基于探究性学习的高中物理数字化实验教学案例设计研究*

◆郭威 薛耀锋 王骏 陆李杨

基于探究性学习的高中物理数字化实验教学案例设计研究*

◆郭威 薛耀锋 王骏 陆李杨

结合高中物理实验教学实际情况，应用探究学习理论，以“机械能守恒定律”为例，设计高中物理数字化实验教学案例，旨在激发学生学习兴趣，提升学生科学探究能力。实证研究过程中采用课堂观察、课堂测试和问卷调查等方法对教学案例的实施效果进行评估。

高中物理；数字化实验；探究性学习

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.131

1　引言

为了培养创新型人才，提升国民科学素养，世界各国都在调整基础教育的培养目标，探寻更好的教学方式，实施课程改革，探究式教学［1］越来越受到各国教育领域的重视。以美英两国为代表的政府文件《美国国家科学课教育标准》（1996年）和《国家科学教育课程标准》（英国，2000年）中指出，科学教学中要融入探究性的研究活动［2-3］。由此可见，探究式教学是国际视野下教育改革的发展趋势，是转变学习方式和课程实施的核心关键。

本文基于探究式教学理念，结合高中物理实验教学［4-5］的实际情况，转变教师的教学方法和学生的学习方法，设计基于探究学习模式的高中物理数字化实验教学案例，通过创设不同的问题情境，让学生利用数字化实验装备进行探究学习，激发学生学习兴趣，培养学生的科学探究能力。

2　教学案例设计

本文以高中物理课程“机械能守恒定律”为例，采用探究性学习教学方法，设计一个基于探究学习模式的中学物理实验教学案例。具体的教学活动设计包含6个步骤。

1）教师通过情境导入和学生的自主活动，使学生对机械能物理现象进行初步了解。

2）通过设问环节，教师将问题抛给学生，引起学生的深入思考。

3）教师通过介绍动能、势能的互相转化和机械能概念，使学生对已学物理知识进行温习，为此次教学内容的学习做好铺垫。

4）教师再导入一个新的情境并设问，使学生对问题产生浓厚的兴趣。

5）利用教师的示范操作、学生的探究操作两种不同方式研究两种运动过程中机械能是否守恒。学生以小组的形式开展物理实验操作和讨论，通过多次实验操作和讨论思考，在教师的归纳总结和引导下从实验过程中找出共性规律，得出机械能守恒定律及其条件。

*项目来源：上海市科委科技攻关重大项目“上海数字化教育装备工程技术研究中心持续研发项目”（项目号：13DZ2280300）。作者：郭威，华东师范大学教育信息技术学系硕士研究生，研究方向为教育信息技术；薛耀锋，通讯作者，华东师范大学教育信息技术学系副研究员，博士，研究方向为教育信息技术；王骏，上海市天山中学，研究方向为物理教学；陆李杨，上海市长宁区教育学院教研员，研究方向为物理教学（200062）。

图1　机械能守恒定律教学活动流程图

6）教师引出一些日常生活中的典型事例，引导学生判断哪些实例是机械能守恒，哪些现象机械能不守恒。

此教学案例的教学活动流程图如图1所示。

在此教学案例的实施过程中，教师通过演示实验，向学生演绎自由落体运动中机械能守恒的现象；而学生则通过数字化实验，系统探讨和验证摆锤运动过程中的机械能守恒现象。

机械能守恒定律探究实验包括两个子实验过程：实验（一）让学生从定性角度探究机械能守恒定律；实验（二）让学生从定量角度探究机械能守恒定律。实验（一）和实验（二）的具体操作步骤可参照上海科学技术出版社出版的《高中一年级第二学期物理（试验本）》［6］第49、50页的描述。

3　教学案例实施与效果分析

此教学案例在上海市某中学高一年级某班进行了教学实施。该班级共有27名学生。在课堂教学过程中，5位研究人员对学生的课堂表现进行了观察和记录，课后对学生进行了课堂小测验和问卷调查。通过课堂小测验，进一步了解学生对此课程知识点的理解和掌握程度。利用问卷调查，深入分析学生的学习体验。

课堂小测验包含10个题目，每个题目计1分，满分10分，从物理概念和实验操作等多个角度考查学生的掌握情况。课堂小测验中，学生解答10个题目的平均正确率为73.3%，其中最低得分为6分，最高得分为9分。测试说明学生掌握了大部分课堂知识内容，学会了实验操作，对物理概念有了进一步了解。

根据问卷调查的结果可知，51.86%的学生表示很喜欢或比较喜欢物理学科，44.44%的学生表示感觉一般，3.70%的学生表示不喜欢或很不喜欢物理学科；81.48%的学生表示很喜欢或比较喜欢做物理实验，剩余18.52%的学生表示感觉一般，没有学生表示不喜欢做物理实验；同时，调查结果还显示25.93%的学生认为物理实验对辅助学习物理课本上的知识具有明显的作用，51.85%的学生认为有作用，22.22%的学生认为物理实验的辅助作用一般，没有学生认为物理实验对辅助学习物理课本上的知识毫无作用；在物理实验过程中遇到问题时，48.15%的学生会选择请教实验指导教师，51.85%的学生会选择独自搞清楚问题出在哪里，没有学生选择忽略问题继续往下做实验或直接放弃实验。

以上问卷调查的结果表明，物理实验有助于培养学生进行科学探索和解决问题的能力，是物理教学中非常重要的一个环节。

4　结论

在新一轮物理课程改革影响下，中学物理教学越来越重视学生实验能力和探究能力的培养，将探究性学习的理念引入物理学科教学是基础教育改革和发展的趋势。本文应用探究式教学理念，创设问题情境，设计了高中物理机械能守恒定律教学案例。课堂测验证明，这种新的教学方法的实施，不仅能够帮助学生掌握大部分课堂知识，而且更容易激发学生的学习兴趣。问卷调查分析了学生对物理课程学习的态度和教学过程中的反应，为进一步引导学生学好物理课程提供了有价值的参考。■

［1］National Research Council （US）. National science education standards［S］.National Academy Press，1996.

［2］楚奇志.中学物理探究式教学研究［D］.长沙：湖南师范大学，2007.

［3］朱泽翱.乡镇高中物理探究式教学实施现状的研究［D］.长沙：湖南师范大学，2012.

［4］李雪林.物理教学中探究性思想的渗透［J］.中学物理教学参考，2012（7）：8-9.

［5］蔡于娟.中学物理探究式教学的实践研究［D］.西安：陕西师范大学，2014.

［6］上海中小学课程教材改革委员会.高中一年级第二学期物理（试验本）［M］.上海：上海科学技术出版社，2004.

G633.7

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1671-489X（2016）12-0131-02