美国高中物理的探究式教学策略研究

    吴荩萱

    摘 要：以“主导—主体相结合”为特征的美国高中物理探究式教学，有利于提高学生学习的主观能动性，增强学生的合作交流意识，培养学生的批判性思维能力。美国中学物理课堂探究式教学的实施重视，利用课前导入环节引发学生的探究愿望，通过创建课堂活动拓展学生探究深度以及利用教材及网络资源拓展学生探究广度。

    关键词：高中物理;探究式;策略研究

    在我国全面培养学生核心素养的理念指引下，探究式学习就是一种很好的教学策略。探究式学习是在教师的指导下，以学生为主体，让学生自愿地、主动地探索，认识和解决问题的过程。探究式学习有利于培养学生的自主学习能力和创新思维能力。

    然而在国内，对于我国大多数中学物理教师来说，探究学习教学还处于探索阶段。大多数学生在物理课堂上只能被动地接受知识，学习方式是老师讲、学生记，即使偶尔用到探究性学习，也只是流于形式。笔者任教于重点高中的国际部近十年的时间，在与大量外籍教师的研讨、备课、听课交流过程中，以及对外国教育文献研究分析的过程中，对外国高中开展探究性教学的认识不断加深，认为国外中学物理课堂推行探究学习的以下一些策略值得我们学习和借鉴。

    一、美国高中物理探究式教学的特征

    美国高中物理教师普遍认为，探究性教学模式不仅可以較深入地达到对知识技能的理解与掌握，更有利于创新思维与创新能力的形成与发展，即有利于创新人才的培养。在教学过程中，能否取得成就的关键是学生在学习过程中的主体地位是否能得到比较充分的体现，同时还需要有教师方面的引导、帮助与支持。课堂教学实践表明，探究性教学模式的成功实施涉及两个方面，既要充分体现学生在学习过程中的主体地位，又要重视发挥教师在教学过程中的主导作用。离开其中的任何一方，探究性学习都不可能有良好的效果。可见，“主导—主体相结合”是美国高中物理探究式教学的基本特征。

    二、美国高中物理探究式教学的优点

    首先，探究式教学有利于提高学生学习的主观能动性。探究式教学以变“教我学”为“我会学”为目标，它的教学理论建立在“学生是学习活动的主体，教师的职责是组织、帮助和指导学生进行学习”的基础之上。自主探究的学习模式，是将学生从“被动接受知识的容器”转化为“主动学习的探究者”的有效途径。它以激发学生兴趣为起点，以调动学生积极性为引导，以创设学习空间为载体，以自主探究学习为核心，以培养自主创新能力为目标，让学生学会自主探究、自主体验、自我发现、自我选择、自我教育。美国高中生在探究式学习过程中，学会获取新知识和新事物，增强了学生的自信心和知识迁移能力。探究式学习过程中学生的学习是开放的，是自由的，必须通过自己的主动探索，主动去思考，主动去搜集资料才能完成学习，所以它的学习是主动的。

    其次，探究式教学有利于培养学生的合作交流意识。美国高中物理的探究式教学通常不是一个人在学习，而是一个组、一个团队在学习。探究式教学老师以项目的形式或者小组团队形式让学生对问题进行探讨。在这个团队中，学生可以自由组合，每个人根据自己的兴趣、爱好和特长在小组里面担任一定的角色，完成一定的任务。过程中团队成员相互之间要互相分工，互相配合，关键还要相互之间进行展示，把自己的学习心得、体会和观点表达出来。因此通过探究式的学习，学生就提高了交流能力、展示能力、团队合作能力与领导组织能力。

    最后，探究式教学有利于培养学生的批判性思维。个人的认识都是有局限的，探究学习的过程中会不断遇到困难并且寻求解决方案，批判性思维过程在这一过程中会帮助学生不断进行反省和自我完善。一个批判性思维者不仅仅是质疑判断，这是因为质疑、判断是为了寻求理由或确保正当性，为我们的科学信念和行为进行理性奠基。在探究性学习的过程中，美国高中物理教师引导学生批判性思维也是建设性的，这当中更是包含了鼓励性和创造性。

    三、美国中学物理课堂探究式教学的实施

    （一）美国物理教师利用课前导入环节引发学生的探究愿望

    1.微课导入，提出探究问题

    美国中学物理教学的课前设计，经常会通过Blackboard系统，上传一段5～8分钟的微课视频，提出探究的具体问题，创造真实完整的教学环境，激发学生的学习兴趣。在内容上，突出解决一个问题，针对性强，内容短小精悍，语言简洁简练。在形式上，脍炙人口，具有一定的娱乐性，让学生在轻松欢乐的气氛中学习知识技能。

    例如，在学习《大气压》一节中，美国教师拍摄了这样一段视频来启发学生思考大气压的作用。教师先请一位学生用吸管吸饮料，然后提出问题：瓶子里的饮料是如何进入口中的？学生自然会想到是吸进去的。之后教师又拿出一个带塞的装满饮料的玻璃瓶，邀请一位身材更加魁梧的男生来吸饮料，可是无论如何用力也吸不上来。最后教师又演示了用针筒把饮料通过吸管压入口中。于是提出问题：水到底是如何进入人的口中呢？大气压在当中发挥了怎样的作用呢。通过这样影像素材能够引发学生的学习兴趣和探究的愿望，这无疑能够更好、更直观、更高效地提高教学质量。

