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刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

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“问题导引探究”教学模式 在高中物理实验课教学中的应用

【作者】 陈广宏

【机构】 甘肃省定西市安定区东方红中学

【摘要】新课程改革要体现学生的主体地位,鼓励学生自主探究。但经调查发现不少的高中物理课堂教学,尤其是物理实验课教学依然存在着两类严峻问题,一类是老师不问不管的所谓的“自主探究式”;另一类是教师讲学生听,教师演示学生观看的传统教学。这样的实验课教学,学生既不能有效地解决问题,也不能掌握科学的方法,更不利于创新能力的培养。为此,我们提出了“问题导引探究”实验课教学模式。本文就此模式在高中物理实验课教学中的应用作一论证。
【关键词】问题导引探究;高中物理实验;应用举例
【正文】
  一、“问题导引探究”教学模式的含义
  “问题导引探究”教学模式是以问题解决为中心,仿照科学家探究未知知识领域的途径,根据教学内容及要求,由教师不断提出问题,学生经历层层探究、问题得到解决而激发了求知欲、创造欲和主体意识,并培养学生的实践能力和创新能力的一种课堂教学模式。
  二、“问题导引探究”教学模式的基础源于建构主义理论
  1.对于学习过程:建构主义认为,学习不是知识由教师向学生的传递,而是学生建构自己知识的过程,学习者不是被动的信息吸收者,相反,他要主动地建构信息的意义。
  2.对于学习者:建构主义强调,学习者并不是空着脑袋走进教室的,在日常生活中,在以往的学习中,他们已经形成了一定的经验,尽管个体经验差异较大,但在学习的共同体中,这些差异本身就构成了一个宝贵的学习资源。所以,教学不能无视这些经验“另起炉灶”,而是要把学生已有的知识经验作为新知识的生长点,引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。这就需要教师和学生针对某些问题进行共同探索,并在过程中相互交流和质疑,并最终达成解决问题的共识。
  3.关于学习方法:建构主义提倡教师指导下的以学习者为主体的学习。教师是意义建构的帮助者、促进者,而不是知识的传授者与灌输者。学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者,而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。
  三、“问题导引探究”教学模式在高中物理实验教学中的应用
  下面以高中物理必修一《探究加速度与力、质量的关系》为例来说明其应用模式。
  1.问题导引 形成问题导向 明确实验目的  
  [教师]由上节课学习可知:物体的质量越大,运动状态越难改变;物体的质量越小,运动状态越容易改变。而力是改变物体运动状态的唯一原因。请同学们根据上节课所学知识猜想:物体的运动状态的变化快慢即物体加速度的大小与哪些物理量有关?
  [学生]加速度的大小可能与物体的质量和受到的力有关。
  [教师]请同学们再猜想加速度的大小与物体的质量和受力又有怎样的关系? 
  [学生]物体加速度的大小与物体的受力成正比,和物体的质量成反比。
  [教师]那么同学们的猜想是否正确呢?这节课我们就通过实验来探求物体的加速度与物体的质量和物体受力的定量关系。
  学生通过对上述问题的猜想和导向,明确了实验的目的。
  2.问题导引 设计实验方案 确定科学合理的实验步骤
  [教师] 加速度的大小既与物体的受力有关,又和物体的质量有关。那么我们应该采用什么样的方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢?
  [学生]先研究加速度与物体受力的关系,再研究加速度与物体的质量的关系。
  [教师] 很好!当研究三个物理量之间的关系时,先保持某个量不变,研究其余两个量之间的关系;再保持另一个量不变,研究其他两个量之间的关系,最后综合起来得出结论。这种研究问题的方法叫控制变量法,是物理学研究中经常用到的方法(在此学习了控制变量法)。 
  [教师] 那这个实验,我们应该怎样做呢?
  [学生] 可以保持物体的质量不变,测量物体在不同的力作用下的加速度,分析加速度与力的关系;也可以保持物体所受的力不变,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。
  [教师] 很好!要研究加速度与物体的质量和受力之间的关系,就需要测量物体的加速度、质量和受到的力的大小,质量可以用天平直接测量,那么如何测量一个运动物体的加速度呢?你能想到哪些方法?。
  [学生] 思考讨论后回答
  (1)让物体做初速度为0的匀加速直线运动,用刻度尺测量物体运动的位移,用秒表测量出物体运动的时间,然后由公式a=■推算出。
  (2)让物体做初速度为0的匀加速直线运动,在运动物体上连接一条穿过打点计时器的纸带,根据打点计时器在纸带上打出的点来测量加速度。
  [教师] 同学们想到的这些办法都很好!这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小。另外,还可以用加速度计直接测量。假如我们不直接测出加速度,同学们能否找出加速度与质量之间的定量关系呢?
  [学生] 思考讨论
  [教师] 启发点拔:我们探究的是加速度与其质量间的关系,只要我们测出不同情况下物体加速度的比值就可以了。
  [学生] ①推算加速度的公式a=■,如果测出两个初速度为0的匀加速运动物体在相同时间内的位移X1 、X2,位移之比就是加速度之比
  ②推算加速度的公式a=■,如果测出两个初速度为0的匀加速运动物体在相同位移内的时间t1、t2,时间反比的平方就是加速度之比即■=■
  [教师] 那么我们如何保证两个做匀加速运动的物体运动相同的时间?
  [学生] 让物体同时运动,同时停止。
  [教师] 同学们看看桌面上的实验器材,我们用什么器材使物体同时开始运动,同时停止?
  [学生] 在观察后说出用夹子来控制物体的运动和停止(如图)。






