物理探究性学习的引导策略

张步新

摘 要：在物理课程教学中，引导学生开展探究性学习，既与课程中知识与方法体系的形成或建构过程相适应，又能很好地贯彻与落实新课程倡导的三维目标。提出问题、实验设计、分析与论证这三个环节是蕴含着学生活力思维的环节，也是探究性学习能否获得高效的关键性环节。

关键词：探究性学习；策略；引导提问；重视设计；促进建构

物理课程在其知识与方法体系的形成或建构方面，既是科学探究过程活动的简约模拟，又是与学生认知发展规律相适应的科学呈现。探究性学习，指学生在学科领域内或现实生活情境中选取某个问题作为起点，通过质疑与猜想、调查与实验、分析与论证、表达与交流等学习活动，以获得知识与形成技能的同时获得相应的过程与经历体验 [1 ]。在物理课程教学中，引导学生开展探究性学习，既与课程中知识与方法体系的形成或建构过程相适应，又能很好地贯彻与落实新课程倡导的三维目标。本文就物理课程探究性学习的引导策略，谈谈个人的实践与体会。

1 引导提问策略

提出问题，它是科学探究的起步，也是探究性学习活动的开始。德国物理学家海森堡认为：“提出正确的问题，往往等于解决了问题的大半 [2 ]”。爱因斯坦也指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题新的可能性，从新的角度去看旧的问题，都需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步 [3 ]。”能否提出问题，体现着人们在对事物观察方面的敏锐洞察力，能否提出具有探究价值的问题，体现着人们对事物思考的深刻分析力，而这种敏锐的洞察力与深刻的分析力正是创造性人才所具备的特有能力素质。然而在实际的教学中，绝大多数教师都是以自己提出问题来作为引导学生开展探究性学习的起步，虽然有助于推进探究性学习进程从而提高课堂学习效率，但错失了训练学生提出问题的契机。这种忽视创造力培养的教学行为主要源于教师注重追求知识与技能目标，这也正是本文强调物理教学应引导学生提出问题的理由所在。

探究性学习中的引导提问活动，首先在于教师善于创设有助于促进学生提出问题的情境，或让学生发现问题，或引发学生的认知冲突。如“通电导体在磁场中受力”问题，为引导学生提出有关问题，教学中就可以创设如下的演示实验情境：马蹄形磁铁中间所形成的磁场方向竖直向下，将一段可以自由摆动的通电直导体水平放置在磁场中，分别演示下面三种现象让学生观察：（1）改变直导体的指向，或正东，或正北，或东偏北，等等；（2）改变电流的方向；（3）改变马蹄形磁铁的放置，让磁场方向与直导体平行。在此基础上再要求学生提出与实验现象有关的问题。依据实验现象，学生可能提出如下问题：①为什么通电导体在磁场中会受到力的作用？②为什么磁场方向与电流方向平行时则没有作用力？③为什么磁场对导体的作用力方向会垂直于导体？④磁场力、磁场方向、电流方向这三者之间具有怎样的关系？……等等，在上面问题中，问题②属于学生在认知冲突方面的问题，因为学生对力作用的认识，几乎都是以推、拉、压、吸等表象来认识力的纵向作用，而磁场方向与电流方向平行，类似于纵向形式，而这种纵向形式为什么不具有力的作用呢？其它问题均属于学生在观察中所发现的问题。问题情境是学生提问的基础或依据，离开了问题情境，学生的提问就是“无源之水”。其次在于交给学生有关提问的思维方法，或由此及彼的联想，或由表及里的分析，或追根寻源的思考。如对于“通电导体在磁场中受力”的实验现象，若提出“两通电导体是否有力的作用”问题就是由此及彼的联想，若提出“是否属于磁场对磁场的作用”问题就是由表及里的分析，而提出“是否属于磁场对运动电荷的作用问题”就是追根寻源的思考。

2 重视设计策略

解决问题是探究性学习活动中的重要方面，它不仅是学生获取知识与技能的必要过程，而且又是学生经历探究而获得相应情感体验的重要过程。在探究性学习活动中，解决问题的重点就是形成解决问题的思路与方法，用探究性学习程序环节术语来说，那就是“设计实验与制定计划”。所谓“重视设计”，就是指重视学生对实验的设计和对探究计划的制定。

设计实验与制定计划是探究性学习活动的重要环节，它不仅要求学生对科学知识的贯通性运用，而且其中还蕴含着学生对科学方法的灵活运用和学生的创造性思维与智慧。如“测定电池的电动势和内阻实验”，它可以有多种测定方法：（1）设计含有安培表、伏特表、滑动变阻器的实验电路，測量原理为E=U+Ir；（2）设计含有安培表和变阻箱的实验电路，实验原理为E=IR+Ir。（3）设计含有伏特表和变阻箱的实验电路，实验原理为。关于实验数据的分析与处理，可以用解方程组的分析方法，也可以用图像分析法。上述实验设计，足以体现电学知识与数学分析方法在实验测量中的综合性运用或灵活性运用。在针对尽可能减小测量误差方面，设计者既要分析安培表与伏特表内阻大小对测量结果的影响，又要顾及变阻箱或变阻器的阻值要求，还要考虑安培表是否内外接的问题。尤其对图象法在分析与处理数据方面的优越性方面，设计者会有更多更深层次的分析与思考。显然，如果学生在实验设计方面有着上述各方面的分析与思考，那么这何以不是一种创造性的学习过程？何以不是体现学生在实验设计中的变通性思维与智慧？

