中學物理探究性實驗教學設計(修訂版)方案

劉嵐中學物理探究性實驗教學設計回憶最難忘的一節(jié)課？為什么難忘？親身經歷—小挑戰(zhàn)〔1〕請每位老師僅用半張A4紙，加工出一個閉合的紙圈〔這個紙圈的圓周必須是紙本身的纖維連著的，不能出現(xiàn)粘結、打結等其它任何連接方式〕。紙圈的大小，必須能讓人從頭到腳從中穿過。本卷須知：1、這是個獨立完成的工程，中間不得相互交流。2、每個人只有一次時機。3、只有5分鐘時間。新疆師范大學的圖片親身經歷—小挑戰(zhàn)〔2〕

每個小組僅分配有1張A4紙，請你們集體討論，設計方案，制作出盡可能高的模型，并在模型上放置一個乒乓球。你們可以對這張A4紙進行任何裁剪加工，且只有5張標簽貼紙可以用，但不能破壞標簽貼紙。本卷須知：1、最多只能使用5張標簽紙。2、不能破壞標簽紙的完整性。3、只有一次時機，時間10分鐘。4、最終以乒乓球底部至桌面局部測量高度。分享成功的經驗和有待改進的方法。討論與交流1、科學探究？2、你眼中的探究性實驗？3、為什么要從教學設計角度來研究探究性實驗？是科學教育中的探究式學習歸納式的教學方式以學生為中心科學知識發(fā)現(xiàn)的過程提出和聚焦問題預測設計研究方案收集和獲取證據從實證中得出結論交流討論和結論有效的學習培養(yǎng)綜合心智培養(yǎng)社會情緒能力科學家真正的工作方式和內容別離的過程自我學習過程無引導過程有利于不是模擬根本要素提出問題預測尋求實證(公平試驗和觀察)數據收集和分析結論和表達試驗設計討論記錄閱讀觀察兒童原有的概念改進后的概念新的探究信息觀察科學探究是義務教育物理課程學習內容的重要局部，義務教育物理課程標準明確提出了開展科學探究能力所包含的內容和培養(yǎng)目標，按課程標準編寫的教材也把科學探究作為其內容之一單獨設立主題?？茖W探究的形式有課堂內的探究性活動和課堂外的家庭實驗、社會調查及其他學習活動，但在課堂內最主要的表現(xiàn)形式還是實驗探究。實驗的“以前〞與“現(xiàn)在〞(1)演示實驗多—探究實驗增加〔37，24，64.86%)(2)“照方抓藥〞式的實驗操作—以問題為中心的探究性實驗(3)擔憂學生不會做—主動放手讓學生做(4)師講生聽，機械操作—師生共同討論，設計方案。。。。。。仍然存在的問題(1)探究程式化(2)缺乏有效的組織策略(3)小組合作交流低效(4)探究教學目標定位不明確(5)對學生的評價方法單一主要內容：一、探究性實驗教學概述二、中學物理探究性實驗教學設計理論概述三、初中物理探究性實驗教學設計的一般過程〔阿基米德原理〕四、面臨困難及解決策略一、探究性實驗教學概述物理探究性實驗教學的概念物理探究性實驗教學是指：在學生不知道相關知識，尤其是不知道各物理量之間有何關系的前提下，在教師引導和配合下，讓學生經歷提出問題、猜測與假設、實驗設計、實驗操作、分析論證、評估、交流等過程而進行問題解決的一種物理實驗教學形式。探究性實驗教學的特點有：問題性、以實驗為根底。探究性實驗的類型

