问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式探究

    

    摘?要：在新课程背景下，实践探究构建了问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式，流程设计：探究原理—操作实验—处理数据—分析误差—拓展延伸，教学案例进一步说明了具体的操作流程。实践研究表明，该实验课教学模式充分体现了教师为主导，学生为主体的教学理念，以问题为线索，引导学生积极参与实验课堂教学，具有较强的可操作性，能明显提高课堂教学效率，提高物理成绩，培养学生能力。

    关键词：问题引导;物理实验;教学模式;实践探究

    一、 研究背景

    2010年甘肃省高中进入新课程改革，2012年全省全面推行。教育主管部門让教师通过各种渠道培训学习，使教师的教学理念发生转变，明确新课程课堂教学的主旋律是营造一个民主、和谐、自由、发展的教学环境;新课程提倡自主、合作、探究的学习方式（主要包括：①自主学习;②小组合作学习;③探究学习。）;新课程在教学行为和学习方式上，教师的教学行为强调帮助、引导;学生的学习方式倡导以弘扬人的主体性、能动性、独立性为宗旨的自主学习。2017年出版了新的高中物理课程标准，课程目标要求提高全体学生的科学素养，其中在过程与方法方面，要求重视培养学生的科学探究能力、自主学习能力、实践能力及解决问题的能力，这就要求在高中物理教学中要重视物理实验和科学探究能力的培养。

    笔者所在中学教研室，在教育主管部门提出的“3+X”高效课堂教学模式基础上，提出了“新授课”“复习课”“试卷讲评课”三课型结构，并在全校尝试。不同学科用同样的模式，出现了死搬硬套的现象，教学效果不佳。而物理实验课，师生都比较轻视。具体表现是学校没有提出一定的结构模式，教研活动没有教师选择学生实验课上公开课;学生视实验课为玩闹课，只有个别学生动手操作，更谈不上正确处理实验数据，进行误差分析等，最后抄写一份实验报告完事。因此，在新课程背景下，实践研究如何引导学生积极参与到实验课堂教学中，提高学生的动手操作能力，数据处理能力和培养学生的科学探究能力和创新思维能力尤为必要。

    二、 研究过程

    （一）问卷调查

    为了具体了解新课标下高中物理实验课堂教学实施情况，笔者在2020年6月对所在学校高二年级200多名学生进行了问卷调查。调查内容涉及学生对物理实验课的兴趣;课堂上学生的参与情况、教学效果;学生喜欢怎样的物理实验课;学生对物理实验课的意见和建议四个方面。调查结论：一是尽管有80%学生喜欢上物理实验课，但仅有20%的学生基本掌握实验原理，真正进行了实验操作，数据处理;二是65%的学生实验课的目标就是完成实验报告，考试复习是识记原理、步骤和数据处理方法;三是学生希望教师在实验课上关注差生，教学中要注意分层教学，通过问题引导学生参与教学。因此认识到目前的物理实验课堂教学学生参与度不够，教学效果差，更达不到新课标培养学生实验探究能力的要求。

    为此笔者总结多年的教学经验，构建了新课程背景下，体现教为主导、学为主体的“问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式”进行实践研究。

    （二）构建问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式

    问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式流程设计：探究原理—操作实验—处理数据—分析误差—拓展延伸。具体操作如下：

    1. 问题引导，探究原理

    物理教材中每一个学生物理实验都具有明确的实验目的，而实验的原理更是教学的核心，所以实验教学中最要紧的是让学生理解并明确实验原理。实验原理弄清楚了，就好比牵住了牛鼻子，意味着该实验的设计思路有了，然后需要选择什么样的器材，如何进行实验操作，怎样记录实验数据和处理数据也就水到渠成了。而探究实验原理先要让学生明确实验目的，然后通过问题引导让学生理解并明确实验原理。

    2. 巡查指导，操作实验

    学生理解了实验原理，就会选择实验器材，反之，通过器材的选择，可以检测学生对实验原理是否理解。因此学生操作实验前，先让学生选择器材，教师订正，并对一些新器材或对学生而言较难使用的器材做一说明;然后呈现实验步骤，让学生操作实验。教师巡查各小组的实验操作，有意识地引导学生养成良好习惯并严格规范实验要求。在这个环节，一定让学亲身经历实验操作过程，加深印象，进一步理解实验原理，掌握仪器的使用，切记教师代替操作。

    3. 提示方法，处理数据

    高中物理学生实验数据处理方法主要有直接比较法，平均法、描迹法和图像法。其中图像法是数据处理最常用的重要方法，其优点一是作图可以舍掉一些偶然误差较大的测量值，因此求得值的偶然误差较小，二是可以形象直观地看出两个物理量之间的关系。运用图像法处理数据要教会学生记录数据、列表、描点、作图的方法。

    4. 归纳结论，分析误差

    物理实验的结论分析包括得出实验结论和误差分析。验证性实验表述结论时，一般在结论前加上在误差范围内，探究性实验结论直接表述。分析实验误差一是分析实验原理造成的系统误差，二是分析实验操作测得数据造成的偶然误差。

    5. 改进实验，拓展延伸

    分析近几年的高考实验试题可以看出，实验命题或者是直接考查基础实验或者是对基础实验的改进或创新。因此可以通过布置仪器的改进，类似实验原理的设计，数据的不同处理方法，培养学生的创新思维和推理能力。

