第1个回答 2011-08-04
传统的物理课堂教学模式大多数是灌输──接受式，教师注重的是把知识和结论准确地教给学生，学生大多处于被动的接受状态。灌输──接受式的教学方式，学生往往感受不到学习探索的乐趣，难以产生持久的学习兴趣，不能适应新的学习要求。
在高中物理教学中，引导学生掌握科学探究的基本方法，培养探究学习的兴趣，发展自主学习的能力，培养学生实事求是的科学态度和关心社会的责任感，是新课程倡导的目标，也是学生终身学习和健康发展的需要。
一、物理探究性学习活动方式
高中物理探究性学习活动的开展方式是多种多样的，按照活动的内容可以分为以下4种类型。
1．以寻找物理规律为主的探究活动
以物理规律为主的探究活动的基本过程是：通过对实验现象的观察，或应用已知规律、理论对某一现象进行逻辑推理，找出一些问题，然后设计实验，采集实验数据，对实验数据进行分析归纳，最终得到规律性的结论。如高一、高二年级的学生可以探究的小课题有：用传感器探究影响摩擦力大小的因素、探究单摆的周期与哪些因素有关、探究碰撞中的能量问题、光在界面发生折射时遵从什么规律、如何查找电路故障、气垫上弹簧振子的周期与质量、劲度的关系等。
2．以寻找仪器、生活用品的基本原理为主的探究活动
学生在日常生活中经常会观察到一些有趣的现象或用品并对这些现象或用品的基本原理产生兴趣。学生提出问题后，教师带领学生通过查阅资料、拆装仪器、用品，或是将仪器、用品拿到实验室进行测量，探究其基本原理。比如，自行车摩电灯的工作原理、厕所马桶冲水器的工作原理、汽车测速仪的工作原理、家用节水器的原理等常常会引起学生探究的兴趣。
3．以实验和动手制作为主的探究活动
在每年的科技月我们都设计一些趣味实验，这些实验的内容有些移植于课外书，有些是从各种实践活动中学来的，还有些是根据所学知识自己设计制作的。比如，如何用地磁场获得感应电流、组装简易望远镜、组装万花筒、做相反运动的球、组装简易静电复印机、制作“魔摆”等。
4．以测量基本物理量为主的探究活动
有些物理量虽然教材中没有给出测量方法，而其测量方法却包含很多重要的物理思想和重要的研究方法。因此，测量基本的物理量可以作为探究活动的一个内容。比如，可以用多种方法测磁体和电流周围的磁感应强度、声波的频率、日光灯的频闪频率、极大和极小电阻等。
二、探究性学习活动的关键环节
每项探究性学习活动都有许多环节，特别是以下几个环节非常关键。
1．确定探究课题
一个好的课题是探究性学习活动的良好开端。学生提出的课题，不少是模糊的、肤浅的，或太宽泛、太深奥，涉及的知识可能非常广、非常深，往往是他们现有的知识基础难以解决的。此时需要教师从课题的意义、操作方法、涉及内容等方面指导学生，逐步缩小课题范围，明晰课题研究目的，最后确定课题内容。
如在“自行车的摩电灯原理”这一课题中，开始阶段学生想要制作一个节能型的发电机，这个题目难度很大。需要共同分析几个问题：（1）有没有具体方案？（2）是否知道发电机的发电原理？（3）发电机涉及哪些物理基础知识？（4）从哪个角度出发做到节能？提出问题后，教师带学生到实验室看手摇发电机。然后布置任务：（1）调查哪些装置上安装有发电机？（2）了解这些发电机的基本原理。
学生们找到了电动自行车上的充电电池、自行车上的摩电灯等能发电的装置，通过认真研究，考虑到发电机涉及的知识和学生的知识基础，最后定下一个比较可行的题目──研究自行车摩电灯的基本原理。学生将买来的自行车摩电灯拆开，发现了许多意想不到的情况，比如磁体的磁极并不是N、S两个，线圈的切割磁感线也不像书上画得那么简单，接线方式、电流的波形等都显得很复杂。于是，学生们想出了各种办法测定了摩电灯中磁场的方向和强弱、画出了电流的波形等，最后弄清了摩电灯的原理，画出了摩电灯的原理图。在实际操作的过程中，学生学会了很多知识，比如传感器、万用表和示波器的使用方法。另外还有很多意想不到的发现，如有的学生用铁屑显示磁铁的磁极形状时，发现摩电灯的磁铁很特殊，有8个磁极。
