物理探究式实验教学设计

物理探究式实验教学设计
彭利勇
摘要：探究教学是一个以学生为主体，教师为主导的教学方式，在这个教学活动中，科学探究不仅作为一种教学方式呈现，而且还作为一个目标向学生提出，在这里学生提升的不仅仅是知识和技能，还有其他过程方法和能力，而且他们的态度、情感和价值观也将在此积极体现。

本文就中学物理实验课程探究式教学及其课程设计进行了粗浅的探讨。

关键词：物理实验探究式实验教学设计
一、物理实验的特点及教学中的作用
物理是一门以实验为基础的学科，实验是物理教学的重要组成部分，物理教学应该紧紧扣牢实验这一学科基石，着力启发学生的创新意识、探究意识，培养学生的创新精神及动手能力，造就敢于创新、善于创新的高素质人才。

中学物理教学必须以实验为基础，这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用来决定的。

1. 实验能为学生学习物理提供符合认识的环境。

在学习物理过程中，要形成物理概念和认识物理规律。

首先必须要有一定的感性认识，这种认识可以来源于学生的生活环境，也可以来源于实验提供的物理事实。

运用实验则可以提供精心选择的、简化和提炼的素材，它能使学生对物理事实获得明确，具体的认识。

2. 实验能培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知愿望。

强调实验对培养学生学习兴趣的重要性。

主要原因：a.实验具有真实、形象、生动的特点，尤其对中学生有很强的吸引力，极易唤起他们的知觉兴趣。

b.实验是一种有目的性的操作行为。

学生在观察的基础上很自然会产生一种自己操作的欲望，让学生动手实验，从而发展学生的认识兴趣。

3. 实验是发展学生能力和使学生得到科学方法训练的重要途径。

实验可以培养观察能力和手脑并用能力；与此同时，在大脑中抽调出储存的有关信息，进行更深入的思维加工，从而加强了思维能力的培养；此外，把思维加工的结果以语言和文字的形式表达出来，又培养表达能力。

在实验过程中蕴藏着极其活跃的因素，能够活化学生学到的物理知识。

4. 实验有利于培养学生良好的道德素养和科学作风。

综上所述，实验在完成物理教学任务中占有非常重要的地位。

我们必须从培养社会主义现代化建设所需要的有个性特征的全面发展的人才的高度来充分认识实验教学的意义，切实改变某些不重视实验的旧观念，始终坚持以实验为基础的教学方向。

二、实验教学的几种常见形式
1.演示实验。

演示实验是物理课堂中最基本的实验，因此实验应确保成功，简易方便，可见度要尽量大，现象要清楚。

在实验进行中要注意讲解配合，引导学生观察，启发学生归纳推理。

例如：微小形变的观察，教师从不同方向挤压椭圆形的玻璃瓶，让学生观察玻璃管中液面的变化。

2.随堂实验。

这种方式能使学生听、视、动、思，同时激发兴趣，但需要的器材也比较多，可以因陋就简，发动学生用生活用品和自制教具。

例如：在讲惯性的时候，可以让学生自带重物和纸张，通过学生自己动手来看清楚急速拉纸和缓慢拉纸重物的运动
3.学生分组实验。

学生在实验室中，用几乎一节课的时间自己动手完成预定的实验任务，教师在课堂上巡回指导。

学生通过实验学习基本仪器的使用，学习基本的测量、观察技能，并尝试处理实验数据，进行误差分析，独立写出实验报告，使实验能力得到全面培养。

例如：验证机械能守恒定律，通过准备、操作、总结三个阶段，学生自己动手来完成实验。

4.课外实验。

这是物理实验的一种补充形式，对一些需要用较长时间的观察实验，或不能在课堂完成的实验是极有用的。

在某种意义上更有利于培养学生创造思维和独立工作能力。

例如：制作水果电池，测出金属之间的电压和正、负极。

还有电压与金属丝和水果之间的关系。

以上四种实验形式都是物理教学必不可少的，在整个物理教学不可能只进行其中单一的实验方式，我们应当针对不同的课题选择合适的实验形式，以取得最佳的教学效果。

三、探究式实验及实验探究各要素的作用
探究性实验是通过探究某些物理现象的内在规律，提出经验公式或者某种假说，再经过理论探讨逐步完善，而发展成为某些物理规律。

在经典物理发展中，伽利略的斜面实验、胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验等都为经典力学提供了实验事实，并在此基础上建立了新规律。

