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物理實(shí)驗教學(xué)中，培養學(xué)生“科學(xué)探究”的意識
一、主題與背景：
中學(xué)物理課程標準在自然科學(xué)學(xué)習領(lǐng)域中明確提出教學(xué)應以提高學(xué)生的科學(xué)素養及創(chuàng )新能力為目標，以科學(xué)探究為主線(xiàn)，通過(guò)“探究認識自然現象——形成科學(xué)概念和規律——運用科學(xué)概念和規律”的學(xué)習過(guò)程�？茖W(xué)探究的過(guò)程應注重提出問(wèn)題、設計方案、搜集證據、分析證據、形成結論等環(huán)節。在物理實(shí)驗教學(xué)中，培養學(xué)生科學(xué)探究意識，讓學(xué)生在積極參與和親身體驗科學(xué)探究的過(guò)程中學(xué)習科學(xué)知識，真正理解科學(xué)知識。
在初中物理教材中，《測小燈泡功率實(shí)驗》的教學(xué)內容是學(xué)生必須掌握的基本操作技能和重要知識點(diǎn)，課堂教學(xué)中如何探尋一種適合學(xué)生實(shí)際的認知水平的教學(xué)手段及方法。本課例所探討的是如何通過(guò)“測小燈泡功率的實(shí)驗”教學(xué)中碰到的一系列問(wèn)題，讓學(xué)生主動(dòng)地參與實(shí)驗探究，從而達到提高學(xué)生的實(shí)驗設計能力、觀(guān)察能力、動(dòng)手能力以及創(chuàng )新能力。
我校正在開(kāi)展校本教研活動(dòng)，旨在以教師個(gè)人的教學(xué)實(shí)踐、自我反思、教師之間的互助合作，專(zhuān)業(yè)研究人員的及時(shí)參與。以“三實(shí)踐二反思”的形式，促進(jìn)教師個(gè)人教學(xué)理念的轉變及教學(xué)行為的改進(jìn)，改進(jìn)教學(xué)過(guò)程，在實(shí)踐與反思中，不斷提高教學(xué)的針對性及實(shí)效性，提高教學(xué)質(zhì)量，下述課例的實(shí)踐與分析，使我對課堂教學(xué)中如何開(kāi)展指導學(xué)生有效地開(kāi)展科學(xué)探究有了一些新的認識。
二、實(shí)踐過(guò)程：
第一次實(shí)踐：讓學(xué)生在探究過(guò)程中有體驗和認識
第二次實(shí)踐：學(xué)生在探究過(guò)程中提高自主解決問(wèn)題的能力
第三次實(shí)踐：教師適時(shí)引導，學(xué)生探究意識增強
第一次實(shí)踐：讓學(xué)生在探究過(guò)程中有體驗和認識
教學(xué)設想：
在平時(shí)教學(xué)中，測小燈泡功率的實(shí)驗學(xué)生都做過(guò)，測出小燈泡兩端的電壓和通過(guò)小燈泡的電流，根據電功率的數學(xué)關(guān)系式：，就能得到小燈泡的功率。教學(xué)中教師提出三個(gè)探究問(wèn)題。學(xué)生根據教師的提問(wèn)，通過(guò)小組討論，設計出測定小燈泡功率的實(shí)驗方案是否可行，讓學(xué)生在計算機仿真電學(xué)實(shí)驗中進(jìn)行連接。演示操作過(guò)程，特別是平時(shí)滑動(dòng)變阻器的連接是學(xué)生的弱項，此時(shí)，在仿真電學(xué)實(shí)驗中，可以很直觀(guān)地解決連接以及動(dòng)態(tài)變化情況。另外，對電流表和電壓表的“＋”、“－”接線(xiàn)柱的連接，量程的選擇都可以有正確的操作過(guò)程。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗操作，采集有用數據，并通過(guò)計算，測出了小燈泡的功率。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中，實(shí)驗操作得到了有效的訓練，但在實(shí)際教學(xué)中也碰到許多問(wèn)題。例如，學(xué)生如何進(jìn)行數據處理，電功率與這些數據之間的聯(lián)系是什么等等有待解決。
教學(xué)反思：
第一次實(shí)踐后，教研組開(kāi)展了教研活動(dòng)，在區教研員指導下進(jìn)行反思，認為三個(gè)問(wèn)題同時(shí)進(jìn)行設計、連接、采集數據、經(jīng)過(guò)運算解決探究?jì)热萑萘看�，坡度不夠，探究不深，學(xué)生的印象不深。另外，學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗的操作時(shí)間不足，在實(shí)踐操作中反映的問(wèn)題無(wú)法得到有效的解決。
第二次實(shí)踐：學(xué)生在探究活動(dòng)過(guò)程中提高了自主解決問(wèn)題的能力
教學(xué)設想：
對第一次實(shí)踐課所反映出的問(wèn)題，在實(shí)踐反思的基礎上，重新設計了新的教學(xué)方案，新方案針對學(xué)生實(shí)驗的不足，調整了教學(xué)策略，增加了學(xué)生對實(shí)驗探究的討論，包括實(shí)驗方案的設計、數據的采集、學(xué)生面對方案的可操作性的互助討論和質(zhì)疑，尤其是增加了知識的遷移內容，強調了各種設計方案中數學(xué)關(guān)系式的引入及處理，讓學(xué)生通過(guò)深入討論、評價(jià)，切實(shí)提高在探究過(guò)程中解決問(wèn)題的能力。
