探究式教学法在高中物理实验教学中的应用

刘润芝 王林 王青青

摘 要 在高中物理实验课中应用探究式教学法，可以全面提升中学生的能力和素质，落实物理核心素养的理念。通过小组实验教学体验，给出探究式教学法的定义、理论支撑和探究式教学法在物理实验中实施的具体方法。

关键词 探究式教学法；物理核心素养；高中物理；实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）23-0130-03

Abstract Applying inquiry teaching method in high school physics experiment course can improve the ability and quality of middle school students and implement the concept of core quality of physics. Through the experience of group experiment teaching， this paper gives the definition， theoretical support and specific methods of in-quiry teaching in physics experiments.

Key words inquiry teaching； core physical literacy； high school phy-sics； experiment teaching

1 前言

根据高中生的思维特点，高中生处于由形象思维向抽象思维过渡的阶段，其抽象思维基本趋于稳定，适合探究式教学法教学。探究式教学法是在新课程理念下提出的一种教学模式，目的是培养学生进行深度学习，让学生学有所获。物理是一门自然学科，实验是其重要组成部分，通过实验，学生可以理解物理现象、总结物理规律、探索物理世界、形成物理观念，最终成为具备物理核心素养的人才。探究式教学法应用于高中物理实验教学是很有必要的，本文将进行探究。

2 探究式教学法及其理论支撑

探究式教学法 探究式教学法也被称作研究法和发现法，教师在进行授课时，以案例的形式，让学生通过自主观察、实验、讨论思考，独立地进行探究学习，并且能够总结探究结论，从而掌握所学知识[1]。在物理实验教学中应用探究式教学法，体现了教师的主导地位和学生的主体地位。教师主要是对实验教学进行设计，让学生独立探索，适时引导教学。

理论支撑 建构主义认为，人们对于知识的建构是以经验为基础的。知识的获得是学习者在特定的情境下得益于他人的帮助，利用一定的学习资源通过亲自试验，进行有意义的建构而实现的[2]。知识不是通过传授就可以获得的，特别是对于物理学习来说。通过实验教学，让学生在特定的情境下主动去建构知识，认识物理现象，得出物理规律，获得物理知识。布鲁纳的发现学习法，就是教师向学生提出相关问题，引导学生学习、搜集有关的学习资料，通过积极思考、体会，自主地发现概念和原理。发现学习法指引着探究式教学法，学生通过自己探究知识，从而发现知识。

3 探究式教学法在物理实验中实施的重要性

亲自参与，培养学生的实验能力 探究式教学法强调学生亲自参与实验，主动根据物理问题进行猜想与假设，进而设计实验并验证实验，提高学生的实验能力，对于实验教学很有帮助。学生对于观察学习到的物理知识和亲自动手试验获得的物理知识，在头脑中的记忆是不同的。

在教学人教版高中《物理（必修1）》第二章“匀变速直线运动的研究”中“自由落体运动”这一节时，教师运用探究式教学法，指导学生参与实验，根据学生的认知情况提出：轻重不同的物体下落快慢一样吗？教师课前准备好实验器材——相同质量的纸片和纸团，不同质量、相同体积的纸片和卡片。学生通过亲自试验发现，质量相同的纸片和纸团的下落速度不一样，而质量不同的纸片和卡片落地的时间相差不大。这时学生进行猜想：物体下落的快慢是不是和物体的质量没有关系，而是受其他因素影响？

教师启发学生：“在纸片和纸团实验中，两者体积不相同，并且观察到纸团下落得快。同学们知道物体在下落过程中只处于空气中。”这时学生就会继续猜想：是不是因為受到空气阻力的影响？教师向学生介绍抽真空装置——牛顿管。学生分组探究是不是空气阻力的影响，最终自己建构出在不受空气阻力的情况下，物体下落快慢与质量无关。这种初速度为零、只受重力作用的运动称为自由落体运动。

