高中物理发现教学情境的创设策略

黄李炮

摘   要：发现教学是中学物理教学的重要方式。通过多留给学生发现的空间、多从实物实验探究物理规律、多通过现实生产生活实践逆向认识物理规律，多创设理论探究优化发现教学，巩固和培养学生发现所需好奇心和求知欲。

关键词：发现;情境;探究

诺贝尔物理学奖奖励给物理学领域作出杰出贡献的科学家，被普遍认为是物理学领域取得的最高荣誉。从1901年至今120多年间的116次评选，221人次获奖，获奖项目74项被界定为“发现”、27项被界定为“发明”。这足以说明“发现”在科学素养中的重要地位。新课程非常重视发现教学，2017年版课程标准中29次提到“发现”。发现教学是中学物理教学的重要方式，教育家杜威认为发现学习是一种最佳的学习方式，认知心理学家布鲁纳更进一步提出了结构——发现教学理论，布鲁纳认为教师起着为学生创造探索情境的作用，学生是积极探究的主体。我们强调在教学过程中学生是主体，让学生亲身参与获得知识的过程，让学生在探索中建立学科的知识体系或结构，学生物理规律的探究发现需要教师创设问题情境。学生从情境中发现和提炼问题，对问题的可能答案作出假设，并根据问题情境运用已有知识制订探究计划，选择符合情境要求的实验装置进行实验，获取客观、真实的数据，通过对数据的分析形成关于物理规律的结论[ 1 ]。下面从四个方面探讨高中物理发现教学情境的创设策略。

1  教学情境多留给学生发现的空间

我们的物理教材安排很多“实验与探究”，却紧随其后的是对现象介绍及层层深入的细致严谨的分析，学生通过预习就先知道了现象和结论，根本没有探究的余地。例如牛顿第二定律的教学高中各个版本的教材都是在实验探究加速度a与力F、质量m的关系的基础上，总结出牛顿第二定律，从实验到结论分析得无微不至。教材分析实验思路从“加速度与力”和“加速度与质量”两方面关系进行研究;物体的质量、所受的作用力和运动的加速度的测量;调试实验装置进行实验;数据记录表格、作图像分析;直到结论“大量的实验和观察到的事实”得出牛顿第二定律。教科书的编写就怕写得不够完整，哪怕漏掉一点空白。课外书就更绝了，“教材全解”连课后习题答案比与教材配套的教师用书还详细，更有“学霸笔记”把学生的笔记全部代劳。在这种情境下的学习，学生没有了发现的机会，也失去了发现的动力。

课程开发可以给学生多留下一些空白，社会给师生多一些宽容，课外读物少一些保姆全解。在早期教材编写非常简陋，甚至没有教材，学生勤于思考笔记，师生一起去探索发现，教学过程却更具有探究性。如探究加速度与力、质量的关系，无需滴水不漏地灌输给学生全面的原理、过程和结论，可以让学生去发现摩擦力对探究的影响，可以故意较大幅度增加槽码的质量，让学生发现其重力与小车受到的拉力存在较大偏差。

2  多从实物实验去探究发现物理规律

实验探究是发现教学的主阵地，尽量给学生提供实物实验情境，培养他们发现新事物的习惯和能力。如研究闭合电路欧姆定律，有的教材以滑滑梯等去类比理解内外电路，有的教材通过分析闭合电路中能量的转化情况去推出电源电动势等于闭合电路中内电压和外电压之和。教学情境设置应该根据学生情况和教学内容的需要。如果利用可调内阻电池（如图1）创设教学情境，学生可以很直观地观察电池的结构。首先引导学生去发现内电路部分;接着指导学生画出可调内阻电池平面图，认清内电路，连接外电路（如图2），探索测量内电压、外电压的方案，让学生试探去测量图1中AB之间、CD之间、BD之间和AC之间的电压;最后让学生通过数据分析去发现电源电动势等于闭合电路中内电压和外电压之和。让学生在操作过程中去发现向可调内阻电池内打气（有的装置是插入塑料板），通过改变电池内电解液的横截面积，从而可改变电池的内阻，学生可以非常直观地认识闭合电路及相关关系。引导学生培养分析误差的行为习惯和分析方法，探究怎样尽量准确地测内电压，探究发现电动势发生区间的特征。