总之，课题的选择有一个从大到小、从不可行到可行的过程，把握好这一环节，是完成探究活动的关键。
2．实验的设计和操作
探究活动的课题确定好了，就需要实施操作，这一环节需要考虑的因素很多，也非常重要，归纳起来有以下几个方面：（1）某物理实验过程中，需要什么仪器？（2）怎样保证实验条件？（3）哪些因素是自变量？（4）怎样控制变量和进行测量？（5）用什么仪器进行测量？（6）使用仪器时需要注意哪些问题？（7）记录数据的表格需要有哪些项目？
如，探究碰撞中的规律。这个实验的目的是探究在两物体碰撞中，除了动量守恒外，还有什么规律制约碰撞过程。
实验装置（教师准备好）：气垫导轨、滑块、光电计时器、数学实验仪（传感器）、电脑等。
物理过程（由学生讨论分析得出）：让两滑块发生碰撞，然后测定碰撞前后瞬间的速率、滑块的质量，寻找其中的规律。
实验变量的控制（学生分组讨论、试做、归纳，不同的组做的内容可能不同，出现了3类共9种情况）：
①两滑块之间有弹簧圈，使碰撞过程中弹簧圈发生弹性形变，两滑块的质量控制为3种情况，；；。
②两滑块之间有橡皮泥，使碰撞过程中橡皮泥发生塑性形变，两滑块的质量也控制为3种情况，；；。
③两滑块之间有粘扣，使碰撞后两滑块一起运动，两滑块的质量也控制为3种情况，；；。
实验条件的保证（由学生实验前分析和试做中总结得出）：学生得出5点结论。上述实验过程中的诸多问题，都要由学生在实验中不断总结，并逐步得以解决。在学生的设计和操作过程中，他们的思维能力和实验能力得到锻炼和提高。
3．实验数据的处理及分析
分析实验数据，首先要有尊重事实的科学态度。学生实验时，有时实验结果与预期的不同，就会产生动摇，怀疑自己的实验不准确，想改数或凑数，这是不尊重实验事实的做法。应该认真分析实验条件、实验过程，看是否真正满足实验原理的需要，还要认真查阅资料，看看出现本实验的结果是否前人已做过理论上的解释。
另外需要特别关注的是，物理规律的得出不能仅限于单纯的从实验结论给出，还要从理论上给以推理演绎。物理学家探索物理规律的过程充满艰辛，走过许多曲折的道路，其间闪现出许多理性思维的火花，不要认为一个简单的实验就会得出一个伟大的理论。比如折射定律实验，探究小组的学生对水和玻璃等介质做了多组测量，得到了几组实验数据（表1是学生的一组实验数据），分析这些实验数据时出现了一个教师意想不到的问题。
表1 折射定律实验
入射角
折射角
sin／sin
lg／lg
10
7
1．42
1．18
20
13
1．52
1．15
30
20
1．46
1．14
40
25
1．51
1．15
50
31
1．49
1．14
60
35
1．51
1．51
70
39
1．49
1．16
80
41
1．50
1．18
从表中可以看出，入射角正弦与折射角正弦之比基本相等，于是有的学生计算了入射角与折射角的对数比，发现结果也是基本相等，而且从表中数据看，更接近同一数值。于是学生中就出现了激烈的争论，有的学生认为，等的比值也等于常数，有的学生观点相左。结论到底应该为哪一个？
这时就要引导学生理解取对数意味着什么？对取对数，相当于把这个数缩小了很多倍。再去取比值，这样就把原来的差距变得更小了，原本入射角与折射角的差距不到一个数量级，取了对数后，差距就更小了，数量级不到了，更看不出来了，所以取对数找关系这种方法并不是万能的，要看具体情况。
再引导学生从理论上进行分析，根据光程最短原理（也叫费马原理），可以引导学生推出常数，不能得出常数。
另外，对角度取正弦值有明确的几何意义和物理意义，而对角度取对数就没有什么意义了。