中學物理實驗大致可以分為教學演示實驗學生實驗分組實驗課內學生小實驗(邊學邊實驗)課外實驗探究性實驗探究性演示實驗探究性分組實驗探究性邊學邊實驗探究性課外實驗。探究性實驗和驗證性實驗的區(qū)別教師根據學生自己所得出的結論，實驗報告進行評價，并對過程進行觀察評價教師根據學生的答案進行近似評價實驗結果評價探究自己未知的結論驗證自己的結論實驗結論探究答案獲得所要答案實驗目的多變的。以學生為主體，讓學生遵循根本的實驗操作規(guī)程的根底上，做最正確操作方法的探究嚴格按照教材規(guī)定的操作步驟進行實驗步驟可根據學生的設計方案進行調配，學生可以進行多種實驗器材的比照探究教材規(guī)定的實驗或幾種器材實驗器材探究性實驗驗證性實驗工程初中物理探究性實驗教學模式的操作程序是否所有環(huán)節(jié)都要出現(xiàn)呢？例如，有這樣的探究性實驗教學操作程序：①創(chuàng)設物理情境、提出問題進行猜測一設計實驗方案一驗證猜測一知識應用；②提出研究課題一組織實驗探究一組織討論一穩(wěn)固練習和考核；③啟發(fā)質疑一實驗探索一穩(wěn)固擴展；④教師引導一交流討論一探究實驗一解決問題峙得出結論等等。因此，探究性實驗教學模式的操作操序不是呆板的、僵困的，而是靈活的。探究性實驗教學模式的具體操作操序以“研究水的沸騰現(xiàn)象實驗為例：教師可以設計如下的探究活動；每2~3人為一個小組，提供燒杯、鐵架臺、酒精燈、溫度計等器材。

(1)提出悶題：對水進行加熱時，水的溫度隨時問會發(fā)生怎樣的變化?

(2)與組內的同學共同制定一個實驗方案來研究這個問題。

①你的實驗需要哪些器材?

②你在實驗中需要進行哪些操作?

③你在實驗中需要記錄哪凡個數據?

④設計一個實驗數據記錄表，用于記錄實驗數據。

(3)與其他同學進行交流，看看誰的設計方案更好。

(4)采用大家認為較為可取的實驗方案進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象。(5)根據實驗記錄的數據，得出結論：

(6)你能用別的方式反映水溫度變化的規(guī)律嗎?

(7)你在實驗中還看到什么現(xiàn)象7

(8)你能解釋實驗的結果嗎?‘

上述探究活動中，從提出問題—實驗設計一實驗操作—實驗結論，表達出了學生的獨立思考以及學生之間的合作交流的特點，可以說是一節(jié)很好的探究性實驗課。探究性實驗課題與相應的重點探究要素

二、中學物理探究性實驗教學設計理論概述教學設計(1〕教學設計研究教與學的關系(2)教學設計研究教與學的目標(3)教學設計研究教與學的操作程序和策略初中物理探究性實驗教學設計的原那么1、學生自主與教師指導相結合的原那么2、科學性原那么3、表達交流與合作的原那么4、激發(fā)興趣的原那么初中物理探究性實驗教學設計的一般過程

修改設計方案探究性實驗課題教學內容分析與教學資源分析教學目標的制定學習者分析教學策略設計教學過程設計教學評價和反思1.探究課題的選擇

阿基米德原理是初中物理知識中的一個重要物理規(guī)律，是初中物理課程的重要教學內容。傳統(tǒng)物理教學中對這一內容的教學多采用傳授式教學方法，即教師通常是在引入問題之后，直接用演示實驗得出結論，缺乏學生猜測、設計實驗驗證的環(huán)節(jié)，學生對這一結論的得出會感到很突然。這樣于急于追求對知識點學習的做法很難使學生對阿基米德原理的內容有深刻的印象，往往是停留在死記原理內容、生搬硬套公式的水平，不利于對學生進行科學方法的教育。因此，該課題教學應采用探究教學方法，使學生明白阿基米德原理這一知識的生成過程，更深刻的理解這一原理的內涵，同時有利于學生對科學本質的認識。

