高中物理教学中创设探究式问题情境的策略研究.doc

高中物理教学中创设探究式问题情境的策略研究【摘要】高中物理新课程的基本理念是在课程目标上注重提高全体学生的科学素养，在课程实施上注重自主学习，培养科学探究能力。而探究性学习的核心是围绕“问题”开展科学的探索、研究。因此，教师在探究性的课堂教学中应创设有利于学生发问的“问题情境”，充分激发学生的探究欲望和参与情感。本文从创设问题情境在探究教学中的重要性出发，就创设问题情境应遵循的原则及具体的策略等方面进行了研究和阐述。【关键词】探究教学问题情境策略研究一问题的提出与意义交 流评 价发现问题提出问题进行猜想假 设拟定方案解决问题巩 固升 华在新的课程改革背景下，高中物理教学突出科学探究的学习方式，促进学生的主动发展。探究性学习的最基本程序是：其过程是围绕问题开展探索、研究，问题成了探究的核心，包括问题的发现、提出、研究和解决。物理学家海森堡说：“提出正确的问题，往往等于解决了问题的大半”；著名教育家陶行知先生曾经说过：“发明千千万，起点是一问”。可见发现问题、提出问题是探究问题的起点和开端，是解决问题的关键。那么如何才能培养学习发现、提出问题的能力呢？这就要求教师在探究教学中必须把学生要学习的内容巧妙地转化为问题情境。问题情境就是一种具有一定的困难，需要学生努力去克服（寻找完成任务的途径、方式），而又在学生能力范围内（努力可克服）的学习情境。教师创设一定的探究式问题情境是学生发现和提出问题的动因，其目的在于引发探究和思维的火花，为问题的探究和解决播下思维的种子。教师精心创设问题情境，可让学生从对问题情境的感知中激发强烈的问题意识和探求动机，然后通过积极的探究解决问题，从而发展其思维能力的创造性。因此创设问题情境在探究式教学中具有重要的意义。二创设探究式问题情境时应遵循的原则1问题情境的素材要有针对性必须对学生已有知识经验和教材内容进行全面的、科学的分析。要深入分析和挖掘教材内容中蕴涵着的能力价值和情感价值的知识，利用这些知识作为情境素材，创设问题情境，才能激发学生探究的兴趣。2问题情境要有方向性教师通过情境要把问题设在学生有疑之处，这样的问题才能引起学生的认知冲突，激发学生探究的兴趣。而问题一旦得以解决，学生就会有“柳暗花明”的感觉，有极大的成就感，从而激起进一步探究的欲望。3问题情境要难易适度难易适度的问题情境是引起学生探究，激发学生思维的重要条件。问题情境过于简单，不能激发学生探究的兴趣。问题过难，又会使学生感到力所不及，不知从何做起，可能会失去探究学习的兴趣。4问题情境创设时要留给学生足够的等待时间足够的等待时间能使学生提出问题的质量提高，猜测性提问和回答增多，推理活动增加，问题多样化，问题和回答的灵活性增大，学生学习自信心增大；学生特别是后进生的期望效应提高。三创设探究式问题情境的策略研究1创设策略之一：联系社会生活，创设探究式问题情境。新课程要求学生加强与生活、现代社会及科技发展的联系，关注物理学的技术应用所带来的社会问题，培养社会参与意识和对社会负责任的态度。因此教师在实际教学过程中要恰到好处地利用学生的生活事件和社会热点来创设探究式问题情境。【情境1】在电磁波的发射和接收教学过程中，可围绕生活中习惯的用手机打电话为例来创设探究式问题情境。师：大家都有过用手机打电话的经历吧。在通信如此发达的今天，不管你身在何处，只要带一手机，就可以和他人取得联系，是吧？不知这是怎么做到的？生1：通过电磁波吧？听说手机还有电磁辐射呢。生2：也不是任何地方都能打的，到了很偏的地方手机可能就没信号了。生3：是的，还需要一个信号塔（教师指出那叫基站）。我家那里联通的信号没有的，后来在我家附近建了那个基站后信号就非常好了。估计是手机发出的电磁波先被基站接收到后，它再把信号发送到其它的电话的。生4：有道理。我还认为手机还应该会有一套接收电磁波的装置，否则的话就听不到人家打来的电话了。生5：发射电磁波应该是用LC回路，接收电磁波应该也类似吧七嘴八舌，电磁波发射接收的情景在学生面前展开。