王旭

高中物理新課程理念中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方法.其旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探究精神.在教學(xué)實(shí)踐中，本人多次嘗試用“探究前置，教材后移”這種教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，獲得了一些心得體會(huì)，遂成此文.

1 二次開發(fā)，填補(bǔ)教材留白

南師大物理系劉炳昇教授主張物理教學(xué)要用最平常的內(nèi)容，例如小型實(shí)驗(yàn)，來引導(dǎo)學(xué)生獲得不平常的發(fā)現(xiàn).教材有時(shí)由于篇幅所限，不可能將所有實(shí)驗(yàn)規(guī)律都安排演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐層面上教師在該處往往理解為就是以知識的落實(shí)為核心開展教學(xué)活動(dòng)，即“教教材”，學(xué)生則容易死記教材給出的結(jié)論或公式，從而導(dǎo)致教學(xué)活動(dòng)的失色，也影響了學(xué)生科學(xué)探究能力的提升.教師在備課時(shí)可以對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行二次開發(fā)，精心設(shè)計(jì)，在課堂上和學(xué)生一起放下教材、拿起器材，還學(xué)生以精彩的探究體驗(yàn).下面筆者以人教版高中物理選修3-1第1章第8節(jié)“電容器”中關(guān)于電容定義式C=[SX（]Q[]U[SX）]的教學(xué)活動(dòng)片段為例淺談自己的教學(xué)設(shè)計(jì).

1.1 設(shè)計(jì)思路

教材中關(guān)于“電容”這一部分的引入是這樣表述的：“實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢差U成正比，比值[SX（]Q[]U[SX）]是一個(gè)常量.可見，這個(gè)比值表征了電容器儲(chǔ)存電荷的特性.”此后教材直接給出了電容的定義式.由于電容器的應(yīng)用性較強(qiáng)，以講授型為主的知識傳授課很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.筆者在教學(xué)時(shí)讓學(xué)生先不要預(yù)習(xí)教材，通過小實(shí)驗(yàn)引入問題后引導(dǎo)學(xué)生合理進(jìn)行猜想，并共同配合使用多種實(shí)驗(yàn)手段從定性到定量來探究Q與U的關(guān)系.

1.2 教學(xué)活動(dòng)片段

片斷一 定性猜想

師：電容器是一種可以儲(chǔ)存電荷的電學(xué)原件，由兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體組成（讓學(xué)生拆分電容器），將其接在電源兩端可對其充電，充電后將電容器兩極短接可進(jìn)行放電.

演示實(shí)驗(yàn)1 演示電風(fēng)扇中拆卸下來的電容器的充放電現(xiàn)象.

（1）用220 V的電源給電容器充電后放電，產(chǎn)生明顯的放電火花；

（2）用一節(jié)干電池給電容器充電后放電，無明顯現(xiàn)象.

師：對一個(gè)已知電容器，所儲(chǔ)存的電荷量Q與什么因素有關(guān)？

生：與電壓有關(guān)！

片段二 半定量驗(yàn)證猜想

師：現(xiàn)在老師想請大家一起來完成一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn).石英鐘耗電量極小，且頻率穩(wěn)定，取下電池后利用電容器充放電時(shí)產(chǎn)生短暫的電流可以驅(qū)動(dòng)石英鐘，而石英鐘具有計(jì)時(shí)功能，我們可以用石英鐘走動(dòng)時(shí)間的長短來說明電容器容納電荷量的多少，大家注意觀察時(shí)間.

演示實(shí)驗(yàn)2 演示用石英鐘來觀察電容器的充放電現(xiàn)象.

（1）用一節(jié)干電池給電容器充電后放電，觀察石英鐘走動(dòng)時(shí)間的長短；

（2）用兩節(jié)干電池給電容器充電后放電，觀察石英鐘走動(dòng)時(shí)間的長短.

師：通過比較兩次石英鐘走動(dòng)的時(shí)間關(guān)系，猜想Q與U的定量關(guān)系是什么？

生：一節(jié)干電池充電，石英鐘走了11秒，兩節(jié)干電池充電，石英鐘走了23秒，Q與U可能是成正比關(guān)系.