    （三）问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式实践

    笔者运用构建的“问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式”在所带高一年级三个班多次进行教学实践，取得了比较好的教学效果。下面是笔者在教研组内，采用构建的问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式上的一节实验课案例。

    问题引导下师生互动型物理实验课堂教学设计案例

    【教学内容】

    《探究功与物体速度变化的关系》

    【教学重难点】

    1. 探究功与物体速度变化的关系的实验原理;

    2. 打点计时器的使用，运用纸带求瞬时速度;

    3. 用图像法处理实验数据。

    【教学流程设计】

    （一）引入

    播放运动员发任意球和雪崩的视频，思考其中物体能量的转化和做功过程。

    （二）呈现学习目标

    1. 熟练掌握打点计时器的使用、运用纸带求瞬时速度和恒力做功的计算;

    2. 学习用图像法处理实验数据;

    3. 通过实验操作提高动手能力。

    （三）探究实验原理

    1. 教师引导

    2. 学生设计方案

    分组设置物理情景，使物体在恒力的作用下由静止开始运动。说明计算力对物体做的功W和小车获得的速度v的计算方法。

    3. 选择方案并明确原理

    根据已有的实验器材，选择恒力作用下小车在木板上运动，探究小车功与速度的关系。

    （1）测量牵引力对小车做的功W

    问题1：在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？

    问题2：在什么情况下，可以近似用重物的重量G代表小车受到牵引力F？

    （2）测量由于牵引力做功而使小车获得的速度v。

    问题3：如何测量小车的速度v？

    （3）寻找W与v的关系。

    问题4：如何找到功与速度的关系？

    （四）学生操作实验

    参考实验步骤：

    1. 按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力;

    2. 理好纸带，接通电源，释放小车;

    3. 换用纸带，改用重量为2G重物进行实验;

    4. 计算牵引力做功W，而使小车获得的速度v，得到几组数据。

    （五）数据处理

    以W为纵坐标，分别以v、v2和v3等为横坐标作图像，得出实验结论。

    （六）分析结论、拓展延伸

    问题5：为什么W-v2图像不过坐标原点？

    问题6：本实验中如果用气垫导轨来代替长木板，是否需要平衡小车受到的摩擦力？

    问题7：本实验中如果用力传感器测拉力，是否需要满足小车的质量远大于钩码的质量？

    问题8：本实验中如何改进实验器材，可以防止小车滑到木板另一端时冲出木板？

    【组内评课】

    本节实验课教学得到了教師的一只好评，其中几位教师的评课实录如下：

    教师1：运用足球发任意球和雪崩两段视频引入，激发了学生探究功能关系的兴趣。

    教师2：课堂教学，充分体现了以问题为线索，引导学生进行思考、交流，让全体学生参与课堂到教学的特色。

    教师3：重视实验原理的探究过程，体现了教师为主导，学生为主体的教学理念，学生参与度高。

    教师4：在学生操作实验和处理数据时，教师能巡查督导，指出学生的操作错误和不足;在学生展示实验结果时，发现学生的创新点，及时进行表扬和鼓励。

    教师5：设计问题让学生思考实验器材的改进和实验方案的创新方法，培养了学生的创新思维能力。

    教师6：本节实验课堂教学符合新课程重视学生实验探究能力和解决实际问题能力培养的目标要求。

    教师7：学生只用一种方案进行实验，若准备更多实验器材，用多种方案探究，教学效果会更好。

    三、 研究结论

    问题引导下师生互动型高中物理实验课堂教学模式，可以提高课堂教学效率，不仅能提高学生的学习成绩，而且能培养学生的学习能力。具体体现为：通过问题引导学生思考、探究和交流，充分体现了学生学习的自主性;教学以一系列的问题为线索，吸引学生的注意力，不仅能够有效培养学生对物理实验的学习兴趣，而且能潜移默化地培养学生的学习习惯，进行学习方法的指导;考虑各层次的学生，设计由易到难的问题，因材施教，使全体学生参与其中;组织全体学生参与实验操作和数据处理，能够培养学生的动手操作能力和数据处理能力;实验的拓展延伸问题能够培养学生的创新思维和创新能力。

    四、 总结

    总之，文章在新课程背景下，探究构建了问题引导下师生互动型物理实验课堂教学模式，教学案例进一步说明了探究原理—操作实验—处理数据—分析误差—拓展延伸流程设计的具体操作。研究表明以问题为线索，引导学生探索实验原理，亲历实验操作过程、处理实验数据，引导学生分析实验误差，鼓励学生拓展延伸实验创新的高中物理实验课堂教学，具有较强的可操作性，能明显提高课堂教学效率。

    参考文献：

    [1]封小超，王力邦主编.物理课程与教学论[M].北京：科学出版社，2005.

    [2]钟启泉主编.物理教育展望[M].上海：华东师范大学出版社，2002.

    [3]刘德荣，武国强.素质教育研究[J].天津教育，1999（4）.

    [4]中华人民共和国教育部制定：《物理课程标准》[S].人民教育出版社，2003.

    [5]常维国，黎勇等.主动参与课堂教学模式的构建[J].韶关学院学报（社会科学版），2005（1）.

    [6]中华人民共和国教育部制定：《新物理课程标准》[S].人民教育出版社，2017.

    作者简介：李润英，甘肃省定西市，甘肃省定西市安定区东方红中学。