高中物理论文促进学生创新能力的课堂探究教学实施策略的探讨

1、高中物理论文促进学生创新能力的课堂探究教学实施策略的探讨摘要目前正在开展新一轮的基础教育课程改革，为培养学生的科学素养和提高学生的创新能力，新课程改革积极倡导探究教学。根据探究教学理论和高中物理学科的特点，就探究教学各环节含义、教学目的和实施策略进行了探讨。关键词 创新能力； 探究式教学；实施策略课堂探究教学已形成了比较稳定的模式：提出问题、科学猜想、科学论证、结论交流、推广运用。在实施模式的每个环节过程学生和教师都面临着相应的任务与挑战，教师只有明确了这些活动环节的含义、目的及实施的方法与策略，才能引导学生并与学生一起顺利地开展探究教学。一、提出问题的实施策略1、提出问题的含义探究始于问题。

2、让学生在课堂上提出紧密教学的问题难度很大，提出问题常由教师代替。但由于提出问题对科学研究意义重大，正如爱因斯坦所说：“提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决问题仅是数学上或实验上的技能而已，提出新的问题，从新角度去认识旧问题，却需要有创造性的想象力。”这里提出问题是指学生对教师提供或创设的实践化背景、理性化材料进行思考分析，发现疑惑和困难及对原有理论的怀疑，用适当的方式表达出来。2、提出问题环节的教学目的和讲授课相比，目的在于培养学生的问题意识和提出问题的能力。具体为：能通过观察和实验发现认知上的疑虑；能在实验过程中对所用技术和方法产生合理的怀疑；能运用理论思维导致悖论和困惑；能自觉地提出

3、问题；能以适当的方式表述问题；3、提出问题环节的实施策略在传统的讲授接受教学法中，盛行的是老师问学生答，经过多年的训练，使学生养成了等待老师向他提问质疑的习惯，并在回答问题时力求遵循老师的提问意图和思路。目前学生对提出问题的普遍情况：由于畏惧不敢问，缺乏提问技巧不善问 。造成需要学生提出问题时，或不开口，或发散性很大与教学内容相关性很小的问题，影响到教学的顺利开展。策略是：前期采用指导型探究学习方式，由教师来提出问题，但渗透提出问题的方法，展示提出问题的思路，做好提出问题的示范作用。后期选择适当的教学内容对学生进行提出问题训练。实施的关键是做好两方面问题：（1）培养学生问题意识在认识

4、活动中，常意识到一些难以解决或疑惑的问题，产生一种探索的心理状态，驱使个体积极思维，不断提出问题和解决问题。课堂上可以利用实验、物理学史及结合自然现象或生活实践来创设形象、生动、直观的情境，也可通过设置认知陷阱或悖论来创设思维情境，制造矛盾激发思维来培养学生的问题意识。（2）教给提问方法在课堂上，教师从思考的角度、提问的方法、问题的形成过程及问题的层次等方面为学生做好示范。长期潜移默化，学生会由原来的被动提问变为主动提问；由模糊的问题意识提出明确的问题；由简单的问题到提出具有创新性的问题。常用的方法有：因果发问法学生有不明白之处常习惯性地问：为什么？这就是根据结果来寻求原因的因果发问。看似简单

5、，其实不然，问“为什么”只反映了学生已激发了好奇心、已引发了认知冲突，不一定为解决问题提供实质性的方向。必须对“为什么”提出更深层次的问题。如在牛顿第三定律教学中，人站在地面上和跳起时，地面对人的支持力和人对地面的压力一样大吗？认为前者一样大，后者不一样。对此可提出不同层次的问题：相互作用力一样为什么人会跳起？站在台秤上和跳起时观察示数为什么不同？什么是一对相互作用力，两种情况大小和重力之间分别存在什么关系？不仅要和学生一起欣赏这些问题，还让学生体会高水平问题的特点：正如海森堡所说的“提出正确的问题往往等于解决了问题的大半。”也就是说高水平问题应该为解决问题指明方向。学生真正体会到这点时，他就

6、会将“为什么”转化为揭示本质的问题。多角度思维法从不同的角度审视同一事物或现象，可以获得对它更全面更深刻的认识。如电磁感应一章的教学中，在研究了感应电动势的大小之后，很自然地要考虑感应电动势的方向。对于楞次定律，除了从阻碍磁通量的变化来描述，还可以从能量守恒角度与力的角度加以认识。多维相交法科学研究过程中当某领域研究得比较成熟后，该领域和其它的领域交叉或重叠区域往往是科学家拓展研究领域的首选目标；并由此诞生了不少新的学科，如天体物理学、地质物理学等。在课堂探究教学中多维相交法主要适用于应用知识分析解释现象或技术迁移应用时提出问题，如在学习了抛体运动规律后，如何利用相关知识来提高体育课上推铅球的