片段三 定量驗(yàn)證猜想

師：其實(shí)電容器放電時(shí)電流并非一個(gè)定值，要定量找出電容器的Q與U的關(guān)系，我們需要更精確的實(shí)驗(yàn).

演示實(shí)驗(yàn)3 運(yùn)用DIS系統(tǒng)定量做電容器放電的實(shí)驗(yàn).

師：在實(shí)驗(yàn)中，我們得到了放電時(shí)的i-t圖象，其面積的含義是什么？（類比v-t圖像）

生：電量Q！

師：我們通過計(jì)算機(jī)軟件積分求出圖象的面積，并把與之對應(yīng)的電壓U的數(shù)值記錄下來，分析數(shù)據(jù)能得到什么結(jié)論？

師：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，對一個(gè)已知電容器，其儲(chǔ)存的電荷量Q與U成正比！

……

在以上教學(xué)片段之后，老師讓學(xué)生回歸課本，給出電容C的概念及物理意義，學(xué)生的印象非常深刻，完全不用去死記電容的公式.

2 問題引領(lǐng)，還原教材缺失

教材通常對學(xué)生的探究活動(dòng)會(huì)有必要的指導(dǎo)，但在操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等方面的引導(dǎo)不可能面面俱到，學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生疑惑.筆者認(rèn)為此時(shí)與其讓學(xué)生在課堂上對著教材去揣摩編者的意圖倒不如先脫離教材，由教師穿針引線，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)科學(xué)探究的一般步驟還原真實(shí)的物理探究過程.下面是選修3-2第5章第4節(jié)《變壓器》的部分教學(xué)設(shè)計(jì)片段.

2.1 設(shè)計(jì)思路

教材在“探究實(shí)驗(yàn)”中有一段這樣表述的：“建議先保持原線圈的匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究其對副線圈電壓的影響.然后再保持副線圈的匝數(shù)不變，研究原線圈的匝數(shù)對副線圈電壓的影響.”教材沒有考慮原線圈的兩端電壓對副線圈兩端電壓也有影響，也沒有給出如何處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，筆者在教學(xué)時(shí)通過設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)引入新課，用問題來穿針引線，引導(dǎo)學(xué)生思考變壓器的輸出電壓U2與哪些因素有關(guān)，再追問探究方法，學(xué)生很容易想到用常見的控制變量法來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).數(shù)據(jù)處理時(shí)引導(dǎo)學(xué)生類比“探究a與F和m的關(guān)系”的數(shù)據(jù)處理方法.

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)片段

片段一 提出猜想

演示實(shí)驗(yàn) （1）用小燈泡接交流2 V電源，燈泡亮；

（2）變壓器原線圈接交流2 V電源，用小燈泡接變壓器副線圈（匝數(shù)大于原線圈），燈泡比（1）亮；

問題1：為什么燈泡會(huì)亮？而且會(huì)更亮？

設(shè)置意圖：引導(dǎo)學(xué)生思考變壓器的工作基礎(chǔ)以及副線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系.

問題2：若要燈泡更亮還可以怎么做？

設(shè)置意圖：引導(dǎo)學(xué)生思考副線圈兩端電壓與原線圈兩端電壓的關(guān)系，從而引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究U2與U1、n1、n2的關(guān)系.

片段二 數(shù)據(jù)處理

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)匯總，引導(dǎo)學(xué)生利用圖象分析定量關(guān)系.其中U2-U1圖、U2-n2圖在誤差允許范圍內(nèi)都是過原點(diǎn)的傾斜直線，而U2-n1圖形似一條雙曲線.

問題3：U1、n2一定時(shí)，U2與n1是不是成反比？如何通過圖象反映出來？

設(shè)置意圖：類比“探究a與F和m的關(guān)系”中F一定時(shí)，探究a與m的關(guān)系的數(shù)據(jù)處理方法，化曲為直.

