初中物理探究性实验教学策略

初中物理探究性实验教学的策略和做法,陕西省教育科学研究所汪建满,现代科学教育观,科学教育除了应注重科学知识的传授和技能训练外，还应该重视对学生探索兴趣及能力、良好思维习惯和创新意识等的培养，使其树立正确的科学观，即从强调科学知识内容获取向理解科学过程转变，从强调单纯积累知识向探求知识转变的科学观。,以人为本，调整教育观教育的任务是为社会的可持续发展服务，为所有人的持续发展服务。关注教育能力。教育工作者的任务是创造适合学生发展的教育，不是选择适合教育的学生。,教学观问题因材施教（主要内涵饮茶原理-从人解渴到品茶，白开水-淡茶-浓茶；根据教学内容选择教学方法）,以人为本，调整教学观,教学活动应当从实际出发，为适应不同学生发展的不同需求服务。坚持共性教育与个性教育的结合。推进大班额背景下的个性化教学研究。坚持以为每个学生发展服务为目的的多种教学方法的综合运用。,帮助每个学生找到有效的学习方法是教师义不容辞的责任,重视常态教学研究；防止教学研究的看点化；正确对待课堂教学的流畅性。开展学法指导研究：“这个世界上没有不适合学习的人，只有一些人没有找到适合自己的学习方法”。,为什么要进行探究式教学？,这是一种费时的教学，但如果我们的目标是培养学生能创造性地解决问题和发现理论，那么这是我们所拥有的唯一方法。,科学探究在物理教学中具有重要意义,物理教育目标:培养全体学生的科学素养课程目标:知识与技能；过程与方法；情感态度与价值观物理课程标准中明确指出，科学探究既是一种教学方式，也是教学的重要内容，科学探究能力是学生必须具有的能力。科学探究是物理课程改革的一个明显标志，实施科学探究教学是培养学生创新能力的必经之路。,初中物理课程的价值主要表现,1.通过从自然、生活到物理的认识过程，激发学生的求知欲，让学生领略自然现象中的美妙与和谐，培养学生终身的探索兴趣。2.通过基本知识的学习与技能的训练，让学生初步了解自然界的基本规律，使学生能逐步客观地认识世界、理解世界。3.通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。4.通过科学想像与科学推理方法的结合，发展学生的想像力和分析概括能力，使学生养成良好的思维习惯，敢于质疑，勇于创新。5.通过展示物理学发展的大体历程，让学生学习一些科学方法和科学家的探索精神，关心科技发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观。,科学探究是素质教育对学生能力、态度、精神培养的综合载体和有效实践途径,通过科学探究内容设置使“过程与方法”的培养目标落实到实处。实现两个“转变”（从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化）“情感态度与价值观”的课程目标要通过科学探究来实现（培养学生科学态度和创新精神树立不盲从、不迷信、敢想、敢问、敢做、敢干标新立异的创新精神品质，养成尊重事实，重证据、重实践的科学态度。）,科学探究与方法和能力,科学探究必须要遵循一定的思维程序，因此，学生在探究过程中，探究的思维程序及其各要素得到很好的培养；同时，在探究的各个环节、要素的操作中还需要运用各种具体的研究、思维及解决问题的方法。如果一个人在遇到未知的事物要去发现，遇到新的问题要去解决时，他能够有意识地按照科学探究的步骤去工作，对于复杂问题能够有意识地用一定的方法去处理，那么他认识世界、解决问题的能力就会高得多。,探究的七个要素实际为相互关联的7种能力,1.提出问题，批判精神，敢于质疑，问题有价值2.猜想与假设，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。”3.制定计划与设计实验，培养学生严谨的实验思维4.进行实验与收集证据，训练基本实验技能和实验能力5.分析与论证，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6.评估，养成对于所做工作进行评估的好习惯7.交流与合作，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,新教材的变化,以往的教材以从“一般”到“特殊”为主，讲求验证；现在的教材则以从“特殊”到“一般”居多，讲求探究。