探究教学法在物理概念教学中应用的实践研究

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1、探究教学法在物理概念教学中应用的 实践研究摘要：物理概念是中学物理教学的重点，要让学生学好物理，首先必须让他们正确 理解物理概念。如何利用探究教学这一学生获取知识的重要、有效途径，让学生 通过探究式学习，深刻、止确地理解物理概念，成为物理教师需要研究的i个课 题。本实践研究探讨如何针对学生的前概念，有效运用探究式教学的方法，让每 个学生亲历概念形成的过程，去伪存真，形成止确的物理概念；并对高一学生的 概念理解水平进行检验以判断该教学方法的实际效果。关键词：探究教学物理概念物理概念是中学物理教学中的重点和基础，物理概念的学习在整个物理学习 中处于核心的地位，概念理解得如何从根本上决定了学习的效果

2、。在传统的物理 概念教学小，时常存在这样一些现象：只重视概念的结果，引入新概念的过程过 于简单，对定义的表述一掠而过便匆忙转入练习等。这样做，由于新概念的引入 不能以学生原有认知结构为基础，又没能通过大量实例揭露概念的关键特征，所 以，新概念不能较好地纳入学牛原有知识结构，学牛对概念的理解片面，混淆不 清，只注意掌握一些应试的技能、技巧，难以形成物理思维方法和学习方法，更 难学会发现问题，归纳问题，对学生的长期发展不利。物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物 理事物的抽象，是观察、实验和物理思维的产物。如果不通过分析、比较、抽象、 概括等物理思维过程，找出它们共同的

3、、本质的特征，就不可能建立起正确的物 理概念。所以，概念教学不能只简单地教授概念的内容，还耍让学生经历概念 形成的过程，建立起新概念与学生原有相关知识（即前概念）的联系，并帮助学 生实现必耍的内化和顺应，H己重新建构知识，形成知识的体系。科学课程标 准指出：“科学学习要以探究为中心。探究既是科学学习的H标，又是科学学 习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。”因此 将探究教学法运用于物理概念教学是适应新形势下物理教学改革、体现“以人为 本”的教育思想、关注个体长期发展的有效方式。笔者在实际教学过程中尝试了对高一物理必修一的物理概念进行了探究教 学设计，并通过实验来检验这

4、种教学设计所产生的效果。%1. 如何将探究式的教学模式运用于物理概念教学（-）学生概念形成的思维过程由学习心理学可知，意义学习的过程是主体的原有认知结构与新知识发生联 系，建构新知识的心理意义的过程。如果建构成功，则学生就理解了知识，然后 将其纳入认知结构中的适当部位，这种过程叫做认知结构的“同化冬如果原有 认知结构与新知识差别太大或发生矛盾，则主体必需先对原认知结构进行修改和 重建新的结构，依靠修改（或重建）后的认知结构去组织新知识，这种过程叫做 认知结构的“顺应”。通过不断地“同化”和“顺应”，形成新的概念和规律，发 展认知结构図。（二）学生物理概念形成的障碍物理概念的形成与学生认知结构是

5、紧密联系的，而学生在认知发展水平、思 维规律、知识基础等方而的部分因素构成了学生物理概念形成的障碍。在多年的 实际物理教学中，笔者发现前概念对学生学习物理概念的影响特别明显。（三）用探究教学法突破障碍，有效建构学生的物理概念1. 探究教学与探究式学习探究式学习是学生以类似或模拟科学研究的方式所进行的学习，中学物理探 究性学习主要是在物理课堂教学中，学生在教师的指导下，用科学探究的方式去 获取知识、应用知识、解决问题的学习方式。而探究教学是指教师在教学中， 创设一种类似于科学研究的情境，引导学生自主、独立地发现问题、实验操作、 调查研究、搜集与处理信息、表达与交流等，从而使学生在知识、技能、情感