因此用学生熟悉的生活事件，能很好的激发学生探究的热情，问题自然源源不断的涌现。【情境2】在能量守恒定律和能源教学过程中，可围绕能源危机和节能这一热点话题来创设探究式问题情境。师（请学生看图并指出）：能源危机是时下国际性问题，有的国家甚至为此大打出手，我国政府现在也一直在强调要搞节能经济、绿色GDP。不过根据我们刚才所学的能量守恒定律，既然能量是守恒的，不可能被消灭，好象我们没有必要节约能源吧。生1：不可能吧，从小就听说了要节能，肯定有它的道理。生2：节约可以降低成本。开车节省点油还可以省些油费。生3：不只是这样简单吧。如果全世界的石油都用光了，汽车就不能开了。生4：是的，汽油的化学能被用来开车，但燃烧完后变成了热能，虽然守恒，但这些热量散到空中了，不可能再用来开车了。（教师指出这叫能量耗散）生5：石油用完了，可以用其它的能源开车嘛，上次听到一种叫燃料电池车，用氢气的，还有太阳能汽车呢？（教师指出这些都属于新能源）生6：我也听说过，不过好象非常贵的，好象性能也还不够好。这些可能都要很久后才能完善吧，因此我认为要现实一点，该节约的还是要节约，否则到时就晚了因此老师在上课时，利用学生熟悉的生产、生活情境，以及所关心的热门科技话题提出问题，创设问题情境，引导学生进行探究，可以使学生认识到物理学的现实意义，使学生感到学有所得，学有所用，触发学生的情感和求知欲，更能提升学生探究学习的兴趣。2创设策略之二：运用差异性实验，创设探究式问题情境。差异性实验(discrepant experiment)是指结果出人意料之外的、与学生学习前概念或常识相违背的科学实验。这些实验展示的现象，能引发学生强烈的认知冲突，使学生头脑中产生各种各样的疑惑。在差异性实验中，要提供学生自主建构问题的时间，让学生通过思考、讨论和语言组织，提出相应的问题。【情境1】在自由落体运动教学过程中，可围绕物体下落快慢与所受重力无关这一难点，通过差异性实验来创设探究式问题情境。实验1：铁片（或钱币）与小纸片从同一高度同时下落，可看到铁片下落得快；（由于“重的物体下落快”这一生活经验存在于大多数同学的头脑中，因此安排实验1，让学生观察到“重的物体下落快”的现象，暴露学生原有的错误观点，欲扬先抑。）实验2：将小纸片揉成纸团再与铁片从同一高度同时下落，可看到两者几乎同时落地；（师：小纸片揉成纸团后，重量变吗？生：不变！师：那为什么纸片揉成纸团后就下落得快了呢？投石激波。）实验3：大纸片与小纸片揉成的纸团从同一高度同时下落，可看到轻的小纸团下落得快；（咦，怎么轻的物体下落反而快了呢？！学生惊讶不已。通过强烈的对比，激发起了学生探究的动机，促使学生积极地思考，从而主动跳出“物体下落快慢与重力相关”的思维怪圈，去分析现象背后的本质空气阻力的影响。再通过对空气阻力的分析，让学生意识到正是空气阻力的影响使得落体运动变得异常复杂，一时难以看清问题的本质，从而启发学生从简单入手，抓住主要因素重力，忽略、排除次要因素空气阻力，进而引出实验4。）实验4：毛钱管实验，可以看到在真空环境下，钱币和羽毛同时落地。（使学生建立起“忽略空气阻力时，同一地点任何物体下落快慢都相同”的观点。）上述演示实验各具目的、有机结合：实验1创设情境、引出错误，实验2提出问题、引起思考，实验3强烈对比、激活思维，深入分析、揭示本质，实验4解决问题、得出结论，一环紧扣一环，层层深入，把学生由对现象的感性认识逐步引向对本质的理性认识。S2L2S1L1S3L3【情境2】在闭合电路的欧姆定律教学过程中，为了让学生尽快扭转对电源的一些错误认识，建立电动势与内阻的概念，也可以通过一个差异性实验来创设探究式问题情境。师准备好演示实验：用串联的两节电池（每节“电压”1.5V）给三个并联的相同小电珠（如：装在电筒上的小灯泡），额定电压为2.5V的小电珠）供电。实验1：当只闭合开关S1时，学后们会观察到小电珠L1比正常发光稍亮些（让思考一下，这是为什么？