旧教材以教师演示和学生实验为主，新教材以小探究和大探究活动居多，强调探究。旧教材字斟句酌给出物理概念、原理和规律，新教材让学生总结出物理概念、原理和规律，突出探究。实验报告过去是填写，现在是学生自主设计,物理实验教学的六大功能,丰富感性认识，提高学习兴趣；突破重点难点，理解物理概念；形成物理图象，认识物理过程；启发学生思维，增强探索精神；培养观察能力，掌握实验技能；养成良好习惯，学会科学方法。,实际中，实施物理探究性实验教学面临的种种困难和问题,现在的学校管理体制和教学条件（资源环境）是否有利于进行物理探究性实验教学？如何评价教师进行物理探究实验教学的工作？教师自身的科学探究能力如何？教师的综合素质能否实施实验探究教学？大班额条件下如何开展物理探究性实验教学？如何评价学生的物理实验探究能力？对科学探究教学重视不够，尤其忽略课堂教学中的小探究活动很多不利于物理实验探究教学的实际问题困扰着我们的老师。如何解决这些问题，需要一线教师和基础教育工作者去研究。,在这里，我们不去讨论教育行政部门和学校管理制度对教师进行实验探究教学的工作量计算等评价、保障、鼓励、管理问题，也不去讨论如何改善开展物理探究性实验教学的教学资源和教学环境（虽然这些也是关键问题），主要探讨交流如何进行初中物理探究性实验教学的策略和有效做法，如何培养学生的物理实验探究思维和创新能力，提升教育教学质量。,一、科学探究式实验教学的理论认识,1、理论基础：建构主义学习理论和初中生认知能力发展特点。2、教学设计：主体性、自主性、互动性、探究性、启迪性、针对性、多样性、渐进性、层次性、激励性、操作性、艺术性、和谐性和人文性。3、教学内容选择：符合课程理念和要求，体现课程本质，典型和骨干。4、课堂教学的组织：营造民主、和谐、宽松的教学氛围。5、教学过程的要素：自主、合作、探究。,二、通过观看课堂教学实录，开展物理探究性实验教学的策略和做法讨论和交流,观看力的概念建立课堂教学实录光盘，开展讨论交流-学生收获有哪些？教师教学设计有什么特点？最大特点是探究、引导。教师和学生要为探究性实验教学做的准备。老师备课中应关注的地方是，恰当提出值得探究的科学性问题，善于用简洁明确的疑问句启迪学生思维的闸门。探究性实验教学对学生发展所产生的综合作用掌握思维和实验方法，培养技能和能力，升华情感态度价值观。（若时间充裕，可再观看存在问题的探究性实验教学录像，进行点评交流和总结，分析探究性物理实验教学容易失败的几点原因，归纳总结探究性物理实验教学的大致步骤）,讨论,提升探究性实验教学的针对性、有效性、发展性等策略和做法。老师如何使学生养成良好的科学探究态度和习惯。将“自主、合作、探究”三种学习方式有机结合。针对出现的问题提出合理解决方法。形成科学有效的物理探究性实验教学策略，优化物理探究性实验教学模式。,培养学生使用基本仪器的技能掌握基本仪器的使用,是做好物理实验的基础,初中物理中,基本仪器主要有:温度计、刻度尺、秒表、天平、量筒、弹簧测力计、压强计、电流表、电压表、滑动变阻器等。物理课程标准要求学生学会正确使用仪器进行观察、测量和读数,要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练地、正确地读数、记录,并能对实验结果进行初步分析,培养学生掌控实验过程中采用的方法,重要的是科学方法,科学是思想的总结,认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大控制变量法,是普遍使用的,最为科学的方法。当研究一个物理量与多个物理量之间的关系时,往往先控制住其中几个物理量不变,研究一个物理量变化所产生.转换法、等效法、,探究性实验教学是一种低容量高密度思维的教学组织形式,低容量是指一节课内运用新概念、基本规律、技能、科学方法的多少高密度思维是指学生在一堂课上有较长的有意注意时间，并能充分地开展思维活动针对初中学生的特点，在课堂教学中，若比较多的采用探究性实验，让学生通过动眼、动脑、动手、动口去获取知识，“四动”进行学习，使各种感官受到刺激，就能延长学生的有意注意时间，促使大脑对各感官传输的信息进行综合分析，进而提高课堂教学的思维密度,探究性实验是一种效率高负担轻的中学物理教学活动,纵观初中物理所涉及的全部物理实验，其精确度要求不高，有的只要能表现出一些物理现象和事实就可达到教学目的。