2.教學內容及教學資源分析

①教學內容分析課程改革后編寫的各種版本的初中物理教材在對阿基米德原理這一局部教學內容的編排過程均表達了讓學生探究性學習的教學思想，這與?物理課程標準?的要求是一致的。人教版初中物理教材對這一內容的教學安排是：首先讓學生動手實驗去體驗浮力的存在及其變化，在此根底上讓學生猜測浮力的大小可能跟什么有關，進而自然過渡到實驗設計的環(huán)節(jié)，再通過學生實驗得出結論(即阿基米德原理)。②教學資源分析本課題的探究需要用到較多的實驗器材，需要學生動手實驗，學校有專用物理實驗室和本實驗需要用到的實驗器材，學生用的實驗器材包括：彈簧測力計、木塊、石塊、細線、橡皮泥、溢水杯、量筒、大燒杯、小桶、塑料瓶、水、酒精等。教師演示用器材：鐵架臺(1個)、大彈簧測力計(1個)、石塊(1個)、細線、大小燒杯(各1個)、溢水杯(1個)。學生實驗器材有16套，實驗桌16張，而班級人數是51人，分16個實驗小組，其中13個組是每組3人，其余3個組每組4人。①知識與技能目標：通過探究學習，知道浮力的大小等于什么(阿基米德原理)，會正確使用彈簧測力計或量筒等測量儀器。②過程與方法目標：經歷探究浮力大小與什么因素有關的過程，學生能嘗試根據經驗和已有知識對影響浮力大小的因素提出猜測，知道使用控制變量法來研究問題。③情感、態(tài)度、價值觀目標：在動手動腦過程中，表現(xiàn)出對物理和生活的興趣以及對科學的探索精神；學生在探究中有交流與合作的愿望、熱情。3.教學目標的制定

4.學習者分析

學生在學習本課題內容之前已經學習了二力平衡的知識，在教學中教師要喚起學生對這局部知識的回憶，以便利用該知識對浸入液體物體的受力情況進分析。學生頭腦中存在著關于浮力的學前經驗，有些經驗是片面的、不科學的，如看到木頭浮在水面上而鐵塊沉入水底的現(xiàn)象而形成浮力的大小與物體的密度有關的錯誤認識。但有些經驗會促進新知識的學習，例如，許多學生有過游泳經驗以及在河里、海里或游泳池里從淺水區(qū)走向深水區(qū)的經驗，知道曹沖稱象的故事，這些經驗知識會有利于學生提出浮力大小跟物體排開液體體積有關的猜測。教師應給于學生提出問題或猜測的時機，暴露學生自己原來的觀念，并給于學生驗證猜測的時機。首先創(chuàng)設問題情境，用實驗手段讓學生認識下沉的物體也受浮力。然后在學生動手實驗的根底上，引導學生根據生活經驗對浮力的大小與哪些因素有關提出有根據的猜想。教師安排學生通過討論并在動手實驗的根底上去驗證猜測，然后引導學生通過分析、歸納的方法提出物體所受的浮力跟它所排開液體的重力相等的假設。最后讓學生分組進行實驗設計和實驗操作去檢驗這一假設。在教學的各個環(huán)節(jié)中，教師要促進學生主動地思考并給學生討論、交流的時機。在整個教學過程中，教師還要注意利用學習性評價方法對學生的探究活動進行評價。5.教學策略設計