    2.美国物理教材利用认知冲突的导入为学生营造探究氛围

    例如，在进行圆周运动的教学时，教师通过设计了一组对比问题，来引发学生的认知冲突。首先让学生思考：翻滚过山车到达最高点时，如果把安全带解开，此时乘客有没有危险？大部分学生回答道：“会有危险，乘客也许会掉下来。”接着老师继续发问：如果是，把一个矿泉水瓶注满水，让他模拟翻滚过山车，做圆周运动，瓶中的水会不会流出来。学生回答道：“当然会。”这时老师并没有急于指出学生的错误，而是模拟了水流星的实验。于是学生就产生了强烈的认知冲突，发现基于自己生活经验的推断和实验事实是相背离的。通过这段利用认知冲突的导入，学生一定会迫切想知道圆周运动中的向心力到底是怎样的一个物理量，它是如何改变物体的速度的，于是引发他们课堂探究的热情，从而提高听课效率。

    （二）美国物理教师通过创建课堂活动拓展学生探究深度

    1.创设“发散式”问题情境，培养探究精神

    “发散式”问题情境，即以某一知识点为中心，教师从不同方向、不同角度创设一些问题情境来激起疑义，深入对知识点的理解，开发心理潜能。例如，课堂中让学生自主探究弹簧振子周期的影响因素。这就为学生猜想和设计实验提供了广阔的空间。课堂中有的学生猜想可能与弹簧振子的质量有关，可能与弹簧的长度有关，可能与当地的重力加速度有关，可能与弹簧的劲度系数有关，可能与摩擦力相关，等等。猜想的内容可以各不相同，设计的实验方案也可以各不相同，这样的研究过程就具有开放性，尽管各个学生的能力不同，但都在探究过程中使探究能力得到提高。

    2.创设“合作式”教学情境，培养探究能力

    小组合作学习已经成为课堂教学中广受欢迎的教学模式，不仅能充分发挥学生的主体作用，引发学生的学习热情和积极性，而且能培养学生的创新意识、实践和合作能力，使学生得到全面提高和发展。

    例如，在探究影响向心力大小的因素的物理实验中，学生会进行很多的猜想，例如转动的线速度、角速度、转动的半径、转动的物体的质量、转动的周期等。这时如果让每个学生完成对如此多不确定，物理量的探究会耗费相当长的时间。通过有效的小组合作，每位小组成员可以重点研究1～2个物理量，对向心力大小的影响。并且还可以通过多次的重复测量，确保有效性和准确性。最后小组成员再共同汇总实验结果，在讨论和协作中完成实验报告。通过小组合作，既保证了教学任务的完成，大大提高了教学效率，又讓学生真正体验到合作的意义。同时，在学生小组合作学习时，教师要注重自身参与，一方面能及时认知学生的学习状态，另一方面给学生一种潜在的期望，激励学生积极讨论、交流，提高合作的效率。

    （三）美国物理教师课后利用教材及网络资源拓展学生探究广度

    1.美国物理教材突出科学探究

    美国中学主流物理教材Physics-Principles and Problems在“物理实验室”与“口袋实验室”等栏目的内容设计中，充分体现出对学生探究思维能力的培养。例如，在第11章《声》的研究过程中首先通过《起步实验》——玻璃杯发声实验，要求学生提出一种方法，使得同一个玻璃杯发出不同的音调。通过实验验证提出方法是否可行，并进一步研究那些能产生高音调的玻璃杯有什么特殊的性质。在本章之后的《物理实验室》板块中，提出如何利用闭馆共鸣器来求声速。并通过该实验的结论进行推论，一般来说第1个共鸣点出现在管长的1/4波长处，那么第2个、第3个共鸣点一般出现在何处呢？如果你有一根较长的管子，它是否有可能在另外一个位置发生共鸣呢？请学生解释他们的答案，并且提出进一步的探索，哪一种方法得到的声速更为精准？最后再把声学中的知识与生活中的实践相联系，让学生尝试解释管风琴管子的尺寸与它的共鸣频率之间的关系。在本章的《物理学前沿》板块中，通过向学生提供一系列的物理学实验数据，要求学生进一步探索，科学家是如何将由声波引起的表面运动，从由太阳转动引起的运动中分离出来的。某一星球上的声波与太阳上的类似，但规模不同，它是否具有与太阳上的声波相同的波长。教材中几乎在每一个章节中都提出了探究性的内容供学生思考，充分体现出美国教材对于学生培养探究性思维的重视。

    2.充分利用网络资源

    探究式教学的课堂中，美国教师善于借助网络的资源，让学生来开展探究活动，并获得相关信息。在学习帕斯卡原理、阿基米德原理以及伯努利原理的过程中，教师要求学生通过自主查找网络资源，了解在设计核潜艇时需要考虑哪些方面才能够使它在海洋的各个深度上行动自如。当它在深海中前进时，必须能够经得住多大的压力和温度。在学习物体随温度变化而发生的热胀冷缩现象时，要求学生通过自己在网络上查找资料，了解物体的受热膨胀现象，对于建筑物道路、桥梁和机械的设计所产生的影响。查找学习资料，进行自我准备的过程，本身就是一个自我探索的过程，既培养了探究热情，又锻炼了探究的能力。

    参考文献：

    [1]汤世华.高中物理探究性课堂教学策略[J].科教文汇，2007（9S）：99.

    [2]刘大杰.浅谈高中物理教学中的探究式教学[J].中学生数理化（学习研究），2014（11）：75.

    编辑 鲁翠红