可以说所有初中物理实验除配备一定的基本仪器和必要器件外，都可以就地取材，自制仪器来解决进行探究性实验教学的形式可以根据教材、学生以及器材的实际情况，采用多种方式进行,探究性实验的教学功能,有利于调动学生的学习兴趣和积极性有利于学生理解和掌握知识有利于培养学生的实验能力和动手能力有利于学生掌握学习和研究物理的方法,实施探究性实验教学的策略,恰当地选择探究性实验教学的内容凡是与教学过程紧密结合，便于随堂进行并利于学生动眼、动脑、动手、动口，利于培养学生科学的实验方法和良好的实验习惯，利于发展他们智能的内容，都可作为学生探究性实验教学的内容。如探究钢球从相同高度的斜面上滚到粗糙程度不同的水平木板上时1、看到什么现象；2、为什么会有这种现象；3、假如水平面绝对光滑，即没有摩擦，这时我们能得到什么结论。,实施探究性实验教学的策略,用纸盒可以将水烧开的小实验，反复弯折铁丝后弯折处会发烫，“电流表”、“电压表”改为探究性实验，“用天平称固体和液体的质量”用天平称固体和液体的质量,对学生探究性实验仪器的准备要做到“五不、一保证”,仪器不宜复杂，操作技能要求不宜过高，实验规模不宜过大，一次实验所用仪器数量不宜过多，实验时间不宜过长；实验安全要有保证初中物理实验仪器一般都比较简单，多数实验都是定性的，有些定量的实验精确度要求不高。因此，大部分初中物理实验仪器都可以自制，可供选择的器材也很广泛。例如，没有平底试管，可用废旧的平底小药瓶来代替；没有弹簧秤，可发动学生用废钢丝绕制，没有溢水杯，也可以用在玻璃杯上套两个橡皮圈的方法代替；等等,引导学生积极参与自制教具学具的活动,为探究性实验教学提供了一定数量的实验仪器，为物理教学创设了良好的实验条件通过自制教具和学具，增长了才干，提高了动手能力,探究性实验课一般包含下列三个环节,设疑引学，辨疑解难，释疑巩固。“设疑引学”是教师通过一些物理现象和问题情景，使学生产生疑问，提出需要解决的问题和猜想。“辨疑解难”是要求学生对他们所提出的问题进行假设、猜想可能的结果是什么，然后教师指导学生讨论如何用实验进行探究，拟订实验方案，并在学生实验观察和测定的基础上开展小组或全班讨论分析。“释疑巩固”是在教师的指导下排除疑问，通过练习、应用和小结等来运用和巩固所学的知识,从探究过程中学会学习，学会思考，学会合作，学会探究,探究性实验教学模拟物理知识发现的原始过程，让学生受到物理思想方法教育，体验人类探索知识的艰辛历程，培养同学们崇尚科学的高贵品质和实事求是的科学态度初中物理探究性实验教学是一个教师与学生、学生与学生共同探究的教学环节，重视师生交往中的情感因素，用自己对学生的深厚情感去引发学生积极的情感交融，营造融洽、宽松、平等、合作的气氛,组织探究性实验教学中的一些做法,一、创设问题情景，让学生探究：“导体电阻与哪些因素有关”。问题情景1：先在课桌上放置两种不同规格的灯泡“220V100W”和“220V15W”，比较它们在正常工作时的亮暗情况，初步思考造成这一结果的原因？问题情景2：让学生去观察、比较两个灯丝的外部特点，猜想一下导体电阻的大小与哪些因素有关？问题情景3:如何设计一个实验证明你的猜想的正确性？实验中需要哪些材？问题情景4:想象一下导体的电阻还可能与哪些因素有关？在教师引导下进一步研究电阻与温度的关系。,在设计问题情境时最好能体现“五性”：“挑战性”、“趣味性”、“开放性”、“差异性”、“实践性”,对于对于问题情境中所隐含的“问题”，不要简单地直接给出，应该让学生在学习实践活动中自己去发现、去提出。学生自己发现问题更贴近其思维实际，更能引发其探究。,二、自主建构，让学生自主探究实验方法,学生是以原有的知识经验为基础，对新的知识信息进行加工、理解让每个学生根据自己的体验，用自己的思维方式自由开放地去探究，去发现物理知识的形成过程在新知识学习过程中，教师无法代替学生自己的思考，更代替不了几十个有差异的学生的思维让学生在自主探究的学习过程中获得科学探究的方法，从而增强学生的自主学习意识,培养学生的主动探索精神和创造能力,三、联系生活应用，让学生做释疑或创新设计,教师要引导学生善于到周围的物理世界去观察，去思考，去实验课外自主设计实验，是对课内实验的延伸和补充,从身边所见所闻的物理“有趣现象”入手，进行适当琢磨，有利于发挥学生学习物理的积极性和主动性,并能激发学生探索物理奥妙的兴趣，培养学生思维能力和创造精神,对养成爱观察，爱实验的习惯有很大作用,家庭照明用电,为什么同一盏灯在晚上有时较暗?,设计了这样一个小实验:让一个小型变压器副线圈干路上接一个小电阻(干路电阻)，再并联几个相同小灯泡，然后依次开启灯泡，分别让一个灯亮，二个灯亮，三个灯亮，四个灯亮时，.