深度学习的思想应该贯穿于整个探究中。学习了自由落体运动，教师可以向学生展示刻度尺，然后让学生结合本节课的自由落体运动，探究结合自由落体运动和使用刻度尺，可以有什么实际作用？

真实情境，培养学生的科学思维 “思维是具有意识的人脑对客观事物间接的、概括的和能动的反映。”[3]所谓科学思维，就是具有意识的人脑对科学事物的本质属性、内在规律性及事物间的联系和相互作用关系间接的和概括的反映[4]。探究式教学法是锻炼学生思维的很好方式。通过科学的探究环节，让学生对物理知识能够有间接的、概括的和能动的反映，进而形成物理观念。科学思维的培养需要在真实情境中进行，通过实验可以让学生感受到真实情境，从而使思维清晰。

在教学人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“摩擦力”一节时，为了探究影响摩擦力大小的因素，教师先让学生思考为什么雨雪天比较容易滑倒？给手中的杯子不断加水，是否感受到手需要越握越紧？创设情境，激发学生的兴趣，学生积极讨论后提出猜想：影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度和所受压力有关。接下来进行实验，学生根据教师提供的实验器材采用控制变量法去探究，记录实验现象、得出实验结论并完成实验报告。经过探究式教学法，学生体会到科学思维在解决问题时的作用，对探究能力的培养有很大帮助。

4 探究式教学法在物理实验中实施的具体方法

课前预习，掌握实验探究基本知识 在物理实验课开始之前，学生要独立完成实验的预习，通过预习积极查阅相关资料，能够拥有基本的理论知识，进而了解实验器材的操作。学生通过预习整个实验原理，做出自己的假设和猜想，在实验中验证假设是否成立[5]。

在教学人教版高中《物理（选修3-1）》第一章“静电场”中“电容器的电容”一节时，为了探究影响平行板电容器电容大小的因素，学生在提前预习时就要查阅各种资料，了解所用实验仪器静电计的工作原理和电容器的构造，这样才能对实验原理认识清楚。电容的定义式C=Q/U，探究电容器两极板间的距离d和两极板间的正对面积S对于电容大小的影响，就要用到控制变量。保持Q始终不变，和其中一个量保持不变，改变另一个量，通过电势差U的变化来反映电容C的大小，从而定性地找出哪个物理量与电容大小成正比，哪个物理量与电容的大小成反比。在保持Q不变的情况下，电容的大小就由电压的大小来反映。

学生经过课前查阅资料预习得知，静电计实质上是一种验电器，把它的金属球与另一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接，从指针偏转角度的大小可以推知两个导体间电势差的变化，电势差U的变化就是利用静电计测出的。所以说，课前预习实验掌握探究的基本知识，才能保证探究顺利进行。

实验指导书，体现学生主体地位 教师可以根据实验，自行设计编写一份实验指导书，在上物理实验课时基本不发言，让学生按照实验指导书进行操作，最后完成问题卡片。实验指导书的编写要求教师根据探究的三维目标——知识、技能、方法来进行，每一个问题的设计都要紧扣探究目标。

笔者设计了人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“弹力”这一节探究弹簧伸长量与弹力关系的实验指导书，并且对探究进行了深化：类比串并联电路中电阻的关系，探究两个劲度系数分别为k1、k2的弹簧串并联时，其劲度系数之间的关系。学生根据实验指导书，独自进行探究实验，最终得出结论：当两个弹簧串联时，其劲度系数用k3表示，在误差允许范围内可以得出1/k3=1/k1+

1/k2；当两个弹簧并联时，其劲度系数用k4表示，近似地可以认为k1+k2≈k4。

物理是一门很严谨的学科，这时学生就要进行深度探究：是什么原因导致两弹簧并联起来，总体的劲度系数误差明显？这时学生可以進行多次实验，观察两个弹簧并联时是什么因素影响了实验，并且思考如何改进实验，最终培养思维能力，体现主体性地位。