在电学方面，库仑定律、欧姆定律、法拉第电解定律和电磁感应定律等的建立，也无一不是在大量的探究实验中做出来的。

高中物理课题研究中的实验探究，特别强调探究性实验。

但是这里的探究性实验不是致力于去发现新的物理现象和物理规律，更多的是已有物理现象的再认识，已有的物理规律的复现。

也就是说，这些物理现象和物理规律是已经存在的，但对高中生是未知的或者知道一些说法但是具体的规律不清楚的。

探究性实验也不是要让学生去掌握和运用物理现象和规律，而是在探究、发现这些现象和规律的过程中体验物理实验的方法，获得亲身探究的经历，丰富自己的情感和学习方式，培养创新精神，提升学习的质量。

新课标指出科学探究含有一些主要的要素，如提出问题、猜想与假设、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。

在前面提到的四种实验形式中，最容易体现探究全过程的是分组实验。

在探究活动开始时可以设置各种问题情境，引导学生发现新的物理情景与已有知识的问题所在，从而提出问题。

学生自己在学习中发现问题是至关重要的，当学生提出有价值的问题时教师应该因势利导，让学生知道什么样的问题有价值，这对培养学生发现
问题的兴趣，养成提出问题的习惯都有好处，可以使学生树立科学的批判精神，敢于质疑，这是帮助学生尽快步入自主学习轨道的好途径。

当学生提出的问题无价值或者大相径庭时，也不要随意否定，而是要积极引导、鼓励，这样有利于保护学生的学习积极性。

在实验过程中，猜想对于初中生来说是最为宝贵的。

猜想过程是学生思维极其活跃的过程，它容易突破传统思维的框框，并时而迸发出创造思维的火花。

牛顿说：“没有大胆的猜想，就不会有伟大的发现。

”某一物理过程将会产生什么物理现象，或物理现象的背后隐藏着什么物理规律，我们可以在实验之前引导学生大胆猜想。

猜想是培养想象力的手段，物理学家们正是对某些未曾发现的现象，未曾认识的领域大胆猜想，不断探索验证，才使物理规律显现出来。

同样，课堂教学缺少了猜想，我们的教学过程将变成非常简单的知识展现和输入过程，能力的发展和科学素质的培养将无从落实。

制定计划与设计实验在于培养学生严谨的实验思维。

进行实验与收集证据是科学探究的重要环节，是学生训练基本实验技能和实验能力主要部分。

学生对取得的实验数据和相关信息后，通过分析和论证能够使学生在描述、解释探究结果以及推理等方面的能力得到充分的训练和提高。

教师必须强调实验结束后对实验结果进行评估的重要性，使学生养成对于所做工作进行评估的好习惯，也有利于严谨的、科学的研究方法、态度的形成。

学生通过交流合作使书面表达和口头表达能力都得到了很好的锻炼，并形成良好的团队精神，有利于学生在现代社会生活和科学工作中较好地和他人或团体间交流合作。

四、探究性实验教学存在的一些问题及解决方法
探究性实验就是让学生从问题或任务出发，通过形式多样的探究活动，以获得知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式。