6、教學過程設計①創(chuàng)設情境、認識浮力．教師展示“死海上的人在悠閑地看書"的投影，引導學生提問：為什么人可以浮在水面上?下沉的物體是否受浮力?教師演示實驗；用細線系住小石塊把其掛在測力計的掛鉤上，并且用手稍微用力向上托石塊，讓學生觀察這時測力計的示數變化，然后將小石塊浸入水中，觀察測力計示數的變化。引導學生根據二力平衡等知識判斷浮力的存在及大小，最后得出結論：水中下沉的物體會受到一種向上托的一種力也即是浮力。②提出問題及猜測由教師提出問題：利用“稱重法"可以測量浮力的大小，浮力大小可能和什么因素有關呢?學生動手實驗：①把空的礦泉水瓶慢慢浸入水中，感受浮力的大小變化；②往清水中參加足夠多的鹽，雞蛋由沉變浮。在動手及觀察體驗的根底上并結合已有的生活經驗，要求學生對影響浮力大小的因素提出猜測，同時讓學生說出猜測的根據，歸納出有待驗證的3個猜測即：物體浸沒在液體中的深度；液體的密度：物體排開的液體的體積；物體的形狀。③驗證猜測小組討論驗證猜測的方法，并把驗證猜測的任務分攤到不同的小組，每小組只驗證其中的一個猜測。實驗過程中教師要提示學生如何控制變量。驗證猜測的方法有：a.利用“稱重法〞測量浸沒于水中不同深度的石塊所受浮力大小，驗證浮力的大小與浸沒時所處的深度是否有關。b．利用“稱重法"測量石塊浸入水中的體積不同時所受浮力’的大小，驗證浮力的大小是否與排開水的體積大小有關。c.利用“稱重法〞分別測量網一個石塊浸沒水中和浸沒酒精中所受浮力大小，驗證浮力大小與物體所排開液體的密度是否有關。，d．將同一橡皮泥做成兩個不圊的形狀，然后用“稱重法’’分別測量它們浸沒到水中的浮力大小，從而看出浮力的大小和物體的形狀是否有關。總結各小組的驗證結論：物體所受浮力的大小與排開液體的體積和排開液體的密度有關，跟物體浸沒時所處的深度、物體的形狀無關。e.建立假設引入曹沖稱象的故事，并讓學生思考“浮力的大小與排開液體的體積和排開液體的密度’’這一結論說明浮力的大小與待么力有關昵?注意引導學生與溜的知識相互結合，利用“推導法〞解決這一問題。利用已有知識進行推導，

最后確立假設：浮力的大小等于排開液體的重力。⑤實驗設計引導學生圍繞“如何測浮力、如何測排開液體的重力〞來討論實驗方案的設計。利用“稱重法〞可以測量出物體所受浮力的大小；收集排開液體的方法可能有：a．先用彈簧測力計測量小空桶重，然后用彈簧測力計測桶和溢出水的總重，再相減即得G排。b．將排開的液體放入量筒中，利用公式m=pV求解排開液體的質量。c．直接用塑料袋接取溢出的液體，用測力計測出塑料袋和溢出水的總重即相于G排。⑦分析論證．學生對實驗數據進行分析，得出實驗結論，也就是二千年前阿基米德所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，同時證明了前面的假設是正確的。⑧評估與交流引導學生小組交流、討論實驗過程中存在的問題和收獲，分析實驗操作上的錯誤和實驗結果的誤差來源。7.教學評價

①對學生探究學習的學習性評價方法采用口頭任務法，給學生表達對諸如“影響浮力太小的因素是什么"等問題的看法的時機，對學生自己提出的設計實驗方案鼓勵性評價；還可以提供評價表(表1)讓學生進行自我評價和小組評價。②教師的自我反思本節(jié)課以探究浮力的大小與什么因素有關這一主題為線索，合理安排教學內容，無論是教學環(huán)節(jié)的安排還是問題的設計、教學策略的選擇，都將學生主體作用的發(fā)揮放在首要考慮的位置，教師充分表達出了作為學習活動的組織者、引導者和參與者的作用，根本完成了預定的教學目標。在用實驗驗證浮力跟物體排開液體的重力是否相等的過程中，學生展現(xiàn)了一些個性化的做法：有些同學在往溢水杯中放物體的同時，測出了物體所受浮力和物體排開液體所受重力；有些同學是先在大燒杯中測定物體全部浸入水中所受浮力，然后再利用溢水杯測定物體沒入水中時排開水所受重力。教師對這些做法都給予了贊同。其中一個小組同學還提出了如圖2所示的實驗設計方案，該方案用聚苯乙烯泡沫塑料塊做器材，由于它很輕，其重力可以忽略不計，然后通過定滑輪，用彈簧測力計拉塑料塊沒入水中，通過圖中兩個彈簧測力計的示數比較，就可以得出浮力的大小跟物理排開的液體重相等。初中物理探究性實驗教學組織形式