分组实验，促进学生优差互补 在进行教学过程中，教师可以将学生有组织地分为几个学习小组[6]。在进行分组时，教师要把握每组男女生分配合理，喜欢做实验的学生与动手能力较差的学生分到一个组。这样可以让动手能力强的学生带动动手能力较差的学生，有不懂的地方可以及时互帮互助，促进学生的探究动力，有利于每一个学生的发展。

教学人教版高中《物理（选修3-2）》第五章“交变电流”中“变压器”这一节，在探究变压器原副线圈匝数和输入输出电压的关系时，小组成员可以各抒己见，对于实验操作提出各自的想法，比如电源的选择、电路的连接、可拆变压器匝数的选择。首先，小组成员讨论发言，变压器一定是针对交流电的，所以应该选择交变电源。不懂的小组成员就会问为什么，这时由懂的组员进行解释：变压器的工作原理是互感现象，而互感现象的产生是由变化的磁场引起的，只有变化的电场才能产生变化的磁场，所以只能选择交变电流，而不能选择恒定电流。

接着是电路的连接问题，小组合作讨论后达成一致，与输入的交变电压相连的是原线圈，与输出电压表相连的是副线圈。设计好电路之后进行探究，小组成员在进行了几次实验后发现规律性不强，于是有人提出：可以控制输入电压不变和原线圈匝数不变，只改变副线圈匝数，看输出电压变化；做几组之后，再控制输入电压不变，改变原线圈匝数，不改变副线圈匝数，看输出电压的变化。通过记录数据，发现规律性增强，误差减小。最后，小组根据实验数据，讨论得出结论。通过小组合作，让学生在合作中学习，体会到合作的乐趣，促进小组成员共同进步。

总结归纳，形成物理观念 物理学科的重点，主要是培养学生观察、分析、总结物理现象的能力。探究式教学法最终的目的是让学生学会独立探究。对于高中生来说，探究之后要对探究结果有一个清晰的认识，即对实验现象进行归纳总结，并与头脑中已有的知识发生联系，进而形成一种新的物理观念。

教学人教版高中《物理（必修1）》第三章“相互作用”中“弹力”这一节，在探究弹簧伸长量与弹簧弹力的关系时，学生在实验指导书的引导下，通过小组合作的形式动手实验、记录数据、分析数据，最终总结出物理规律，即：弹簧的弹力与伸长量成正比。由于弹簧不能被无限拉长，学生深入思考，从而对物理规律进行补充：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧伸长量成正比。只有将物理规律的适用条件分析清楚，才能进一步提炼与升华，形成一种物理观念。

5 结语

结合建构主义学习观和布鲁纳的发现学习法，发展探究式教学法并将其应用于物理实验教学中，效果明显。在实验时，利用探究式教学法能体现学生的主体性，使学生积极地参与实验，教师起引导作用。学生通过亲自试验所建构起来的知识体系，比直接从教师处得来实验结果进行学习，掌握得更牢固。探究式教学法应用于实验探究的方法还有待进一步创新，通过自主探究，学生对实验原理有更深一步的理解，逐渐培养了一种探究乐趣，形成一种科学的探究习惯。创新驱动发展，而探究正是培养学生创新能力的一种体现，只有在探究中发现问题进而形成假设并进行实验验证，最终才能创新。

参考文献

[1]吴千山.探究式教学法在初中物理教学中的运用思考[J].学苑教育，2017（1）：72.

[2]王梅英，孙艳美.物理探究式教学法之我见[J].中国教育技术装备，2010（28）：116-117.

[3]邵志芳.思维心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2001：1-2.

[4]胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现[J].中学物理教学参考，2017，46（15）：1-3.

[5]单秀平.探究式教学法在初中物理实验教学中的运用[J].中学物理，2015，33（24）：27-28.

[6]宗永华.如何在初中物理实验教学中实施探究式教学法[J].数理化解题研究：初中版，2015（12）：76.