由于传统教学思想在我国根深蒂固，所以教师在进行探究性教学过程必定会碰到一些问题或困难。

以下是对一些常出现的问题及其解决方法的讨论。

第一，学校领导和教师观念的转变，甚至是学生思想观念的转变对探究性教学的开展极其重要。

即使初二学生都是刚接触物理的，但很多学生表示对于新教材的学习不知如何下手。

因为现在的物理课本内容越来越贴近生活，走出了从前纯理论的课本，同时又给学生造成了误区：这是学物理知识还是学生活常识？所以教师要花大力气来使学生走出这个误区。

第二，实验探究教学需要大量的实验仪器，这点在省重点中学尚未能做到应用自如，更加难以在普通学校推广（特别是很多农村中学）。

因此，为了更好地进行探究性教学，教师必须学会善于利用身边的物品，尽量用一些普通的物品来进行实验，也可发动学生自制来解决仪器不足的矛盾。

例如：通电螺线管我们可以用铜丝或铝丝缠绕在铅笔心上代替。

第三，在考试制度及升学制度未能作出相应的调整前，学校的教学不可能花大力气来搞实验探究教学。

因此各种制度应和教学同步进行改革，特别是评价制度的改革势在必行，以适应教学改革的需要。

第四，教学要求是实验设计的出发点和归宿点。

由于国家教育发展不平衡，地域辽阔、人口众多，经济发展不平衡，城市与乡村差异大，因此设计的实验内容应当是多样的，这需要教师要因地制宜，以人为本，谋求适应本地的教学设计。

第五，目前普通一个班的人数不少于50人，这使一个教师无法照顾到每个学生。

因此，大班制不利于探究性实验教学的开展。

学校应逐步缩小班级人数以适应新课程教学的开展。

第六，让学生进行探究性实验，并不是说让学生把在长时间内得出的规律在一两个课时内通过实验探究去获得。

因而要想取得预先的教学效果，适当的思路引导还是必要的，关键在于对引导的程度的把握。

如果提示过于简单的话，学生可能会无从下手，对着仪器摸了半天还不知道要干什么；如果说明过于详细的话，就与传统的实验没什么差别了，学生变成了看一步做一步，而不是自己思考，自己动手，自己解决出现的问题了。

例如：探究串联电路中的规律，在学生认识了什么是串联电路的情况下，让学生大胆的猜想或假设串联电路中各灯泡的电流和电压情况，然后，通过自己动手实验来验证自己的猜想或假设的正确与错误。

因此教学要以学生的发展为本，既需要学生的自主探究，也需要教师的指导，二者互相联系，互相作用。

作为一名物理教师，在物理教学过程中，要营造融洽、宽松、平等、合作的气氛，激发学生学习物理的浓厚兴趣，使学生在学习物理时乐于探究。

五、物理探究式实验教学设计
教学设计是实现教育目的和目标的手段或工具，是决定教育质量的重要环节；课程改革不仅是教育改革中最关键和敏感的部分，同时也是教育改革的突破口。

何谓教学设计（Instructional Design）?教学设计专家格斯塔费森（K.L.Gustafson）指出，“教学设计”这一术语被用以描述包括分析教学内容、确定教学方法、指导实验和修改以及评定学习的整个过程。

布里格斯（L.J.Bichey）认为“教学设计是分析学习需要和目标以形成满足学习需要的传送系统的全过程。

”瑞奇（R.Richey）进一步认为，教学设计是“为了便于学习各种大小不同的学科单元，而对学习情景的发展、评价和保持进行详细规划的科学”。

可见，格斯塔费森倾向于从过程的角度对教学设计以定义，这与西方教学理论界另一个常用的术语“教学开发”（Instructional Development）更加相近。

布里格斯和瑞奇更是根据系统的特性，描述了教学设计的特征，既系统性。

我国学者认为教学设计是指“对整个教学系统的规则，是教师教学准备工作的组成部分，是在分析学习者的特点、教学目标、学习内容、学习条件以及教学系统组成部分特点的基础上统筹全局，提出教学具体方案，包括一节课进行过程中的教学结构、教学方式、教学方法、知识来源、板书设计等。