三、效果
1．通过探究性学习活动达到了发挥学生自主性的目的
建构主义理论的核心思想是知识不是要被动地接受，而是认知主体积极建构。探究性教学活动，教师的作用是指导和参谋，从知识的传授者转为学生发展的促进者。教师从“主角”转换为“平等中的首席”，学生自己去决定研究什么、怎么研究，研究的结果也由学生自己归纳总结，最后还要在全班同学面前作展示和讲解，遇到困难时再找老师寻求帮助。
学生在其间要进行交流、讨论、查阅资料、设计和实施实验、修正等活动来完成学习，不是简单的教师教、学生学；对学生而言，体现了学习的主体性，有了彰显个性的机会。在教师指导下的以学生为中心的探究性学习，给予了学生自我发挥和自我展示的空间和机会，学生学习兴趣浓、参与活动的程度高。
2．探究性学习活动促使学生产生对科学的感悟，对提高创新意识和研究能力起到了促进作用
探究性活动使学生回归到物理概念和规律的提炼过程和应用过程，引起学生进行实证调查，通过实验、收集和利用数据并形成对科学现象的解释，有利于加深对物理理论的认识，有利于将物理理论与实际进行结合，有利于学生对物理学习产生持久的兴趣。一位物理学特级教师曾指出：“学好物理，只靠听课写作业不行，必须要有大量的阅读与‘研究’，这一点是从整体上学好物理的关键。”这里的“研究”指的是探究性学习活动。他鼓励学生在高中阶段适当多做一些有挑战性的课题。
3．通过探究性学习活动，提高了学生的团结合作意识及交往能力
从选题开始，到设计研究方案、进行数据采集、查阅研究资料、做调查问卷、写研究报告，最后在班里或年级里作演示和讲解，往往以3～5人组成的小组形式来完成的。小组内有分工、有合作、有讨论、有交流，每个成员要承担分给自己的任务，彼此之间要进行沟通，要将每个人的研究整合到整体中去。要形成组内成员间的相互信任，如果组内出现了冲突，要想办法解决冲突。在这一过程中，学生将会体验挫折与成功，感受平等与公正。通过几年的跟踪观察，我们发现，学生的合作意识及交往能力大大提高了，大多数在高一入学不久建立的探究性学习活动小组，在3年时间里，一直保持良好的合作关系。
四、思考
1．课题内容要有所选择，不是所有内容都适合学生进行探究性学习
比如欧姆定律，有人设计这样的探究性实验──保持电阻不变，改变导体两端电压，从而改变电路中的电流，用电压表和电流表测出一组数值，从数值中归纳出电流与电压成正比的结论。这个设计，粗看是让学生探索欧姆定律，但实际上存在逻辑问题，因为电流表和电压表都是依据欧姆定律为原理工作的，使用这个表来测量，就意味着已经承认了欧姆定律再去用它找规律，就犯了循环论证的错误。
从历史上看，欧姆定律的得来是非常不容易的，那个时候还没有发明出电流表和电压表。欧姆用磁针的偏转方向来表示电流的大小，因为磁针受到地磁场和电流磁场的共同作用，N极沿合磁场方向，通过不同的电流，指针的偏转方向就不同，又用温差电偶的温度差来表示电源的特征，用不同长度的铜丝来反映导线的特征，这些都是当时很巧妙的方法，很具有创造性。
2．教师对探究性学习活动的指导要适当
学生进行探究性课题的研究，会遇到很多困难，比如知识基础薄弱，有的课题操作性差。因此，教师在这类探究性学习活动中的指导、参谋作用是很重要的。首先，学生感兴趣的内容往往不一定都是教科书上的内容，也不一定是教师的专长，对教师而言很可能是全新的东西，所以教师要注意学习和积累，以适应新的要求。其次，用什么方式指导学生也要慎重，既然是探究性学习活动，关键在于探究，即使需要教师指导，教师也不能将自己知道的结论、查好的资料直接交给学生，应该设计一些问题，引导学生思考，指点学习方法。
总之，在探究性学习活动中，让学生独立、自主地发现问题，通过查阅资料、实验、操作、调查、信息搜索与处理、表达与交流等活动，可以达到经历探究过程、获得知识与能力、掌握问题解决的方法和获得情感体验的目的。