初中物理探究性實驗教學評價方法

1、學生探究性實驗學習評價(1)評價內容〔參照課程標準〕A.對知識和技能的評價B.對過程和方法的評價C.對情感態(tài)度與價值觀的評價(2)評價方法A.口頭任務評價法在提問的時候應以開放性問題和“以人為中心〞的問題為主。提問方式不一定要求學生給出“正確’’答案，而是引出學生對某一問題的觀點，如問學生：“滑動摩擦力跟接觸面間的壓力有關嗎，你是怎么認為的?一，就比直接問“滑動摩擦力跟接觸面間的壓力有關嗎?"更容易于激發(fā)學生說出自己對問題的真實想法。再比方，問學生這樣一個問題：“有人說物體所受浮力的大小跟物體的體積有關。你同意不同意?〞這種提問方式是使學生做出非此即彼的選擇，因為它是一個封閉性問題。如果把問題變成“有人說物

體所受浮力的大小跟物體的體積有關。你怎么看?〞，那么效果完全不一樣，這一變化，原先封閉性問題就變?yōu)殚_放性和“以人為中心的問題"的問題，更能鼓勵學生做自己有思考的答復，教師也能從其答復中了解學生對知識的理解程度和運用的思維方法。B.學生自評和互評探究性實驗自我評價調查表探究性實驗學習評價表探究活動小組自評表教師通過課堂觀察和學生實驗探究記錄單對學生進行評價教師應對記錄單的信息進行及時批閱，并寫出評語，評語中應肯定學生做得好的地，錯誤的地方要給予指正，對記錄不全或缺乏的，要告訴他們如何該迸，催促他們深學習并取得進步。此外，在批閱時，不宜給分數或寫出等級，因為一般來說，以分數為反響信息的結果會使學生把注意力集中在把自己與他人進行比較上，反之給學生提供需要改迸的反響信息那么能夠激發(fā)學生對學習本身進行思考以及如何改進學習。探究性實驗教學設計方案的評價

初中物理課堂探究性實驗教學教師自我評價表四、面臨困難及解決策略困難(1)課時有限和對教學效果的擔憂。(2)實驗室資源缺乏帶來的困難，特別是在農村學校(3)教學評價形成的阻礙(4)教師對學生探究能力、科學和探究教學的本質認識問題提高探究教學效率、解決探究教學受課時限制的策略

(1)提高探究教學效率的策略策略一：使學生掌握好實驗儀器的根本操作技能例如，在“探究串聯(lián)、并聯(lián)電路中的電流規(guī)律籜實驗課之前，學生應知道電流表的使用攬那么，會識別電流表示數，做過把電流表、開關與其它用電器串聯(lián)起來的簡單實驗，否那么學生在這節(jié)實驗課上會“在電流表指策略二：完善實驗室制度，‘明確實驗行為標準(2)解決探究教學受課時限制的策略采用單元式實驗探究教學設計策略可以在一定程度上緩解這一矛盾。

例如，人教版初中物理新教材八年級上冊?透鏡及其應用?一章的主要內容是在前三節(jié)。第一節(jié)內容是介紹透鏡概念及透鏡對光線的作震：第二節(jié)內容是透鏡在生活中的應用：第三節(jié)內容是凸透鏡成像規(guī)律的探究。筆者認為可以把這三節(jié)內容進行整合，整合后的內容安排是：第一節(jié)，把原來第一節(jié)和第二節(jié)的內容進行整合，把原來第二節(jié)豹內容進行適當壓縮，主要讓學生觀察各種利用透鏡的儀器，在觀察的根底上，引導學生提出問題及其猜測，譴學生課后完成檢驗拖們的猜測的實驗方案。第二節(jié)，實驗操作；三節(jié)，交流總結，進行實驗結論的穩(wěn)固練習，進一步認識凸透鏡成像規(guī)律在照相機、〔3〕大班額探究教學的策略解決大班額教學帶來困難的一個有效方法應是是將全班同學分成假設干小組，充分發(fā)揮小組合作的功能。對于需要答復、交流的問題，首先安排在小組內進行發(fā)言、討論，然后教師讓小組成員的代表在班內發(fā)言。這樣可以在有限的時間內讓每位學生都有表達自己意見、培養(yǎng)表達