学生们马上想到，这是因为电源的电压比一个小电珠的额定电压要大）。设问：若再闭合开关S2，小电珠L1的亮度会发生变化吗？请学生们先猜测一下，然后再做实验。（学生们马上会说：小电珠L1的亮度当然不变，因为电源两端的电压是不会变化的，而L1和L2是并联的，所以L1和L2两端的电压仍是电源电压，因此L1的亮度不会变化，这是初中科学教师说的，平时做题也是这样做的，平时考试甚至中考都是这样考的，还能有错？）实验2：闭合开关S2，观察小电珠L1的亮度。指出：实践是检验真理的唯一标准！物理是一门实验科学，我们还是赶快做实验吧！实验结果是：L1的亮度变暗。实验3：继续闭合开关S3，此刻，学生们马上会做出正确的猜测并观察到L1、L2的亮度在下降。整个过程中，学生们的心理过程经历了以下几个阶段：惊讶、怀疑；心理冲突；对新的东西产生抵抗心理；心有不甘的接受事实。进而在内心深处暴发出强烈的疑问：实际电源两端的电压可能会变化、可能跟这个电源本身有关等等问题。这样进一步的探究将在学生们强烈的求知欲驱动下深入下去。在用差异性物理实验创设让学生问题情境中，教师要善于“闭嘴”，把提出挑战性问题的机会让给学生，使学生逐步养成自主建构问题的意识与习惯。3创设策略之三：运用多媒体和DISLab，创设探究式问题情境。物理是一门实验科学，课堂内要可能多的通过直观的实验来展现事实情景，但对于一些抽象、不可见、难理解、难解释的概念、原理，利用信息技术和多媒体创设探究式问题情境，可以吸引学生的注意力，激发学生的探究兴趣。除了多媒体辅助教学外，利用最新的DISLab，也可以完成一些在传统高中实验条件情况下无法完成的实验，从而为在这些领域中创设探究式问题情境开辟了道路。【情境1】在多普勒效应教学过程中，在对多普勒效应成因的探究过程中，由于声波不可见，其空间想象又太抽象，故可通过Flash动画这一媒体手段来创设探究式问题情境。说明：已经通过小实验及一些视频了解了多普勒效应的现象。师：为何会出现这一现象（见截图），请大家来看下面的动画演示（人走波源静），从中观察发现你想要的问题和答案。生1（因为比较直观，容易发现）：靠近波源的人接触到的波数多，远离波源的人接触到的波数少。但这样听起来的声音会变化吗？生2：因为在同样的时间内，如果耳朵接收了更多的波，会使人耳感觉到声音的频率变高了，反之感觉变低了。生3：应该的确是种感觉而已吧，实际波源频率应该不会变。师再提供第二个动画（见截图），进一步探讨人静波源动的情况。从而利用直观的动画，实现学生的自主认识。【情境2】在电容器与电容教学过程中，可应用DIS创设探究式问题情境，从而为定量探究电容器的带电量与两板间电势差的关系铺平道路。说明：电容是高中物理学中一个重要而抽象的概念，长期以来，由于中学物理实验条件的制约，不能直接用仪器测定电容器的带电量，从而用比值的方法来抽象出电容的概念，也就成了一句空话。教材中常用的方法是类比法，在一定程度上降低了学生理解电容概念的难度，但仍然缺乏充分的证据。DIS探究电量Q：师（先做一个重要的铺垫）：待会我们要来应用图象，先让我们回顾一下，如何从一个图象中得到的尽可能多的信息（提供一个vt图象）。生：点的信息、线的信息、面的信息（速度图线和时间轴所围的面积数值上等于位移的大小）。师（装备好实验装置和DIS系统）：请大家注意观察，我先把开关打到1，对电容器充电。现在我把开关打到2，请观察电脑上采集的数据，发现所有你能获得的问题和观点。生1：显示的是It图线，看到电流在逐渐减小。生2（补充）：因为电容器在放电嘛，而且电量逐渐减少，当然电流逐渐减小了。生3：QIt，难道电流图线和时间轴所围的面积就是放电的电量吗？生4（反驳）：不会吧，这条图线中I不恒定，也不均匀变化。123QU关系探究生5：面积应该是电量。电流在变，但每一小段时间电流可以认为是不变的，在vt图象中好象也是这样研究的。生6：这个面积不好求吧，是不规则形状。生7：可以通过数所围区域中坐标纸的格数来求出这个面积，它就是电量Q。