观察灯泡亮度情况，并联的灯越多，灯越暗通过对这一现象的定性分析,学生把家庭用电的“电灯较暗的时间各家各户的用电高峰期电路中总电阻的变化总电流的变化各部分电压的重新分配每一盏灯的电压变化”等联系起来了,一线的老师碰到的困难很多实验仪器、资料等内容建设远滞后于课程改革,靠教师去适当改进,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,精心设计学案，把教学过程设计为学生探究新知识的过程,心理学的研究和教学实践表明，初中学生有一定的观察能力、实验能力和思维能力，但分析判断能力还不成熟，自主性还不强，因此还需要给予正确的指导学生在实验探究之前必须深谙实验的原理，熟悉实验器材的功能与应用，有明确的实验目标。学生根据学案中的探究思路进行实验，而不是完全放手任由学生操作,教学设计,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，对预期结果做出估价。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,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经常令教师为难的问题,1、教学分析阶段老师必须对新教材作深入的纵向了解，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。,2、教学策略的选择与设计阶段,（1）教学策略的选择、设计及实施过程的一些注意事项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。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际生活中的用品或现象；又或让学生到户外进行实验。,（1）教学策略的选择、设计及实施过程的一些注意事项,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，具备有较强的动手能力。同时要确保实验仪器的正常使用和备用。让学生在上课前明确仪器的管理规定。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它信息。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。上探究性实验课最好是两个课时。,（1）教学策略的选择、设计及实施过程的一些注意事项,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“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滚下过程的速度时，数据显示为减速运动，老师稍作引导，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。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。制定评价标准，做好各名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。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，同时也必定能更好的激发学生的学习热情。,三、简析近几年陕西省中考探究性实验题，讨论对物理探究性实验教学指导和启迪,例1：（04年）31题在学校的学习生活中，课桌与我们朝夕相处，那么，你是否知道课桌所用材料的体积有多大呢？某木工房新做了一批简易木制课桌,请你运用所学物理知识，选择恰当的工具或器材,设计一个方案来测定一张这种简易课桌所用木料的体积(方案设计应该科学合理，不能损坏课桌)。