6、、 态度、方法、探索精神和创新能力等方面获得发展的一种教学方式。2. 前概念对学生概念理解的影响前概念是指学生在学习某一物理概念之前，在日常学习生活中对一些物理现 象和问题所形成的认识以及所得出的与科学概念不尽一致甚至相悖的观念及其 特殊的思维模式。其中部分前概念与物理概念相互抵触，例如，“速度人的物体 惯性大”、“摩擦力总是与物体运动方向相反”等等。这些前概念直接影响着学 生的认知过程和思维方式，而且颇为顽固。3. 如何针对前概念设计探究教学的过程（1）了解学生的前概念教师必须全而了解学生头脑中的前概念，为此可以先通过调查、访谈等形式 了解部分学生的前概念，然后精心设计调查问卷，对全班学生进

7、行调查。这样才 能在剖析学生前概念的基础上作出有针对性的教学设计，使教学有效突破前概念 的误区，将科学概念建构在学生的知识框架中。（2）分析学生的前概念与教学内容的关系前概念未必都是错误的概念，学生的一部分前概念虽然与科学概念不尽一 致，但却有着合理的成分，是进一步正确认识和学习新知识的基石；而学生的另 一部分前概念则往往由于以偏概全造成了对事物的错误认识。根据奥苏贝尔的认知同化论，依据前概念与教学内容关系的不同，学生的前 概念可以分为三类：前概念中原有知识的概括程度或包容的范围高于新学习的 知识；原有知识在概括的程度和包容的范I韦I上低于要学习的新知识；新知识与原有知识只有横向相互吻合的关系

8、。教师应识别学生的前概念与教学内容的关系，以便有针对性地进行探究教学 设计。(3) 针对前概念进行探究教学优化设计根据学生前概念与科学概念之间的关系，教师要有FI的地设疑，引发学生思 考讨论，在激烈的争论中完成观念的冲突和反思，通过逻辑思辨、进一步实验设 计、实验验证等逐步澄清认识，实现概念认识上的真正转变。%1 创设情境，建立新旧知识的联系要进行有意义的教学，使学生联想起与新知识相关的原有知识，对学生建构 知识吋的同化和顺应起着重要的作用。在教学的过程中，教师可以先通过展示有 趣的图片、录像、小实验等，引入问题情境，引导学生冋忆生活中的相关物理情 景，使学生在迅速地建立新、旧知识的联系，比较

9、它们的异同或找出它们的矛盾 与冲突，改造I口的知识结构，从而进行有意义的知识建构。例如，在圆周运动 与机械能守恒定律的应用教学中，许多同学认为在竖直平 面内做圆周运动的小球只要从斜面上与圆轨道最高点等高的 位置力由静止开始下落就不会脱离斜面(如图)。教学中可以出示过山车的图片或录像片段，创设学生熟悉的情境，再展开图1讨论。此吋学生大脑中会联想起坐过山车的情景，是不是这样就安全呢？学生头 脑中与教学内容相关的知识被唤醒，并在情境中产生了认知冲突，同时激发了学 生的学习兴趣。%1 巧设实验，激起物理思维的冲突概念的形成源于思维，而思维的推进源于矛盾。在概念形成的过程中，巧妙 设置实验，利用前概念与

10、物理事实的不符引发新旧知识结构的冲突，制造思维矛 盾，引发学生深层次的思考，从而逐步形成科学的物理概念。教师应该根据学生 前概念与科学物理概念的关系，精心设计、准备一些演示实验或分组实验，使实 验现象直逼学生错误前概念的要害，激起思维碰撞的火花。所以，“要设计怎样 的实验？”、 “为什么要进行这种实验”、“进行这种实验所要激起怎样的疑问 和认知冲突？ ”这些都是教师事先应该反复斟酌的问题。只有这样才能让学 生的前概念在孑盾冲突小不断修正与发展，去伪存真，形成科学的、更深层次的 认识。例如，在前文所举“过山车”的例子中，可以根据学生的前概念，让小球从 A点自由滑下，让学生观察小球是否不脱离轨道；

11、然后将小球自由释放的位置逐 渐升高（如图2）,观察小球由何处自由滑下才刚好不脱 离轨道。学生通过观察发现，当释放位置与圆轨道最高点 氓 的竖直距离大概达到半径的一半吋，小球才刚好不脱离轨道。这一实验现象与大部分学生的前概念相矛盾，引发学图2 生思维的冲突，激起学生探究的冲动。乂例如，在摩擦力的教学中，不少同学认为摩擦力的大小与物体间相对运动速度有关，相对运动速度越人，摩擦力越人。还有不少同学认为摩擦力的人 小与物体间的接触面积有关，接触面积越大，摩擦力越大。由此，教师鼓励学生 通过思考、讨论，设计并完成分组实验，用控制变量法进行自主探究，最终得出 止确的结论。（见附录三摩擦力教学设计）%1 妙

