因，发现新的解题思路，以帮助学生体验解题过程思维调控的策略。如下例：

一弹簧秤的秤盘质量m1=1.5kg，盘内放一质量为m2= 10.5kg的物体P，弹簧质量不计，其劲度系数为k=800N/m，系统处于静止状态，如图所示。现给P施加一个竖直向上的力F，使P从静止开始向上做匀加速直线运动，已知在最初0.2s内F是变化的，在0.2s后是恒定的，求F的最大值和最小值各是多少？（g=10m/s2）

评析：此题的关键在于二者何时发生分离。（课堂实录）

思路1：二者刚要分离时，弹簧处于原长。

教师分析：若刚要分离时对物块分析的话，只受到重力和F，没有了支持力，此时加速度仍为原先向上的加速度，而对托盘受力分析的话，只受重力，加速度为向下的g，也就是说在此刻之前，加速度已经不同了，那说明早就分离了。

教师反问：二者刚要分离时，会不会刚好处于托盘重力与弹簧弹力平衡时？

学生思考回复：也不可能，方法同上。

思路2：二者刚要分离时，彼此间的弹力为零，但速度、加速度仍相同，此位置应处于托盘重力与弹簧弹力平衡偏下处。

解析：依题意，0.2 s后P离开了托盘，0.2 s时托盘支持力恰为零，此时加速度为：

a=（F大-mg）/m①

(式中F大为F的最大值)此时M的加速度也为a. a=（kx-Mg）/M②所以kx=M（g+a）③原来静止时，压缩量设为x0，则：

kx0=（m+M）g④而x0-x=at2/2⑤由③、④、⑤有：

即mg-Ma=0.02ak

a=mg/（M+0.02k）=6 m/s2⑥⑥代入①：

Fmax=m（a+g）=10.5（6+10）N=168 N

第二，施肥时间和方法。小麦的施肥时期和方法也有着局限性，存在区域差距，小麦施肥应分成底肥和追肥两种，以某县举例：当前传统播肥使用量少，玉米秸秆是麦季使用有机肥的有效途径，秸秆还田的条件上，根据目标施肥，将氮肥、钾肥和磷肥均作为底肥施入，使用方法是撒于表面进行翻耕，有利于发挥肥效。因为氮素的积累量是在小麦的全育期，同时氮肥易挥发和流失，所以在小麦施肥过程中应将氮肥作为追肥在拔节时期追施，方法可使用随水冲施。另外，观察土壤养分是否丰缺，主要观察是否添加微量元素肥料。

F最大值为168 N.

刚起动时F为最小，对物体与秤盘这一整体应用牛顿第二定律得

F小+kx0-（m+M）g=（m+M）a⑦

④代入⑦有：

Fmin=（m+M）a=72 N

F最小值为72 N.

同学追问：在计算F最小值时，它是这样思考的，初始状态物体受力平衡，即物体的重力与托盘的支持力平衡，施加一个F后，F即为物体的合外力，存在Fmin=Ma=63N，并非72N？

同学思索中……

突然同学中冒出了一个人张同学（现已被浙江大学录取）说“托盘与物体间的弹力此时发生变化了。因为如果此弹力不变的话，物体此刻具有向上加速度，而托盘没有，所以盘与物体间的弹力此时一定发生变化了，而且一定变小了”。

下面响起了热烈的掌声……

教师追问：为什么刚施力瞬间，分析二者整体，弹簧弹力不会发生突变呢。

从而引发出一个新的问题，“怎样的弹力会发生突变，怎样的弹力不会发生突变？”

……

像这样一环扣一环，学生解题遭遇挫折时教师应及时评价挫折生成原因，又不断去解决它，学生不仅仅是在听课，而且切实参与到了其中，就像是在欣赏一部引人入胜的侦探小说，在不知不觉度过了一节课。

四、实施发现教学法的成效与反思

1．课题研究成效。

通过“发现教学法”，充分发挥学生个体主观能动性，让学生在实践中独立完成某些学习任务；从而对知识本身作深入探讨，了解来龙去脉，悟出它们之间深层的联系，并在反思中调整，查漏、补缺，并能结合现实的情况，深化发展。通过课题研究，促进学生物理化思考的习惯,善于运用物理的思维方式去观察、分析日常生活现象，去解决可能遇到的现实问题。

通过课题研究，改进教师的教学方式。通过“发现教学法”的适时实施，在某些重点、难点问题上帮助学生决定学习目标、创设丰富的教学情境，指导学生形成良好的学习习惯，掌握学习策略和发展认知能力，真正做好“学习促进者”的角色。高考的选拔性决定了高考有一定的难度，要求学生有解决新问题的能力；物理高考的能力立意化强调大学新生必须具备进一步学习和探究物理的潜力。而通过“发现教学法”，恰恰顺应这两点需求。

2．课题研究反思。

发现教学法的优越性体现于以下几方面：（1）有利于激发学生的智力潜力；（2）有利于培养学生的自我激励的内在动机；（3）有利于学生获得解决问题的能力、探索的技巧；（4）有利于增强学生的责任心。但发现教学法也存有“花费时间长、不利与学生掌握系统的知识，不利与学生加强基本技能的训练、缺乏经验的教师难于随机应变解决学生所发生的问题，难于控制教学时间”等弊端。因此在教学中如何恰当地运用发现法是一个充满实践智慧的话题，也体现了教师的学科教学知识。

[1]周小山．教师教学究竟靠什么：谈新课程的教学观[M]．北京：北京大学出版社，2002．