  [教师] 但在现实中,物体仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。那么,如何为运动的物体提供一个恒定的合力?又如何测出这个合力呢?
  [学生] 可以在绳的一端挂钩码,另一端跨过定滑轮拉物体,使物体做匀加速运动的力就是物体的合力,这个合力就是钩码的重力。这样通过测量钩码的重力就可测出物体所受的合力。
  [教师] 这个方案不错。在上面的方案中做匀变速运动的物体,受的合力就是钩码的重力吗?
  [学生] 不准确,由于物体在相对运动时,还要受到滑动摩擦力。
  [教师] 那么我们如何减小滑动摩擦力,使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力?请同学们探讨方法
  [学生]减小滑动摩擦力的方法 主要有:(1)使用光滑的木板;(2)平衡滑动摩擦力将木板一端垫高,让物体从木板上匀速滑下,此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。
  [教师] 同学想到的这些方法都很好!当我们改变物体受到的合力时,物体的加速度也会改变。那么我们如何改变物体所受的合力呢?
  [学生] 改变挂上钩码的个数就可以改变对物体的合力。
  [教师] 下面请同学们根据上面我们讨论的内容选定自己的实验方案进行实验,首先探究在拉力一定时,加速度与质量的关系;再探究在质量一定时,加速度与力的关系,并记录实验数据。
  3.问题导引 深化对实验数据的处理和实验误差的分析
  [教师] 同学们的实验做得都很好!下面我们利用计算机来处理同学们实际测得的实验数据,看看能发现什么规律。
  [教师] 找几组学生的实验数据输入excel,利用计算机做出图象(以加速度为纵坐标,力为横坐标作图;以加速度为纵坐标,质量为横坐标作图),再次引导学生进行数据分析。





  [教师] 图2能说明加速度与质量的反比关系吗?还能想出更好的办法吗?引导学生想到图5的办法。
  [教师]为何有的同学做出的图像如图3、4呢?这与猜想显然不相符合,原因是什么? 
  [学生]平衡摩擦过与不足的原因。
  4.问题导引 得出结论 归纳总结 形成思维
  [教师] 从图1、图5,同学们能发现什么规律?
  [学生] 在物体的质量一定时,加速度与物体受到的力成正比;在物体受力一定时,加速度与物体的质量成反比。
  [教师] 那么同学们回想一下我们是怎样探讨加速度与力和质量关系的?
  [学生] 先提出猜想,然后进行实验,再对数据进行分析,最后得出结论。
  [教师] 对!这也是科学家得出物理规律的过程。科学家在探讨物理规律的过程中,正是按照以下思路进行的。
  总之:“问题导引探究”教学模式在高中物理实验课应用中,教师无论在问题设置,还是引导学生进行问题探究,都应以学生的知识基础为前提,知识脉络必须清晰,彼此相互联系,产生学习的正迁移。切忌在知识结构不清晰的情况下设置问题,那样会直接导致学生新旧知识混淆,问题捉摸不透,思路混乱,事倍功半。
  参考文献: 
  [1]梁旭,《中学物理教学艺术研究》,浙江大学出版社,2005年第1版
  [2]李新乡、张军朋,《物理教学论(第二版)》[M],科学出版社,2009年第2版
  [3]王克强、潘玲珠,《通用物理实验》[M],中山大学出版社,2005年第1版
  [4]陈刚,《新编物理教学论》[M],华东师范大学出版社,2006年第1版