”或“教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论和传播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题、确定教学目标、建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程。

”也有学者认为：“教学设计是为了达到一定的教学目的，对教什么（课程、内容等）和怎么教（组织、方法、传媒的使用等）进行设计。

”
尽管对教学设计概念界定的不同，但教学设计的过程实际就是为教学活动制定蓝图的过程。

通过教学设计，教师可以对教学活动的基本过程有个整体的把握，可以根据教学情景的需要和教学对象的特点确定合理的教学目标，实施可行的评价方案，从而保证教学活动的顺利进行。

另外，通过教学设计，教师还可以有效地掌握学生学习的初始状态和学习后的状态，从而及时调整教学策略、方法，采取必要的教学措施，为下一阶段的教学奠定良好的基础。

凡事“预则立，不预则废”。

教学设计主要是指教师在备课过程中，用系统方法把各种教学资源有机地组织起来，对教学过程中相互联系的各个部分的安排作出整体计划，建立一个分析和研究的方法，制定解决问题的步骤，对预期结果作出估价。

实际上，所谓教学设计，也就是为了达到教学目标，对“教什么”和“怎样教”进行的规划。

我们可以将教学设计的全过程划分为三个阶段：教学分析阶段、教学策略的选择与设计阶段和教学设计结果评价阶段。

在进行探究性实验教学过程中，时间安排和教师对学生引导程度的把握是较常令教师为难的问题。

在本文的物理探究性实验教学设计中针对以上问题设计了教案并做了较为详细的阐述。

（一）教学分析阶段
教师必须对新教材作深入的纵向了解，还要与旧教材在内容深度安排、内容顺序编排、实验和作业等方面作横向比较，以期达到最佳的教学效果。

（二）探究性实验教学策略的选择与设计阶段
教学策略的选择、设计及实验过程的一些注意事项。

第一，探究性实验的设计应该从教学实际和学生的实际出发。

根据学生的学习水平制定相应的探究学案。

学案应遵循由易到难的原则，逐步加大探究力度。

另一方面，实验的内容应该能激发学生的兴趣，联系生产与生活实际，才能更好激发学生的探究热情，开拓学生的思维。

例如，在课堂上探究通电螺线管的磁场是什么样的，而在课外可以让学生自行研究制作电磁铁。

第二，根据探究程度不同要求，可让学生在课堂按预习的内容做实验，以得出一些简单的规律或解决学案上的问题（重点不在于一定要得到正确的答案），或让学生预先在家里做简单的实验，仔细观察并按学案作记录；或在课堂上利用简单的仪器模拟一些实验生活中的用品或现象；还让学生到户外及家中进行实验，前面提到的惯性小实验就可以采用这些方式。

第三，根据学校情况利用好实验仪器，尽可能通过简单的实验去得出概念，发现规律。

在这里要求教师了解大量的物理小实验，具备较强的动手能力，同时要确保实验仪器的正常使用和备用。

例如：示波器的使用，打点记时器的运用等操作性或理论性较强的实验，学生对仪器的使用或对理论的理解把握不住，运用不当，要及时指出。

第四，在学生实验过程中，教师应在教室里四处走动，与各小组进行交流。

倾听学生的问题和想法，不时评价他们的探究进程并确定适合学生学习的下一步计划。

必要时，教师可让学生暂停实验，通过演讲、示范或讨论等形式提供其他信息。

第五，注意把握好时间的安排。

由于这是一种新的教学方式，学生不一定能够完全适应，故学生预习与否、纪律情况、仪器质量问题等方面都能够影响到实验的进行情况，探究性实验课最好是两个课时。

第六，注重实验结果的评估。

可以引导学生通过已有知识和经验或根据生产和实际生活的常识对实验结果进行评估。

如在研究“速度的变化”的户外实验中，有个别组的学生在测量小球从斜坡滑下过程的速度时，数据显示为减速运动，教师稍作引导，学生基本上能够迅速反应出该组数据是错误的，并说出了造成出错的几种可能性。

