探究型教学活动的设计与实施

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  所谓探究型教学,就是以探究为主的教学.具体来说,它是指教学过程中学生在教师的启发诱导下,以独立自主学习和合作讨论为前提,以现行教材为基本探究内容,以学生周围世界和生活实际为参照对象,为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会,让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动,将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式.其最大的特点是学生独立自主地学习,它强调个人的独立学习活动,旨在针对某一具体课题,使学生主动参与、投入,教师加以引导,师生共同探究物理现象、规律.《物理课程标准》也明确指出,科学探究既是学生的学习内容,又是重要的教学方式之一.
  探究型教学活动是一种在好奇心驱使下的,以问题为导向的,学生有高度精力投入且内容和形式都十分丰富的学习活动.其总的特征可以概括为“活”和“动”两个字.“活”体现为学生的积极性和主动性;“动”体现为学生真正的动手和动脑.因此“活”和“动”是探究性学习的两个特征,也是我们设计和实施探究式教学活动的出发点和落脚点.
  1“活动”之一:开动脑筋提出问题
  美国教育家布鲁巴克说过:“最精湛的教育艺术,遵循的最高原则,就是学生自己提出问题.”其实在此之前,我国伟大的教育家孔子也说过:“学贵有疑,小疑则小进,大疑则大进.”“学起于思,思源于疑”.探究的问题要是完全由学生自己提出来,当然很好,但这并不意味着我们一定要等到学生能够自己提出好的探究问题之后,才能组织探究性学习活动.实际上,筛选出那些可能会引发富有成效的研究活动的问题,与提出好的问题同等重要.实际上,在探究活动的始终,教师都应该教授学生提出问题的方法,培养学生提出问题的意识和能力.教师要培养学生自己提出问题,就必须缩小指导切口,传授提问的方法.教师要做两个方面的准备:一是引导学生进一步对提出的问题进行思维加工,将其转化为一个科学的问题;二是对学生提出的问题给予充分的重视,绝对不要挫伤学生的问题意识.
  2“活动”之二:展开想象的翅膀
  猜想假设是探究的指路灯,是实验探究的目标.猜想还可吊起学生的胃口,吸引学生积极投入到实验中去.初中物理阶段的猜想可引导学生认真分析问题,根据生活经验、已有知识对探究问题可能出现的结果进行科学合理的猜想.这对学生将来在高科技未知领域的研究同样具有指导意义.例如,在探究影响摩擦力因素实验时,引导学生联系实际,根据生活经验:拉一辆车,装的货越重,需要拉力越大;路面越“难走”,拉力越大.猜想:摩擦力大小可能与压力和接触面粗糙程度有关.当然猜想和接触面积大小、物体运动速度有关也是合情合理的,有错误才能有正确的更深刻的认识.再如,在探究并联电阻的总电阻时,依据串联电阻的特点,自然猜想出:(1)R=R1 R2;(2)R=R1-R2;(3)R=R1·R2……尽管这些猜想可能都是错误的,甚至不可能得出正确结论,但同学们都兴致高昂地投入到实验中去,经历挫折后,在老师的帮助下,得出正确结论.无论探究过程、结论,记忆都尤为深刻,使学生探究能力得以快速提高.
  3“活动”之三:动手动脑设计实验
  新课标要求,在这一环节对学生探究能力的基本要求是“明确探究目的和已有条件,经历制定计划与设计实验的过程;尝试选择科学探究的方法及所需要的器材;尝试考虑影响问题的主要因素,有控制变量的初步意识;认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用.”对这些科学探究能力的要求不能一蹴而就,这是一个循序渐进的过程,是一个由量的积累到质的变化的过程,它对学生的要求也必然要经历一个由简单到复杂的阶段.
  比如八年级学生探究物质的熔化,学生以现有的水平恐怕无法独立制定计划与设计实验,那么我们可以引导学生明确这个实验为什么这么设计,各实验器材的作用是什么,这样做也是非常必要的.又如,在探究不同物质的吸热能力时,学生这方面的能力相对来说就比较完善了,但学生未必能选出合适的、有对比性的研究材料,这时教师可以提供给学生水、沙石、煤油等实验材料.总之,在能力培养方面,教师不能墨守成规、教条主义,应该因时、因地制宜.要把握一条原则,从量上来讲,教师的指导是在逐步减少的,但从质的角度来看,教师的指导作用是从不曾削弱的.