,例2（05年）在“保险丝熔断与哪些因素有关”的探究活动中，同学们猜想：保险丝的熔断可能与保险丝的材料、熔点、粗细、长变、电路中的电流大小、通电时间等因素有关接着，他们分小组合作进行实验探究实验器材有：电池、导线、开关、电流表、滑动变阻器、保险丝等(1)某小组选择“保险丝熔断与保险丝粗细的关系”进行实验探究图示为同学们设计的实验电路图表一为同种材料、不同规格的保险丝，他们应该从表中选择代号为的保险丝分别接入电路中AB、CD两处进行实验比较,表一,代号规格abCdef长度lcm343434截面直径dmmO200.200.29O290.400.40实验中发现：由于保险丝较细不易观察到保险丝何时熔断，同时，大家也想知道粗细不同的保险丝熔断电流大约是多少于是，对电路进行了改造，完善了设计实验方案请你在虚线框中画出改进后的实验电路图并简要写出实验方法实验方法：,(2)表二为同种材料保险丝的部分参数表二截面直径dmm额定电流IA熔断电流触截面直径dmm额定电流IA熔断电流胜0.351.252.50.461.853.70.361.352.70.522.004.00.401.503.0请你分析上述表格中数据特点，归纳出其中的规律(写出两条)；。写出一条使用保险丝的注意事项。考查学生设计和改进实验方案、应用控制变量法进行科学研究的科学探究能力，避免了机械考查探究环节，对教师教学方式的改变具有一定的导向作用：一定要引领学生经历一些典型科学探究活动以提高他们的科学探究能力。,例3(05年副题)某班同学在进行“探究不同物质的导电性能”的实验时，发现铅笔芯能够导电对“铅笔芯的导电性能与什么因素有关”大家进行了猜想：可能与铅笔芯的长度、横截面积、类型、温度等因素有关大家决定进行探究下表是同学们收集的不同类型铅笔芯，供实验时选用(表中a1、a2、a3分别为铅笔芯代号)(1)小华和小组同学选择了“铅笔芯的导电性能与铅笔芯类型的关系”进行探究，他们实验时应该挑选的铅笔芯代号是,长度cm48截面直径mm0.70.90.70.9类2Ba1a2a3a4HBblb2b3b4型2HClC2C3C4(2)请你和他们一起设计实验方案实验器材：电源、导线、开关、电流表实验电路图(请画在虚线框内)：实验方法：,(3)小华经过多次实验后，得出导电性能由强到弱的顺序依次为2B、HB、2H于是他查阅了相关资料：铅笔芯是用石墨和黏土混合烧制而成的它有17种硬度，从软到硬的排列顺序是6B9H，如图所示你从图中可知导电性能最好的铅笔芯是；其原因是(4)铅笔芯的主要物质是石墨，石墨在日常生活、生产中有许多应用请你写出一个利用石墨导电性能的实例。,四、创新实验，提高探究性实验教学的效果,创新实验技术-显示并观察到入射光、反射光、折射光经过的路径,完善实验原理,教材中用海波和松香来做实验，进行晶体与非晶体熔化的对比，缺点是：取材远离生活，学生不了解，感到生疏；且实验仪器多，实验时间长，熔化时间短，不易控制。现在苏科版利用冰和蜡来做实验进行对比，取材方便，学生了解的多。但课本图示中，不给冰加热，而用火焰给蜡加热，如图。会给学生带来理解上的困难，有学生说：“不给冰加热，它熔化时温度当然不变，给蜡加热，它熔化时温度当然要升高”。这就是实验原理不完善，导致学生理解出现偏差。为了解决这个问题，我把这两个实验放在相同条件下进行，即都用水浴加热，都用酒精灯给烧杯中的水加热。当然为了由实验数据而得出正确的结论，烧杯中的水量和水初温的控制是关键，实验前要多次试验，直到最佳。,改进传统实验,加压液化的实验是个经典实验，用滴管把适量乙醚放入大号玻璃针管内，活塞拉出2/3，用夹子夹紧乳胶管使其密封，实验时压活塞，在管壁上有明显液体出现。问题是针管的密封性很差，乙醚挥发性很强，活塞下压时乙醚就会从活塞周围跑出来，最后满教室都是乙醚味，而且到每个班上课都要加乙醚。乙醚对人体有麻醉作用，为了保护环境，关爱生命，减少乙醚的逸出，我一直在考虑如何改进这个实验，最后发现在实验中可以改用薄壁可乐瓶加乙醚，课前在瓶中加入乙醚后，摇一摇，放掉一些空气，再拧紧瓶盖，上课进行演示实验时挤压瓶子（拧瓶子更易变形），在内部瓶壁上就会出现液滴，效果很好又省时，而且可以在许多班级进行多次实验,增加实验，提升学生学习趣味,水顶乒乓球，用打气筒缓缓向可乐瓶内打气，细管中有水喷出，在水柱上放乒乓球，就会看到乒乓球转动而不掉下来。在讲大气压的利用实例时，经常提到离心式水泵，讲课时利用如图实验