7、成绩和跳远成绩；学习了电表改装知识后，提出如何利用电表和电路来设计压力计、加速度仪等，学习光的直线传播和本影、半影后，如何设计出不影响医生动手术的无影灯。特殊化法通常是指从对一般性的考察转而面对特殊例子的考察。它在科学研究中的地位和作用，华罗庚教授说过：“这是一般的方法，先足够地退到我们容易看清楚问题的地方去，看透了，钻深了，然后再上去。” 在教材中就有不少：如匀变速直线运动之后的自由落体运动，简谐振动之后的单摆等。如学习光的衍射时就可以这样自然地提出问题：衍射是波特有的现象，一切波都可以发生衍射。既然光是一种波，那么它会发生衍射现象吗？如何才能观察到光的衍射现象？一般化法通常是指由某些特例抽

8、象、概括出某类事物的共同特性。如在法拉第电磁感应定律中，在实验探索出导体切割产生的感应电动势E=BLv和电流变化引起闭合电路产生感应电动势为E=ki/t两种特殊情形后，提出是否有能包括这两种情形的概括水平更高的表达式。找到特殊和一般的内在统一，融会贯通。二、科学猜想的实施策略1、科学猜想的含义探究教学中的科学猜想是学生面对所要解决的问题，在观察和实验的基础上，根据所掌握的科学知识和科学事实，经过思维加工，对未知的物理现象或过程的本质、规律所作的一种假定性的说明或解释。类似于科学假设，科学理论就是科学假设经过证实、修改、补充发展而来的，如量子力学理论就是建立在一系列正确的假设基础上的：普朗克的能

9、量子假设爱因斯坦的光量子假设玻尔的原子结构模型假设德布罗意的物质波假设。有些假设虽然是不正确的，但给后来的科学者以启发找到通往科学真理的道路。如汤姆生的“枣糕”原子模型虽然被粒子散射实验所否定，但启发了卢瑟福提出原子核式结构模型。2、科学猜想环节的教学目的让学生经历猜想过程有两方面目的：一可加深学生对该知识的认识，区别相似概念和澄清无关因素的干扰，如在单摆振动周期公式的学习中，学生根据自己的直觉总认为周期与摆球质量、摆动幅度有关，在传统教学中虽然把公式作为结论让学生背下来了，但到应用时常又受到摆球质量、摆动幅度的干扰，在探究教学中，通过学生自己的猜想，使错误的观点得到“顺应”，再经过实验的论证

10、，澄清了自己的错误认识，建构出关于单摆振动周期的新的认识，在实际应用中错误就更少了。另方面要让学生认识到猜想的重要意义和培养学生的科学猜想能力。3、科学猜想环节的实施策略（1）创设猜想情境，激发学生思维科学猜想过程是一个信息加工过程，课堂教学中创设适当的情境，一方面为学生提供丰富的相关信息，另一方面补充和完善学生的认知结构，是引导学生顺利完成猜想环节的有效策略。创设实验情境，指导猜想科学家往往是在观察和实验的基础上提出科学假设的。汤姆生在发现电子之后提出枣糕原子模型；卢瑟福在粒子散射实验提出原子核式结构模型。在课堂上，学生通过观察和实验会逐步发现事物间的联系或某一过程的规律，实验可为猜想指明方

11、向和提供依据。创设信息情境，启发猜想科学家不可能始终用实验来收集资料，很多时候是在了解别人研究进展情况使自己的思维受到启发。玻尔的原子能级模型就是在巴尔末氢光谱公式的启发下提出来的。在课堂中不仅受条件限制需要适当利用现成信息，更需要外界信息来启发思维。如在猜想万有引力与两物体之间的距离关如何时，教师向学生提供地球半径R、月球到地球的距离r(r=60R)、月球运动周期T、地球表面重力加速度等数据。学生运用圆周运动知识进行数据处理得出月球的加速a=r2=r(2/T)2=g/3600，得出a/g=(R/r)2，然后结合牛顿定律猜想到万有引力与两物体之间的距离平方成反比。创设思维情境，激发猜想图1学生

12、常以习惯先入为主来认识问题,分析问题时也会思维定势。在教学中，可以通过创设悖论思维情境，让学生在分析过程中陷入矛盾以此来暴露学生片面或错误的认识，并通过引导分析悖论产生的原因，来打破思维的僵局。如对于如何计算变压器副线圈的电流，学生习惯上不分具体情况套用公式I1n1=I2n2 , 为了突破定势，教师创设了如下情景：如图1，一台理想变压器原线圈匝数n1=2200,副线圈n2=360,n3=60,电阻R=100，已知标有“6V，3W”的灯泡L正常发光。试求变压器的输入功率和电阻R上消耗的功率。通过计算：灯泡的电流I3=0.5A，U3=6V，由公式：U1：U2：U3=n1:n2:n3,得U1=220