教学实践中要因材施教，如研究闭合电路欧姆定律中实验仪器多、变量多、操作能力要求较高，对少数尖子生可以分组实验探究，对普通的同学通过演示引导观察效果会更好。

3  多通过现实生产、生活实践逆向发现物理规律

科学探究与我们生产生活中的实际情境密不可分[ 2 ]。有新版《物理 选择性必修第一册》的“光的衍射”开篇就提出问题：我们知道，波能够绕过障碍物发生衍射。例如，声音能够绕过障碍物传播。既然光也是一种波，为什么在日常生活中我们观察不到光的衍射，而且常常说“光沿直线传播”呢？[ 3 ]我们常常以为光的衍射、干涉现象日常难以观察到，其实在现实生活中还是可以找到光遇到障碍物时传播方向改变的现象。有七龄童观察到墙壁上钉子的影子“异常”的移动如图3，并与家人讨论这一现象。七龄童观察到墙壁上钉子的影子“异常”的移动，就是遇到障碍物时光的传播方向改变的现象。现实教学中缺少对学生发现所需好奇心的巩固和培养，引导学生去观察这些日常生活中的現象，可以有效地激发学生观察生活的热情。现实中的情境往往比较复杂，为了进一步研究光的衍射、干涉现象，我们在实验室里用长长的遮光筒来减少外界干扰，观察单缝（孔）这一最简单情境中光的衍射现象。小孩对自然充满好奇心，并积极去观察发现，是当前物理教学中最需要提升的科学素养。

教学尽量从现实生产、生活实践出发，文革时期中学课本这一点很值得我们借鉴。如：通过电机去学习三相交流电的原理、星形和三角形接法的区别;通过柴油机，学习活塞、曲轴连杆、杠杆、轮轴，计算不同速度下的牵引力;通过水泵，学习压力，压强，大气压。切实可行的教学情境设置，培养学生提出问题的意识和能力，通过引导优化问题，使得后续的探究有明确的目标和内容，是探究式教学的关键。例如在超重与失重的教学过程中，教师可以带领学生坐电梯，让一位同学平静站在体重秤上，其他同学观察体重秤的示数并拍摄记录随时间变化的情况。学生探究起来十分感兴趣，引导学生去观察、去发现在上楼和下楼过程中体重计的示数变化规律。这些第一手资料提供课堂探究，分析加速度的特点、分析楼高、分析上不同楼层电梯运行规律，向专业人员咨询参数、查找资料，来源于自己生活的研究，令学生充满了乐趣。

4  设置理论探究的情境去发现物理规律

科学靠实验和理论两条腿走路，探究一般有两种途径，一是实验探究，二是理论探究[ 4 ]。物理学史上有伽利略、法拉第等长于实验探究，也有牛顿、爱因斯坦等善于理论研究，更有围绕“伯松亮斑”科学论战等经典案例。学生也是部分适于实验探究，一些学生则善于逻辑推理。探究教学都是在逻辑推理和猜想基础上进行量化实验探究。从实践中来到实践中去，教学中不能一刀切地定下理论和实践谁先谁后，教材及教学评价应该给教师以自由的空间，让教师根据教学实际设置教学情境。如安培力公式去推导洛伦兹力的公式，有新教材建议沿这样逻辑线索去思考：设置静止导线模型，由此推算出粒子的电荷量与电流的关系;写出这段导线所受的安培力公式;推导出每个粒子所受的洛伦兹力的公式。其实，最后公式大可留给课堂去总结，甚至逻辑线索都留给教师去因材施教，适当留给学生发现规律的空间。

习题教学是设置理论探究的情境去发现物理规律的广阔天地。在习题教学中，对物理规律的内在规律要多加“折腾”，以求得学生的融会贯通。如我国自行研制的大型客机C919首飞成功，假设飞机在水平跑道上由静止开始的滑跑，匀加速直线运动的位移s=1.6×103 m时达到速度v=80 m/s，已知飞机质量m=7.0×104 kg，滑跑时受到的阻力f=0.1 mg，取重力加速度g=10 m/s2，求飞机滑跑过程中受到的牵引力。我们先从动力学入手去分析问题，在飞机滑跑过程中

F-f=ma ………………①

2as=v2-0  ……………②

教学中不急于代入数值计算，由①、②得

Fs-fs=mv2-0…………③

让学生去发现③式就是动能定理，这个解题过程就是动能定理的推导过程，发现这个题目可以从动力学、动能定理两個方法去求解，而且两种解法本质是相通的。这样通过习题的情境设置，不仅训练了学生的逻辑推理能力，而且加深理解牛顿第二定律、动能定理及他们的内在联系。

从教材编写多留一些空白到课堂教学多给学生思考空间，放开学生的“手”和“思想”，让学生的个性解放，强化面向真实的世界的勇气和对大千世界的好奇心、求知欲，去发现更多的自然界奥秘。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：52.

[2] 廖伯琴.普通高中课程标准（2017版）教师指导 物理[M].上海：上海教育出版社，2019：27.

[3] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中教科书 物理 选择性必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2020：98.

[4] 惠广俊.创设问题情境 启迪学生思维[J].物理教师，2019（12）：15.