提問(wèn)一：某一小燈泡標有“，”字樣、電源電壓為6V、電鍵、電流表、標有“50Ω，1.5A”字樣的滑動(dòng)變阻器，現一電壓表15V一檔被壞（0—3V一檔可用），怎樣用實(shí)驗的方法來(lái)測定小燈泡功率。
�。劢虒W(xué)片段1］
師：在小燈泡額定電壓為3.8伏中，電壓表15伏一檔被損壞，怎樣測定小燈泡功率。
生：把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端。
師：方法很好，一開(kāi)始就把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端點(diǎn)行嗎？
生：不行。
師：為什么？
生：電路連接正確后，閉合電鍵時(shí)，滑動(dòng)變阻應放在最大，此時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓超過(guò)3V，不能直接并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端。
師：怎么辦？
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生：能否把電壓表先接在小燈泡兩端，調節滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端電壓為3V，滑動(dòng)變阻器兩端電壓也為3V。這時(shí)，可以移動(dòng)電壓表，把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，調節滑片，使電壓為2.2V時(shí)，小燈泡兩端電壓為3.8V，觀(guān)察電流表的示數為0.3A，就能測定小燈泡的功率。
……
提問(wèn)二：某一小燈泡的額定電壓為、電源電壓為6V、電鍵、電壓表、標有“50Ω，1.5A”字樣的滑動(dòng)變阻器、但手中沒(méi)有電流表，怎樣用實(shí)驗的方法來(lái)測定小燈泡功率。
�。劢虒W(xué)片斷2］
師：調節滑動(dòng)變阻器滑片，使小燈泡兩端電壓為3.8伏，此時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為2.2伏，怎樣知道接有電路中電阻絲的電阻大小。
生：能否測出電阻絲的長(cháng)度？
師：為什么要測出電阻絲長(cháng)度，才能知道阻值大��？
生：因為滑動(dòng)變阻器電阻絲總電阻為50歐，總長(cháng)度為定值，只要測出接入電路中電阻絲的長(cháng)度，用比例的辦法，就能得到接入電路中電阻絲的阻值。
師：你的理論依據是什么？
生：由電阻定律可知：。在（材料性質(zhì)）、S（橫截面積）一定時(shí)，R與L（長(cháng)度）成正比。
師：能否寫(xiě)出關(guān)系式？
生：可以。
師：用什么工具進(jìn)行測量？
生：（思考后）用刻度尺。
……
學(xué)生在不斷探究思考后，想出了解決辦法。通過(guò)解決測量接在電路中的電阻絲長(cháng)度從而求出接在電路中的電阻。
提問(wèn)三：某一小燈泡的額定電流為，電源電壓為6V、標有“50Ω，1.5A”字樣的滑動(dòng)變阻器、二個(gè)電鍵、電流表、但手中沒(méi)有電壓表，怎樣用實(shí)驗的方法來(lái)測定小燈泡功率。
�。劢虒W(xué)片斷3］
師：怎樣用電流表測通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流？
生：是否能讓電路發(fā)生局部短路。
師：怎樣發(fā)生局部短路？
生：把電鍵并聯(lián)接在小燈泡兩端，第一次讓電流表示數到達小燈泡0.3A時(shí)，閉合并聯(lián)的電鍵，使小燈泡發(fā)生短路，測出電路中的電流。
師：接下來(lái)怎么得到小燈泡兩端的電壓？
生：用電源電壓除以電路局部短路時(shí)的電流，得到滑動(dòng)變阻器接在電路中的電阻，乘以電流0.3A就是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，電源電壓減去滑動(dòng)變阻器兩端電壓就是小燈泡兩端電壓。
師：還有其他方法得到滑動(dòng)變阻器接在電路中的電阻？
生：能否還可以用刻度尺來(lái)測量？
師：可以，二種方法你們都可以試一試。
……
教學(xué)反思：
第二次實(shí)踐，重點(diǎn)放在學(xué)生討論和進(jìn)一步提高綜合解決問(wèn)題的能力上，并在解決問(wèn)題的方法上尋找理論依據，讓學(xué)生懂得要解決問(wèn)題必須有理論基礎�？捎米詈�(jiǎn)單的工具（刻度尺）解決較難的電學(xué)問(wèn)題。實(shí)際教學(xué)中發(fā)現學(xué)生會(huì )采集數據并能用數學(xué)表達式進(jìn)行運算，但不會(huì )用表格的形式進(jìn)行整理。表格是實(shí)驗數據處理所常用的一種方法，教師的教學(xué)應該讓學(xué)生學(xué)會(huì )這樣一種科學(xué)的歸納方法。
第三次實(shí)踐：教師適時(shí)引導，學(xué)生探究意識得到了增強
教學(xué)設想：