12、用方法，拨开迷雾，建构正确的物理概念科学方法是解决科学问题的手段，“是使本学科多种事实和原则互相联系起 來、是本学科理论动作起来的手段和桥梁”。巧妙利用物理学中的理想化、类 比、假说、逻辑思辨等方法，对于澄清错误的前概念，建立正确的物理概念也起 到事半功倍的效果。同吋，学生也可以通过亲历探究过程，积累科学探究的方法, 体会科学探究的乐趣，有益于学生的长期发展。在教学中，对于前概念与物理事实的矛盾，教师可以通过创设物理情境，巧 妙设疑，指导学生利用这些方法进行思辨，从而拨开迷雾，逐渐建立起清晰、科 学的物理概念。例如，在自由落体运动的教学中，针对学生认为“重的物体 下落快”的前概念，可以利用伽利

13、略的逻辑思辨方法提出问题，引发学生讨论： 如果将重的物体与轻的物体绑在一起，它们是不是下落得更快？如果重的物体下 落快，那么将重的物体与轻的物体绑在一-起，它们的重力更大，因此应该下落的 更快；而另一方而，轻的那个物体由于下落得比重的那个物体慢，所以会拉住重 的那个物体，那么二者下落得就应该比重的那个物体慢，但比轻的那个物体快。 教师通过不断设疑，产生思维的矛盾冲突，引发学生的主动思考与争论，最终推 翻假设，得到“物体下落快慢与轻重无关”的正确的概念。（4）概念教学中探究教学方法的应用原则在概念教学中运用探究教学法，要注意渐进性原则。在概念的形成过程中，学生通过探究学习，学生的认知结构不断得到

14、构建、 重组和完善，这是一个渐进、连续的过程。在利用探究教学法探究概念的初期阶 段，教学设计上应该更多地采用定向探究的方式，以逐渐建构学生包含科学探究方法在内的认知结构，循序渐进，最终发展为h由探究。%1. 用探究教学法实施物理概念教学的实验研究1. 试题说明前测试题（见附录一）内容选自初小物理力学部分，考核学生对浮力产生原因的理解水平。后测试题（见附录二）内容选自高一物理必修一，考核学生对静摩擦力产生条件的理解。从难度上看，后测试题由于涉及到叠加体、牛顿第二定律、整体法与隔离法的运用和分析，其复杂程度略高于前测试题。2. 研究对象和实验方法说明本实验选取的研究对象是华南师范大学附属中学高一基

15、础较好的（2）班和 基础中等的（9）班，这两个班都由同一教师执教，教学进度相同。实验方法采 用单组前后测比较。3评分标准说明为了使前后测的分数具有可比性，因此在评分标准上予以统一，如下表:表1等级学生答题情况得分A分情况讨论，且正确10B分情况讨论，分析不完整或有点错误8C单种情况，分析正确6D单种情况，没有抓住本质进行分析或分析有错误3E全错0前测题可分两种情况讨论：如果物体下表面与容器底没有紧密接触，则由于 物体上下底而出现压力差血产生浮力；如果物体下表而与容器底紧密接触，则由 于下表面没有受到液体压力，所以不受浮力。后测题也可分两种情况讨论：如果两物体保持相同的速度做匀速直线运动， 则没有摩擦力；如果两物体以札I同的加速度相对静止地做匀加速直线运动，则有 静摩擦力。可用相对运动趋势及牛顿运动定律分析其原因。4. 检验方法说明由于前、后测的受测对象相同，且有极大的把握推断两个班的后测与前测成 绩存在正相关的关系，又由于被检验对象皆为大样本，所以笔者采用Z检验法对前后测平均成绩作差异显著性判断:5.前后测得分情况比较（I）对物理概念和规律的前后、测得分情况的分析表2：高一（2）、（9）班物理概念和规律的前后、测得分情况分析表等 级答题情况个人单项得分人数2班9班前测后测前测后测A分情况讨论，且正确1