重视设计策略，具体指把探究性学习活动中的“实验设计与制定计划”活动的主体权交给学生，尤其是那些较难或较复杂的实验设计，更要放手让学生去设计。当然，由于知识与方法以及思维能力等诸多方面的欠缺，学生自然会遇到困难或障碍，对此，教师要给予必要的启发或引导，但设计的主体权还应归还给学生。如探究“决定平行板电容器电容大小的因素”实验，要求学生自主设计确实有困难，对此，教师可以先结合水容器来提出以下问题：①圆柱形水容器的水容量由哪些因素决定？②平行板电容器的电容量应该由哪些因素决定？当学生提出 “电容器电容量可能与平行板的相对面积S与相对距离d有关”的猜想后，教师就可以提出如下问题：③依据C=，如果保持电量Q不变，若电容C变化是否会引起两板间的电势差U发生变化？④如何测定两板间的电势差？⑤保持电量Q不变，如果平行板的相对面积S或相对距离d发生变化，两板间的电势差U是否会发生变化？可以想象，通过这样的启发或引导，大多数学生都能设计出相应的实验探究方案。当然，对于研究电容器电容与电介质的关系，通常学生难以想到，同时对电介质为什么会影响电容量的问题也难以理解，因此，教师可以做必要的讲解，也正是教师的讲解引导之处。

3 促进建构策略

主动性与自主性是探究性学习活动过程中的两个重要特征。主动性，指学生主动地参与与探究性学习有关的各种活动，而自主性是指学生对知识与技能的获取是自主建构。所谓自主建构，指学生的认知过程是自主地发现或自主地生成，而不是外部力量模塑而成的。建构主义学习理论认为：任何知识学习都是一个积极主动的建构过程，学习者不是被动地接受外在信息，而是主动地根据先前认知结构注意和有选择性的知觉外在信息，以建构对当前事物的认识 [4 ]。自主建构具体表现有如下两种形式：一是学习者以已有的知识与经验来认知当前的事物，从而丰富并完善原有的认知结构。如认识“带电粒子在电场中的偏转”，就是运用已有的牛顿运动定律和运动学知识来进行分析，从而认识“垂直射入匀强电场的带电粒子的偏转运动”是一种类平抛运动，并且能将“带电粒子在电场中的偏转运动”自主地纳入原有的平抛运动的知识与方法结构。二是在运用原有知识与方法的基础上发现新问题而形成新认识或新概念。如分析如下问题：电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿电力线由A点移动到B点的距离为d，电场力做功为W=qEd，电势能的改变为EB-EA= -W，若令EB=0，那么EA=qEd，若学生发现EA/q的比值为Ed，它对于某一匀强电场的某一位置是一个常量，从而发现比值EA/q可以表示电场能的性质，并且在此基础上构建了“电势”概念，这种概念的形成过程就是自主建构。所谓促进建构策略，就是指促进学生对知识自主建构的教学计划或方案。

促进学生的自主建构，首先在于教师创设有助于促进学生自主建构的感知情境。如探究电场线与等势面的关系与区别，教学中就可以用多媒体课件展示单个点电荷、电量相等的两同种点电荷、电量相等的两异种点电荷等多种带电体周围的电场线与等势面图形，然后让学生说出自己的认识或理解，如果能说出“电场线与等势面相互垂直”、“电场线越密等势面也越密”、“正电荷沿电力线移动电场力做正功”、“电荷沿等势面移动电场力不做功”、“电势沿电场线方向逐渐降低”、“电场强度是描述电场力的性质”、“电势是描述电场能的性质”，等等，那么这就是学生很好的自主认知建构。其次在于教师创设有助于促进学生自主建构的问题情境。如“电动势”概念的建构，教学中可以先展示含有电池、开关、小灯泡三者串联的简单电路，并演示开关闭合后小灯泡发光现象，然后提出下面系列问题：①开关闭合后，小灯泡发光。在外电路中，正电荷移动的方向怎样？电场力是否做功？②在内电路中，正电荷移动的方向又怎样？电场力做正功还是负功？是什么因素克服电场力做功？③你能引进什么物理量来描述电源这种克服电场力做功本领的大小？“电动势”是学生难于理解的概念，但通过对上述系列问题的思考，学生就能从“克服电场力做功”这个本质的内涵来建构有关概念。虽然学生难以想到“电动势”这个名词，但只要能提出任意一个名词，都是难能可贵的建构。如果学生能依據W=QU说出“电动势”的意义，那么这何以不是一种具有科学意义的自主建构呢？即使学生说不出，但只要从“克服电场力做功”这个角度去思考问题，那么它就会离自主建构目标越来越近，教学中促进学生建构的作用就体现在这里。

自主建构还包括通过实验探究而对物理定理与定律 的分析与论证或概括与归纳，这方面大家很熟悉，故在此不再阐述。

物理探究性学习活动通常包括提出问题、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等多个环节，本文仅是针对提出问题、实验设计、分析与论证这三个环节提出了教学中的引导策略。这三个环节是蕴含着学生活力思维的环节，也是探究性学习能否获得高效的关键性环节，这就是本文仅提出三个引导策略的原因所在。

参考文献：

[1]王玉一.怎样开展探究性学习[M].重庆：西南师范大学出版社，2006：14-15.

[2]王小燕.科学思维与科学方法论[M].广州：华南理工大学出版社，2006：132.

[3]李醒民.爱因斯坦[M].北京：商务印书馆，2005：263.

[4]杰里·盖尔.教育中的建构主义[M].上海：华东师范大学出版社，2002：78-81.