科学探究教学模式在高中物理实验探究课中的运用

李英

学生实验探究是高中物理中常用的探究方法，也是一种物理学习方式，学生在实验探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，在探究活动中学习物理知识与技能，体验探究乐趣，学习科学家的探究方法，领悟科学思想和精神。实验探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标，《课程标准》对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求。因此，在物理实验教学中，应努力通过多种途径，注重对学生探究能力的培养。

科学探究教学模式是指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去获取知识的一种教学形式。一般包含七个探究要素：（1）提出问题；（2）猜想与假设；（3）制定计划与设计实验；（4）进行实验与收集数据；（5）分析与论证；（6）评估；（7）交流与合作。下面以学生实验《探究功与速度变化的关系》为例来探讨科学探究教学模式在学生实验探究课中该如何展开实施。

一、教师提出问题

汽车在牵引力作用下速度增加，动能增加；足球在草坪上滚动中受到阻力的作用，速度逐渐减小，动能减小。我们通过动力学知识很容易解释，但从另一个角度分析，这些力作用中都伴随着力的做功，那是否做功与动能变化间存在某种联系呢？

二、师生共同猜想与假设

假如存在联系，我们该怎样得到它们之间的关系呢？

三、小组讨论，设计实验

1.教师引导学生围绕功与速度的测量展开。

引导问题一：用什么实验器材测量速度？怎么测？

引导问题二：测量功需要测什么物理量，用什么实验器材测量，怎么测？

引导问题三：怎样通过一个实验同时测出速度和功？

学生围绕功展开讨论，分析各种可能性。

2.学生讨论，小组方案展示

方案一案例展示：拉力的功，可测，拉力的测量可以采用弹簧测力计，但弹簧测力计测运动物体所受拉力读数很困难，所以不可取；有同学建议改为拉力传感器，如果用拉力传感器拉动物体运动，又很难保证拉力恒定。面对困难，同学们展开热烈的讨论……有同学联想到探究加速度与力和质量的关系的实验装置，利用重物来提供牵引力，拉动小车运动。如果采用这个方案，则力的测量可转化为重物重力的测量，速度和位移的测量可采用打点计时器进行。

方案二案例展示：因为重力的功容易测量，很多同学想到利用自用落体运动研究重力做功与速度变化的关系。具体器材可采用铁架台，打点计时器或光电门加重锤的方式；还有一部分同学想到利用单摆装置，把摆球拉起一个角度释放，在最低点安装光电门及数字计时器的方式，也可以进行探究。

方案三案例展示：教师引导，前面方案均为恒力做功的情况，能否找到合适的探究变力做功的方式呢？教师可引导类比小朋友玩的弹弓，利用弹力把弹子弹射出去。如果能够测出弹出物体的速度，在测出弹力的功就能解决问题。这时教师可引导学生利用多根橡皮筋，把小车弹射出去的方案，即课本的方案，利用倍增法一份份地增加弹力的功，把一根橡皮筋做的功作为一个单位，依次增加橡皮筋的根数。

在本方案中，教师需要引导学生解决几个问题：

问题一：小车在弹力作用下的运动时是否为匀变速直线运动？我们能否根据这段加速运动的纸带得到小车的末速度？答案：小车做变加速运动，所以不能根据这段纸带得到小车末速度。

问题二：我们怎样保证每根橡皮筋所做的功都相同？答案：每次把橡皮筋拉开相同的长度，让小车从同一点释放。

问题三：我们应怎样测量小车的末速度？答案：让小车脱离橡皮筋后做匀速运动，根据匀速阶段的纸带计算小车的末速度。

问题四：怎样保证小车脱离后做匀速运动？答案：平衡摩擦力，使小车脱离橡皮筋后受力平衡。同时受到橡皮筋作用的力也为橡皮筋的合力。

最后教师要对各种方案的科学性、合理性、可行性给出恰当的评价，鼓励学生多进行各种可能方案的尝试。

四、进行实验，收集数据

1.学生按确定方案开始实验。

2.教师适时提出问题，指导学生操作的技巧，针对问题，完善实验操作。

3.学生自己设计表格，收集实验数据。

五、分析论证，得出规律

1.根据收集的实验数据，通过处理计算，绘制图像，利用数表软件进行处理。

2.得出结论：初速度为零时，功与速度的平方成正比。

结论推广：初速度不为零时，功与速度平方的变化量成正比。

在实验探究中，学生在提出问题时可以锻炼实际问题转化为物理模型的能力；在猜想与假设中锻炼类比与联想能力；在设计实验时锻炼思维的缜密性，在不同的设计方案中锻炼学生的发散思维能力；在进行实验时锻炼学生的动手能力；在分析论证中锻炼学生的逻辑推理能力。实验探究教学模式的实施必将改变学生的面貌，让学生充分体验科学家发现科学规律的过程，提高学生各方面的探究能力。

【参考文献】

[1] 廖伯琴、张大昌.《普通高中物理课程标准（实验）解读》，湖北教育出版社，2003.

[2] 廖伯琴.《物理教学探讨》，物理教学探讨杂志社.

[3] 人民教育出版社.《全日制普通高级中学教科书物理第一册第二册》，2002.

[4] 陶红.《物理实验论》，广西教育出版社，1996.

【本文是河北省十二五规划重点课题，课题名称：科学探究教学模式在高中物理教学中运用的研究，编号：11040758。】

（作者单位：河北省邢台市第七中学）