在高中物理教学中，引导学生掌握科学探究的基本方法，培养探究学习的兴趣，发展自主学习的能力，培养学生实事求是的科学态度和关心社会的责任感，是新课程倡导的目标，也是学生终身学习和健康发展的需要。
一、物理探究性学习活动方式
高中物理探究性学习活动的开展方式是多种多样的，按照活动的内容可以分为以下4种类型。
1．以寻找物理规律为主的探究活动
以物理规律为主的探究活动的基本过程是：通过对实验现象的观察，或应用已知规律、理论对某一现象进行逻辑推理，找出一些问题，然后设计实验，采集实验数据，对实验数据进行分析归纳，最终得到规律性的结论。如高一、高二年级的学生可以探究的小课题有：用传感器探究影响摩擦力大小的因素、探究单摆的周期与哪些因素有关、探究碰撞中的能量问题、光在界面发生折射时遵从什么规律、如何查找电路故障、气垫上弹簧振子的周期与质量、劲度的关系等。
2．以寻找仪器、生活用品的基本原理为主的探究活动
学生在日常生活中经常会观察到一些有趣的现象或用品并对这些现象或用品的基本原理产生兴趣。学生提出问题后，教师带领学生通过查阅资料、拆装仪器、用品，或是将仪器、用品拿到实验室进行测量，探究其基本原理。比如，自行车摩电灯的工作原理、厕所马桶冲水器的工作原理、汽车测速仪的工作原理、家用节水器的原理等常常会引起学生探究的兴趣。
3．以实验和动手制作为主的探究活动
在每年的科技月我们都设计一些趣味实验，这些实验的内容有些移植于课外书，有些是从各种实践活动中学来的，还有些是根据所学知识自己设计制作的。比如，如何用地磁场获得感应电流、组装简易望远镜、组装万花筒、做相反运动的球、组装简易静电复印机、制作“魔摆”等。
4．以测量基本物理量为主的探究活动
有些物理量虽然教材中没有给出测量方法，而其测量方法却包含很多重要的物理思想和重要的研究方法。因此，测量基本的物理量可以作为探究活动的一个内容。比如，可以用多种方法测磁体和电流周围的磁感应强度、声波的频率、日光灯的频闪频率、极大和极小电阻等。
二、探究性学习活动的关键环节
每项探究性学习活动都有许多环节，特别是以下几个环节非常关键。
1．确定探究课题
一个好的课题是探究性学习活动的良好开端。学生提出的课题，不少是模糊的、肤浅的，或太宽泛、太深奥，涉及的知识可能非常广、非常深，往往是他们现有的知识基础难以解决的。此时需要教师从课题的意义、操作方法、涉及内容等方面指导学生，逐步缩小课题范围，明晰课题研究目的，最后确定课题内容。
如在“自行车的摩电灯原理”这一课题中，开始阶段学生想要制作一个节能型的发电机，这个题目难度很大。需要共同分析几个问题：（1）有没有具体方案？（2）是否知道发电机的发电原理？（3）发电机涉及哪些物理基础知识？（4）从哪个角度出发做到节能？提出问题后，教师带学生到实验室看手摇发电机。然后布置任务：（1）调查哪些装置上安装有发电机？（2）了解这些发电机的基本原理。
学生们找到了电动自行车上的充电电池、自行车上的摩电灯等能发电的装置，通过认真研究，考虑到发电机涉及的知识和学生的知识基础，最后定下一个比较可行的题目──研究自行车摩电灯的基本原理。学生将买来的自行车摩电灯拆开，发现了许多意想不到的情况，比如磁体的磁极并不是N、S两个，线圈的切割磁感线也不像书上画得那么简单，接线方式、电流的波形等都显得很复杂。于是，学生们想出了各种办法测定了摩电灯中磁场的方向和强弱、画出了电流的波形等，最后弄清了摩电灯的原理，画出了摩电灯的原理图。在实际操作的过程中，学生学会了很多知识，比如传感器、万用表和示波器的使用方法。另外还有很多意想不到的发现，如有的学生用铁屑显示磁铁的磁极形状时，发现摩电灯的磁铁很特殊，有8个磁极。