在前兩次實(shí)踐基礎上，我和組內教師就第二次實(shí)踐課中存在的不足，又展開(kāi)了分析及反思。大家提出，是否能就上過(guò)的問(wèn)題再設置一些問(wèn)題，設置些學(xué)生認知上的障礙，擴大些積極思考的范圍，是否讓學(xué)生在不知道電源電壓的情況下來(lái)設計實(shí)驗的方案，解決實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生在活動(dòng)中不斷增強探究意識，初步學(xué)會(huì )發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題，進(jìn)而找到解決問(wèn)題的方法。在此基礎上增加了思考題：某同學(xué)手上有一小燈泡標有“0.3A”字樣清晰可見(jiàn)，滑動(dòng)變阻器上標有“50Ω、1.5A”，電壓表一檔壞了，知道電源電壓為6V左右,經(jīng)思考后，想出一個(gè)方法測定小燈泡的功率。此題在實(shí)驗操作時(shí)有許多探究的地方，可以讓學(xué)生在課余時(shí)，先討論，設計出方案再在課內大家交流，共同參與實(shí)驗，解決問(wèn)題。
學(xué)生經(jīng)過(guò)討論，最后得到一個(gè)較為理想的方案。把電壓表接在小燈泡兩端，閉合電鍵，滑動(dòng)變阻器處在最大值，記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數，把電流表的示數乘以滑動(dòng)變阻器最大阻值，得到滑動(dòng)變阻器兩端電壓，加上小燈泡兩端的電壓，就能知道電源電壓的正確值，隨后可以用解決問(wèn)題（2）中的方法，也可以用解決問(wèn)題（3）中的方法，測定出小燈泡的功率。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生通過(guò)教師給出的表格或問(wèn)題設計表格，通過(guò)數據的記錄、整理，學(xué)生能從表格中看出這些數據之間的關(guān)系，并能從表格中歸納出應有的結論，也學(xué)會(huì )了正確的語(yǔ)言表述。
三、總結反思：
第三次實(shí)踐課是全區公開(kāi)課。學(xué)生通過(guò)計算機仿真電學(xué)實(shí)驗，進(jìn)行分析討論，觀(guān)察現象，解決實(shí)驗中存在的問(wèn)題，思考實(shí)驗方法中沒(méi)有想到的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生實(shí)際的操作及教師的演示，大大地激發(fā)學(xué)生的積極思維，并主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程。聽(tīng)課的教師對這種邊討論邊實(shí)驗的教學(xué)方法，影響深刻，都認為值得借鑒。
通過(guò)三次實(shí)踐和二次反思，我認識到學(xué)生能否積極主動(dòng)地參與課堂教學(xué)，設置的探究性問(wèn)題（或稱(chēng)為問(wèn)題情景）、探究活動(dòng)能否積極有效展開(kāi)，在教學(xué)過(guò)程中應注意下面這些要素：
1、選擇探究?jì)热�，要切合學(xué)生的認知結構和能力基礎。問(wèn)題的提出要有思維的層次感及一定的認知坡度。
2、發(fā)揮現代信息技術(shù)和學(xué)科教學(xué)的整合，多渠道、多方位讓學(xué)生進(jìn)行探究，增強學(xué)生思維的深度。
3、教師在學(xué)生的探究活動(dòng)中，要及時(shí)地解疑導撥，互動(dòng)合作探究。
教師必須在這些方面下功夫，利用生活中的現象，激起學(xué)生主動(dòng)探究的欲望，并不斷地遞進(jìn)探究?jì)热莸膶哟�，設置學(xué)生思維的坡度，通過(guò)質(zhì)疑、討論、交流等形式探尋解決問(wèn)題的方法。
在此基礎上，多給學(xué)生一定時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐操作，學(xué)生在具體操作中，還會(huì )發(fā)現各種儀器本身所存在的局限性，并不斷地反思，吸引學(xué)生主動(dòng)參與到“探究、嘗試、發(fā)現、創(chuàng )新”地過(guò)程中來(lái)。
通過(guò)“三實(shí)踐二反思”的教研活動(dòng)，深深體會(huì )到專(zhuān)業(yè)研究人員引領(lǐng)所起的作用和教研組全體教師合作互助的教研活動(dòng)的重要性，給我的教學(xué)帶來(lái)新的理念、新的教學(xué)方法。課堂教學(xué)是教育教學(xué)改革的主陣地，在教學(xué)實(shí)踐和反思中，只有不斷地更新教師的教學(xué)理念，不斷地反思自己的教學(xué)行為，改進(jìn)我們的教學(xué)方法，完善我們的教學(xué)策略，才能切實(shí)有效地提高物理教學(xué)的質(zhì)量，使學(xué)生“樂(lè )學(xué)、會(huì )學(xué)”，在不斷地探究活動(dòng)過(guò)程中，培養學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。
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