第七，要求学生做好数据记录和课后的实验报告，规范报告形式。

这对于学生养成良好的实验习惯有积极的作用。

第八，制定评价标准，做好每个学生实验情况的登记。

评价标准是
影响学生探究热情的因素。

教师在合理安排探究实验的同时，要设法让学生从探究实验中更多地得到教师的鼓励。

从活动的过程中去评价一个学生，不简单地以成败论优劣。

最好在学期的成绩评定中，兼顾传统考试和平时学习过程的情况，以增强学生对平时的学习、探究过程的重视程度，提高学生参与探究活动的动力。

如何对学习过程进行评价？主要通过小论文、小制作、电脑制作和图片制作，以及传统作业等的完成情况进行评价。

目前在教改中提到的评价方式主要也就是以上几种。

第九，将优秀的作业、作品在年级展示。

这是对学生劳动成果的肯定，同时也必定能更好地激发学生的学习热情。

（三）探究性实验教学评价阶段
传统的教学模式中，教师对学生的评价方式主要是通过书面作业和考试，靠分数决定学生过去学习的情况，这种单一评估方式在全新的学习模式中已不再适用，笔试只是评价学生学习的方式之一。

国外探究性教学的评价一般以自我评价为主，学生在自我评价报告中阐述自己在研究过程中的得与失，自己在各个方面的收获，如“我学会了什么”“我掌握了什么方法”“今后我准备如何改进自己的研究工作”等，这些可能是评价中最精彩的部分。

对探究性教学在评价理念上要更重视过程、应用及全员参与，具体应如何对学生在一堂实验探究课中学习情况进行评价？根据新大纲的评价标准制定相关的评价量表，量表必须能够体现客观记录学生在观察现象、提出问题、做出猜想和假设、收集信息和处理信息、交流的能力及在物理实验、小论文、小制作和科学探究等活动中的表现，从中了解学生的学习情况。

既要考虑评价指标的科学性，又要考虑评价操作的可行性，可以采用定性和定量相结合、精确和模糊相结合的评价方法。

六、探究式实验设计与案例分
科学探究是新课程标准所倡导的，符合学生发展特点的一种学习方式。

所以在注重学生学习的主题地位的同时，教师通过创设情境引导学生收集资料、提出问题，并适时地启发学生，引导学生经历“设计实验——进行实验——分析论证——评估——交流与合作”科学探究过程，下面的课程设计就很好的体现了这个过程，让他们在实践中学习物理、理解物理，体验物理，体现了“注重全体学生的发展，改变学科本位的观念”和“注重科学探究，提倡学习方式多样”的课程理念; 注重引导学生把课堂学到的知识和方法应用于实践之中，下面课程设计的第八步就让学生切切实实产生“生活中处处有物理”的感受，既培养了学生的物理应用意识，又提高了解决问题的能力，体现了从生活走向物理，从物理走向社会的课程理念。

在讨论了“物理探究式实验”的理论基础上，本人做了如下设计：
科学探究是新课程标准所倡导的，符合学生发展特点的一种学习方式。

所以在注重学生学习的主题地位的同时，教师通过创设情境引导学生收集资料、提出问题，并适时地启发学生，引导学生经历“设计实验——进行实验——分析论证——评估——交流与合作”科学探究过程，下面的课程设计就很好的体现了这个过程，让他们在实践中学习物理、理解物理，体验物理，体现了“注重全体学生的发展，改变学科本位的观念”和“注重科学探究，提倡学习方式多样”的课程理念; 注重引导学生把课堂学到的知识和方法应用于实践之中，下面课程设计的第八步就让学生切切实实产生“生活中处处有物理”的感受，既培养了学生的物理应用意识，又提高了解决问题的能力，体现了从生活走向
物理，从物理走向社会的课程理念。

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