  4“活动”之四:动手进行实验与收集数据,动脑分析与论证
  在这一环节里,学生往往会相对容易收集到数据,而教师有一点不要忽视,就是除了注意收集一些为我们教学所用的一些数据,也不要忽略另外一些数据,因为他们有可能形成一些新的问题,进行新的探究.比如,在探究物质的熔化时,实验中发现海波的熔点是42 ℃,为什么不是48 ℃呢?笔者启发学生注意教材上的交代,学生提出问题“是不是标准大气压上的问题”.接着探究液体的沸点时,学生又发现水的沸点是96 ℃,而不是大家所熟知的100 ℃,这又是为什么呢?学生又联想到了标准大气压的问题,笔者把烧杯加盖密闭,这时液体的沸点升高了.于是我们顺利地解决了物质的熔点、沸点受到大气压的影响这个问题.接着,笔者用推理的方法,水的沸点有没有可能比100 ℃还高呢?学生众说纷纭,笔者举了高压锅的例子,有些高压锅由于气压比较大,水的沸点高达120 ℃.
  另外,学生并不是做完实验就能直接发现其中蕴涵的科学规律的,要归纳科学规律,就要寻找数据之间的相互关系的特征.在初中物理中,这种特征通常表现为之和、相等、之差、乘积、比值等数学关系.这些数学关系只要我们适当加以引导,学生就会找出数据之间的数学关系,从而启发学生自己发现这些数据之间规律的过程,这是一个发展学生创造性思维的过程,也正是因为这种思维的启发和指导,学生才能总结出v=s/t、P=F/s、ρ=m/V等表示物质特性的关系式.
  5“活动”之五:评估交流,提高探究能力
  猜想的正确与否,实验验证固然重要,但实际物理实验不是物理模型,它涉及到很多意想不到的因素,给实验现象和数据带来偏差,导致不完善或不正确的结论.所以指导学生做好评估交流,去伪存真,获得探究成功,才能培养更深层次的探究能力.
  5.1积极动脑评估实验步骤设计是否合理
  实验步骤设计得不合理,将不可避免地产生失误.例如,在《测盐水的密度》时,笔者分给各小组相同的盐水,但测量结果有的组明显偏大,各小组又都坚持自己测得对,经过交流评估他们的实验步骤,发现测量过程中,有的小组是先测出空烧杯的质量m1,再测盐水和烧杯的总质量m2,用m2-m1得盐水的质量,然后倒入量筒测体积,这样做将使所测质量与体积不对应,因为烧杯壁上附着的一部分水倒不出来.有的小组是先测盐水和烧杯的总质量m,然后减去倒入量筒后剩下盐水和烧杯的质量m1,得盐水质量m-m1.经评估交流,纠正了不合理的步骤,提高了探究能力.
  5.2评估交流实验中系统误差带来的差异,提高探究能力
  实验中,器材不可能是理想中的物理模型,不可避免地存在摩擦力,存在电阻,自身重力等,使实验数据与理论计算有出入.例如理论上,动滑轮省一半力,即F=1/2G,但实验无论多么规范,实验数据都不可能得出F=1/2G,评估原因是动滑轮有重力,有摩擦,不可避免.再如,探究串联电路电压规律时,总电压与各灯泡电压之和,总有些误差,评估发现实验电线、灯座存在电阻,而理论分析通常忽略它们的电阻.通过评估,使学生对理论分析和实际实验有了更深刻的认识,为未来更高层次的探究积累了丰富的经验.
  探究不仅需要时间和空间,还需要探究者的顿悟,并不是所有的探究都能得到理想的结论,只要我们齐心协力、持之以恒,促进探究教学的顺利、健康发展,相信探究性实验一定能得到大力发展并取得成效.
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