探究出测量Q的方法后，再把事先测定的电压U一并刻录在表格中。改变电压U，多测几组Q、U值，再让学生探究Q与U的关系，让学生自己找出定义电容的方法，能取得了良好的探究效果。4创设策略之四：利用新旧知识的联系，创设探究式问题情境物理学的理论体系主要由物理概念、物理规律等组成。物理概念反映了物理现象和过程的本质属性，而物理规律描述了物理现象和过程在一定条件下必然发生的本质联系。这些知识的联系也往往是物理教学时创设问题情境的素材。教学中可以利用物理知识的联系来引导学生对相关知识进行分析推理，以发现问题并提出问题。【情境1】在电场一章的教学过程中，电场本身的不可见和抽象性让许多学生产生畏难情绪。因此在实际的教学过程中，可以通过电场和重力场知识的对比，为学生创设探究式的问题情境，互相探究，来更好的了解场的特点。重 力 场电 场可 能 提 出 的 问 题重力场强度电场强度重力场强度也有吧？ 高度差电势差电势差也跟路径无关吗？重力做功电场力做功电场力做功也与路径无关吗？重力势能电势能电场力做功会等于电势能的变化吗？重力场线电场线可以用重力场线来描绘地球周围的重力场吗？等高线等势面电场中各点电势相等的地方也能形象描绘出吗？同样在学习磁场时，也可以加强跟电场知识的对照，互相促进。电 场磁 场可 能 提 出 的 问 题电场强度磁感强度可以拿一个试探电荷来探究磁场强弱吗？是比值定义法吗？电场线磁感线磁感线也是从N极出发到S极终止吗？【情境2】在光学一章的教学过程中，可以把光的反射、折射、干涉、衍射同机械波的反射、折射、干涉、衍射知识前后对比，为学生创设探究式的问题情境，互相探究，来更好的了解波的特点。（用右图展示，不再详述）类似的利用物理学知识的前后联系来创设问题情境的例子，在中学物理教学中比比皆是，教师要有意识地去发掘它们。5创设策略之五：通过科学模拟研究，创设探究式问题情境。学生学习物理与科学家研究物理是有区别的。中学生学习物理主要是通过学习前人发现的物理知识来掌握知识与技能，学习研究的过程与方法，培养情感态度与价值观。但是学习物理可以采用科学模拟研究的方法。利用这种模拟物理学家研究来创设学生发现问题的情境，可以使学生以研究者的角色进入学习，学会科学地看问题、想问题，逐步了解物理学的探究过程和方法。【情境1】在物质是由大量分子组成的教学过程中，如何让学生自己构建起测量分子直径这一微观量的方法是这节课的关键。为此我通过让学生通过科学模拟研究，来创设探究式问题情境。模拟研究：准备一小方盒油菜籽，让学生用刻度尺或量筒用不同方法估测油菜籽的直径。油菜籽师： 请用提供的器材，寻找各种能够测量油菜籽直径的方法，并为进一步测量非常微小的分子直径寻找可行性方案。（生交流总结提出方案）生1（方案1）：把50粒菜籽紧密排成一排，用刻度尺量其长度，再求直径；生2（方案2）：用量筒量出适量粒菜籽的体积，点出菜籽的颗数，先求出一粒菜籽的体积，再求出菜籽的直径；生3（方案3）：用量筒量出一定体积（V）的菜籽，把菜籽紧密地平摊成一层菜籽的矩形，再利用刻度测出其面积（S），最后由d=V/S算出菜籽的厚度，即菜籽的直径。生4（指出）：油菜籽易数个数、易排成一列，而分子太小了，没法这样做，因此方案1对测量分子直径没有意义。方案2需要点出个数，对分子而言，也无法实现。生5：方案3没这些要求，应该适用于估测分子的直径。原演示实验图通过这一模拟实验，使学生很自然的学会了测量微小的分子直径的方法，也增加了学生对探索微观世界的兴趣。【情境2】在电磁感应现象教学过程中，我把传统的老师演示实验改造为探究式的学生分组实验，用科学模拟研究的方法来创设探究式问题情境。提供器材：学生实验用G表一只，条形磁铁一根，1m长直导线一根（略粗些）。两人一套。教师提出探究的方向：使用桌上和手头现有器材，提出能使G表指针发生偏转的方案。图1生1发现：要偏转不是需要电流通过G表吗？那至少该有个闭合回路吧？（如图1）生2进一步发现：拿磁铁时，偶