总之，课题的选择有一个从大到小、从不可行到可行的过程，把握好这一环节，是完成探究活动的关键。
2．实验的设计和操作
探究活动的课题确定好了，就需要实施操作，这一环节需要考虑的因素很多，也非常重要，归纳起来有以下几个方面：（1）某物理实验过程中，需要什么仪器？（2）怎样保证实验条件？（3）哪些因素是自变量？（4）怎样控制变量和进行测量？（5）用什么仪器进行测量？（6）使用仪器时需要注意哪些问题？（7）记录数据的表格需要有哪些项目？
如，探究碰撞中的规律。这个实验的目的是探究在两物体碰撞中，除了动量守恒外，还有什么规律制约碰撞过程。
实验装置（教师准备好）：气垫导轨、滑块、光电计时器、数学实验仪（传感器）、电脑等。
物理过程（由学生讨论分析得出）：让两滑块发生碰撞，然后测定碰撞前后瞬间的速率、滑块的质量，寻找其中的规律。
实验变量的控制（学生分组讨论、试做、归纳，不同的组做的内容可能不同，出现了3类共9种情况）：
①两滑块之间有弹簧圈，使碰撞过程中弹簧圈发生弹性形变，两滑块的质量控制为3种情况，；；。
②两滑块之间有橡皮泥，使碰撞过程中橡皮泥发生塑性形变，两滑块的质量也控制为3种情况，；；。
③两滑块之间有粘扣，使碰撞后两滑块一起运动，两滑块的质量也控制为3种情况，；；。
实验条件的保证（由学生实验前分析和试做中总结得出）：学生得出5点结论。上述实验过程中的诸多问题，都要由学生在实验中不断总结，并逐步得以解决。在学生的设计和操作过程中，他们的思维能力和实验能力得到锻炼和提高。
3．实验数据的处理及分析
分析实验数据，首先要有尊重事实的科学态度。学生实验时，有时实验结果与预期的不同，就会产生动摇，怀疑自己的实验不准确，想改数或凑数，这是不尊重实验事实的做法。应该认真分析实验条件、实验过程，看是否真正满足实验原理的需要，还要认真查阅资料，看看出现本实验的结果是否前人已做过理论上的解释。
另外需要特别关注的是，物理规律的得出不能仅限于单纯的从实验结论给出，还要从理论上给以推理演绎。物理学家探索物理规律的过程充满艰辛，走过许多曲折的道路，其间闪现出许多理性思维的火花，不要认为一个简单的实验就会得出一个伟大的理论。比如折射定律实验，探究小组的学生对水和玻璃等介质做了多组测量，得到了几组实验数据（表1是学生的一组实验数据），分析这些实验数据时出现了一个教师意想不到的问题。
表1 折射定律实验
入射角
折射角
sin／sin
lg／lg
10
7
1．42
1．18
20
13
1．52
1．15
30
20
1．46
1．14
40
25
1．51
1．15
50
31
1．49
1．14
60
35
1．51
1．51
70
39
1．49
1．16
80
41
1．50
1．18
从表中可以看出，入射角正弦与折射角正弦之比基本相等，于是有的学生计算了入射角与折射角的对数比，发现结果也是基本相等，而且从表中数据看，更接近同一数值。于是学生中就出现了激烈的争论，有的学生认为，等的比值也等于常数，有的学生观点相左。结论到底应该为哪一个？
这时就要引导学生理解取对数意味着什么？对取对数，相当于把这个数缩小了很多倍。再去取比值，这样就把原来的差距变得更小了，原本入射角与折射角的差距不到一个数量级，取了对数后，差距就更小了，数量级不到了，更看不出来了，所以取对数找关系这种方法并不是万能的，要看具体情况。
再引导学生从理论上进行分析，根据光程最短原理（也叫费马原理），可以引导学生推出常数，不能得出常数。
另外，对角度取正弦值有明确的几何意义和物理意义，而对角度取对数就没有什么意义了。
三、效果
1．通过探究性学习活动达到了发挥学生自主性的目的