13、V，U2=36V，又据电流公式I3n3= I1n1、I2n2=I1n1得I1=3/220A，I2=1/12A。故输入功率P1=I1U1=3W。电阻R上消耗的功率P2=I2U2=3W。输入功率为3W，而输出功率（p2+p3）为6W，输出功率大于输入功率，显然与能量守恒矛盾。使学生的猜想重新激发。（2）提供猜想示范、教给猜想方法 “科学猜想方法实质上是一种创造性的思维方法。”策略是：在思维方法的指引下总结出常用的猜想方法，并通过猜想示范或剖析科学家经典的猜想过程教给学生。直觉、灵感、顿悟的方法此方法是指人们对情况的一种突如其来的领悟或理解。特点是片面的、跳跃的、猜测的。在科学发现阶段，科学家主要使

14、用此方法提出猜想。学生在学习过程中也常有：说不出理由，就是觉得应该这样的时候，这就是直觉思维。比如在折射定律的学习过程中，学生很自然地认为折射角随入射角增大而增大，而且是正比关系。课堂上可以通过利用实验创设情境激发思维，促进灵感的产生。因果方法从原因去把握结果的因果性原则，是牛顿科学方法论中四大原则之一。如牛顿把天上星体的运动和地上物体的落体运动归因于一种力万有引力，并用万有引力去表达这些运动的统一规律。归纳的方法归纳是从个别的或只具有一定程度一般性的知识导出一般性更大的知识。学生认识事物的思维和科学家揭示事物本质的思维一样，都是从一些简单的、常见的、熟悉的、特殊的开始，然后再拓展到复杂的、普

15、遍的、一般的情形。如电磁感应现象产生的条件就是从图2所示的三个实验来归纳得到的。图2演绎的方法演绎是由一般性的判断推出个别性的判断。教材中不少个别性的内容安排在一般性的原理之后，如自感现象、光的衍射等。利用此方法就很容易猜想到通电线圈在电流发生变化时会产生感应电动势，并猜想出感应电动势的方向；同样也容易猜想到光可以发生衍射及发生明显衍射时的可能条件。臻美的方法臻美的方法就是在研究问题的过程中，按照美学规律，对尚不完美的东西进行加工、修改以致重构的思维方法。法拉第电磁感应问题的产生，德布罗意物质波假说的提出等都与臻美法的运用有不可分割的关系。类比的方法是根据两个对象之间有某些属性或关系相似，而推

16、出其它方面可能相似的方法。它虽不严谨，却为科学研究独辟蹊径，其价值正如康德所说：“每当理智缺乏可靠的论证思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”库仑定律与万有引力定律类比就会使教学过程变得自然流畅：库仑力是两个带电体之间的作用力，万有引力是两个有质量的物体之间的作用力，通过类比，很容易由万有引力与两物体的质量、距离有关，猜到库仑力与两带电体的电量、距离有关；在实验论证之后，通过类比万有引力F=GMm/r2，进一步猜想库仑力F=kQq/r2。三、科学论证的实施策略1、科学论证的含义科学研究过程中“假说之后必定有验证的活动，通过验证才能成为科学理论。”通过检验性的测量、重复观察，或收集与同一现象有

17、关的不同种类的数据来验证，并经受各方面的质疑和调查研究。学生形成的猜想是否合理有效，也需要经过论证。2、科学论证环节的教学目的具体表现为：能通过多种方式收集信息，并能筛选信息；能运用实验方法收集证据；能验证猜想，完善新理论；能设计实验、制订实验方案。能选择实验的装置和器材；能运用实验数据处理方法（图象、线性化等）对数据进行合理的、创新处理；能分析实验误差原因，并能提出减小实验误差的新措施和方法；能得出概念、发现规律。3、科学论证环节的实施策略图3（1）明确论证方式和途径有理论论证和实验论证两种方式：实验论证具体程序如图3： 在课堂上由于受到条件的限制可用理论论证的方法，主要途径：一看猜想能否由

18、已有理论推理得出；如在猜想单摆的小幅度摆动是简谐振动后，论证方法就是根据力的分解证明出小球所受的回复力与位移成正比；二看猜想是否与已有的理论相矛盾；如在猜想弹簧振子的运动性质认为匀变速运动。理论分析不难发现：弹簧的长度不断变化，弹力不断变化，不可能作匀变速运动。三看猜想能否解释已知的事实和实验结果；如在猜想物体作什么运动时处于失重状态，学生认为只有向下加速时处于失重状态。可实验表明向上运动的物体也可能处于失重状态，可见猜想不准确，最起码不全面。（2）给学生自主的实验探究空间、培养实验探究能力物理学本身以实验为基础的科学，解决许多非常典型的物理实验就是科学探究的过程。和传统实验相比，它强调让学生自己在探索过程中获得能力。要注意两方面：实验过程中要突出学生的主体性教师为其实验创设条件，提供学生所需要的器材。对于如何做实验、收集数据、处理数据、实验会有什么结果事先都不清楚，主要靠学生依据自身原有的知识、技能与想像力，去探索、去发现，从中创造出一些对他们是全新的方法和发现全新的规律。以小组实验为基本形式探究性实验中不确定的因素很多，要应付和处理意料之外的事情也多，以小组形式进行实验比以个人形式进行实验更有利于