教師小結(jié)：綜上，其中的比例系數(shù)k通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入，接近于1，若是理想變壓器k=1，進(jìn)而得到理想變壓器的電壓規(guī)律.

在分組實(shí)驗(yàn)之前筆者帶領(lǐng)學(xué)生對所選器材和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了有效的梳理，對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)也適當(dāng)?shù)募右蕴嵝眩热鏤1的準(zhǔn)確值不能直接從學(xué)生電源讀，也需要用多用電表交流電壓檔進(jìn)行測量.實(shí)驗(yàn)完成之后，教師帶領(lǐng)學(xué)生回歸教材，介紹實(shí)驗(yàn)結(jié)論的適用條件等細(xì)節(jié)，學(xué)生看到自己動(dòng)手得到的結(jié)論赫然出現(xiàn)在課本上時(shí)，那種成就感不言而喻.

3 精心組織，提升思維品質(zhì)

數(shù)學(xué)家波利亞認(rèn)為教師在學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)中，僅僅是“助產(chǎn)士”，他的主導(dǎo)作用在于引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)盡可能多的東西；引導(dǎo)學(xué)生積極地參與提出問題、解決問題.實(shí)驗(yàn)探究課中，學(xué)生按照教材上引導(dǎo)的方案和暗示的內(nèi)容進(jìn)行探究學(xué)習(xí)時(shí)，往往不是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，分析總結(jié)結(jié)論，而是直接從教材中尋找結(jié)論，也就失去了分析、論證能力的訓(xùn)練，容易讓探究學(xué)習(xí)流于形式.

例如人教版選修3-5第16章第1節(jié)是“探究碰撞中的不變量”，教材有意識地將這一節(jié)安排在“動(dòng)量和動(dòng)量定理”及“動(dòng)量守恒定律”之前，目的就是突出“探究”這一主題.建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)教師提供“真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境”，本節(jié)中教材提出了“實(shí)驗(yàn)的基本思路”和實(shí)驗(yàn)中“需要考慮的問題”，同時(shí)還提供了三種參考案例，學(xué)生根據(jù)教材中所給的提示及方案進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，探究的進(jìn)程順利了，但制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程缺失了.筆者認(rèn)為教師可以嘗試以探究的組織者和合作者的角色引導(dǎo)學(xué)生在不依賴教材的前提下，根據(jù)探究需要設(shè)計(jì)方案，然后動(dòng)手操作并處理數(shù)據(jù).學(xué)生自己謀劃出來的方案，也許存在著某些不足，有些甚至不具可操作性，比如這節(jié)課中的測碰撞前后的速度是一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生容易考慮不周全.教師可以通過對探究實(shí)驗(yàn)的問題引導(dǎo)，合理點(diǎn)撥，引領(lǐng)學(xué)生分析論證，借助學(xué)生間的交流，讓一籌莫展的同學(xué)受到啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)不足，完善認(rèn)知.學(xué)生自己的設(shè)計(jì)體現(xiàn)出思考的力量，這樣才能真正體驗(yàn)到通過探究獲得成功的快樂，這樣的物理課會(huì)讓學(xué)生越來越想上，最終提升了思維品質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng).

“探究前移，教材后置”就是期望將學(xué)習(xí)活動(dòng)落實(shí)在學(xué)生學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，讓學(xué)生體驗(yàn)到“跳起來摘到桃子”的喜悅，提高實(shí)驗(yàn)探究的能力.“探究前移，教材后置”就是以弱化教材來強(qiáng)化探究，教師在使用、處理教材時(shí)，應(yīng)該從探究教學(xué)的需要出發(fā)，對教材深度開發(fā)，設(shè)置符合學(xué)生心理和認(rèn)知水平的問題情景，使學(xué)生帶著種種疑問走進(jìn)課堂，在解釋疑問的過程中，產(chǎn)生新的問題，通過合作探究，激發(fā)創(chuàng)新思維，體驗(yàn)探究方法，完成知識建構(gòu).