建构主义理论的核心思想是知识不是要被动地接受，而是认知主体积极建构。探究性教学活动，教师的作用是指导和参谋，从知识的传授者转为学生发展的促进者。教师从“主角”转换为“平等中的首席”，学生自己去决定研究什么、怎么研究，研究的结果也由学生自己归纳总结，最后还要在全班同学面前作展示和讲解，遇到困难时再找老师寻求帮助。
学生在其间要进行交流、讨论、查阅资料、设计和实施实验、修正等活动来完成学习，不是简单的教师教、学生学；对学生而言，体现了学习的主体性，有了彰显个性的机会。在教师指导下的以学生为中心的探究性学习，给予了学生自我发挥和自我展示的空间和机会，学生学习兴趣浓、参与活动的程度高。
2．探究性学习活动促使学生产生对科学的感悟，对提高创新意识和研究能力起到了促进作用
探究性活动使学生回归到物理概念和规律的提炼过程和应用过程，引起学生进行实证调查，通过实验、收集和利用数据并形成对科学现象的解释，有利于加深对物理理论的认识，有利于将物理理论与实际进行结合，有利于学生对物理学习产生持久的兴趣。一位物理学特级教师曾指出：“学好物理，只靠听课写作业不行，必须要有大量的阅读与‘研究’，这一点是从整体上学好物理的关键。”这里的“研究”指的是探究性学习活动。他鼓励学生在高中阶段适当多做一些有挑战性的课题。
3．通过探究性学习活动，提高了学生的团结合作意识及交往能力
从选题开始，到设计研究方案、进行数据采集、查阅研究资料、做调查问卷、写研究报告，最后在班里或年级里作演示和讲解，往往以3～5人组成的小组形式来完成的。小组内有分工、有合作、有讨论、有交流，每个成员要承担分给自己的任务，彼此之间要进行沟通，要将每个人的研究整合到整体中去。要形成组内成员间的相互信任，如果组内出现了冲突，要想办法解决冲突。在这一过程中，学生将会体验挫折与成功，感受平等与公正。通过几年的跟踪观察，我们发现，学生的合作意识及交往能力大大提高了，大多数在高一入学不久建立的探究性学习活动小组，在3年时间里，一直保持良好的合作关系。
四、思考
1．课题内容要有所选择，不是所有内容都适合学生进行探究性学习
比如欧姆定律，有人设计这样的探究性实验──保持电阻不变，改变导体两端电压，从而改变电路中的电流，用电压表和电流表测出一组数值，从数值中归纳出电流与电压成正比的结论。这个设计，粗看是让学生探索欧姆定律，但实际上存在逻辑问题，因为电流表和电压表都是依据欧姆定律为原理工作的，使用这个表来测量，就意味着已经承认了欧姆定律再去用它找规律，就犯了循环论证的错误。
从历史上看，欧姆定律的得来是非常不容易的，那个时候还没有发明出电流表和电压表。欧姆用磁针的偏转方向来表示电流的大小，因为磁针受到地磁场和电流磁场的共同作用，N极沿合磁场方向，通过不同的电流，指针的偏转方向就不同，又用温差电偶的温度差来表示电源的特征，用不同长度的铜丝来反映导线的特征，这些都是当时很巧妙的方法，很具有创造性。
2．教师对探究性学习活动的指导要适当
学生进行探究性课题的研究，会遇到很多困难，比如知识基础薄弱，有的课题操作性差。因此，教师在这类探究性学习活动中的指导、参谋作用是很重要的。首先，学生感兴趣的内容往往不一定都是教科书上的内容，也不一定是教师的专长，对教师而言很可能是全新的东西，所以教师要注意学习和积累，以适应新的要求。其次，用什么方式指导学生也要慎重，既然是探究性学习活动，关键在于探究，即使需要教师指导，教师也不能将自己知道的结论、查好的资料直接交给学生，应该设计一些问题，引导学生思考，指点学习方法。
总之，在探究性学习活动中，让学生独立、自主地发现问题，通过查阅资料、实验、操作、调查、信息搜索与处理、表达与交流等活动，可以达到经历探究过程、获得知识与能力、掌握问题解决的方法和获得情感体验的目的。
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