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1、探讨高中物理探究课的教学环节设计 摘 要：浙江省高中物理课程适合开设探究课的教学内容有15课，涉及必修1、必修2、选修3-1、选修3-4、选修3-5等高中物理教材。研究如何上好探究课，对教师而言是十分有必要的。笔者以一次教研活动中两位教师开设的同题异构课探究弹性势能的表达式为例，探讨了探究课普适的教学环节设计。 如表1所示，浙江省高中物理课程适合开设探究课的教学内容有15课，涉及必修1、必修2、选修3-1、选修3-4、选修3-5等高中物理教材。研究如何上好探究课，对教师而言是十分有必要的。笔者以一次教研活动中两位教师开设的同题异构课探究弹性势能的表达式为例，探讨了探究课普适的教学环节设计。 1
2、 探究弹性势能的表达式教学要求（表2） “基本要求”是指全体学生在模块学习期间都要达到的要求；“发展要求”既是部分学生在模块学习期间可以达到的较高要求，也是通过复习后所有学生应该达到的要求；“说明”是对教学深广度的界定。 A课堂在基本要求上用时42分钟，在发展要求上用时3分钟。B课堂在基本要求上用时30分钟，在发展要求上用时15分钟。A课堂在发展要求上基本是一笔带过，有能力、兴趣的学生可以课后钻研。A课堂应该对本校学生十分了解。B课堂教师来自另一所重点中学，在发展要求上已一步到位，但从上课的实际效果看，发展要求的内容很难引起学生共鸣，B课堂的大部分学生难以企及发展要求所需的能力。 2 两堂课的
3、教学环节对比 以下对比内容按照上课进程呈现。 2.1 引 课 弹性势能引入，如表3所示（注：之后内容，压簧是压簧模型简称；拉簧是拉簧模型简称。）。 A课堂引课中规中举：演示实验引入正题，以往演示实验器材是由教师准备的，A课堂的演示实验器材完全由学生制作，对学生有更多的吸引力，演示实验由教师完成。弹性势能通过引课引出，从学生反应看，学生初步知道了弹性势能。A课堂试图通过三幅图片说明弹性势能与型变量有关，但因学生未能体会，没有成功。A课堂细细品味，引课实验观看的弹跳蛙，等效于观看弹簧（弹跳蛙）的直接运动，而非弹簧作用的物体。 B课堂引课突破在于演示实验完全由学生完成，听课学生的关注度高。引课引出了
4、弹性势能，以及弹性势能与形变量和劲度系数有关。引课实验是弹簧（弓弦）对物体（箭）的作用。 本节课的研究手法是通过弹簧与物体间的相互作用，通过物体能量变化的情况来研究弹簧弹性势能，而非弹簧本身能量变化情况来研究弹簧弹性势能。 两个课堂进行对比：A课堂在学生参与，研究对象（物体，而非弹簧本身）上准备不足；B课堂相对准备充分。 2.2 探 究 探究弹性势能与哪些因素有关？ 2.2.1学生猜想（表4） A课堂开始阶段，学生仅限于课桌空间弹橡皮筋，气氛略显沉闷，教师在小部分学生启发下，鼓励全体学生往讲台弹橡皮筋，学生气氛马上活跃，学生入课了。但看本质，由于教师预先限定的弹射范围（课桌空间内），大部分学生
5、在水平面内弹橡皮筋，能在竖直面内进行弹射的极少。教师也没有及时指导学生在竖直面内弹射橡皮筋，这对之后学生的猜想影响极大。 若教师设计得细致些，可以让学生弹橡皮筋比谁弹得远，比谁弹得高，并可以着重学生在弹得高上下功夫，A课堂核心实验的宗旨是弹簧弹性势能与小球重力势能间的转化。 细细一想，弹橡皮筋实验直接研究橡皮筋（弹簧）本身，而非橡皮筋作用的物体，若加上纸做的子弹，组合成手型橡皮筋枪（弹簧与物体间相互作用），比比谁能将子弹弹得高，那效果就会更激烈。 在学生猜想、设计测量弹性势能的方案阶段，教师提问了3名学生（2男1女），学生提供的全是拉簧模型，2名学生在水平面内研究，1名学生在竖直面内研究，可见
6、之前弹橡皮筋的影响力。其中有点靠谱的学生这样研究：悬挂于竖直弹簧（拉簧）的物体处于静止状态，其重力势能等于弹簧的弹性势能。学生提供的思路与弹性势能的测量相距甚远。弹性势能如何测量对学生是难点，3名学生的猜想几乎都与之后的定量实验无关。这种方式过渡，教学进程容易卡壳。 B课堂是在教师给定框架模型内进行探究，教师给定模型“水平面内研究压簧对小车作用”，学生进行分组定性实验。这种探究方式在课时有限时，教师能做到收放自如；在综合难度大，知识跨度大的场合，这种处理方式还是十分有效的。但B课在猜想上只提问了1名男生，并且是在其他学生座位还没坐定时进行提问。之后的定量实验，是由教师与学生互动引出。这种方式过
7、渡比较流畅，且易于掌控。 2.2.2定量实验探究（表5） A课堂定量实验通过小球重力势能研究压簧弹性势能。实验由教师与1名男生共同完成。教师操作实验器材，男生读出小球在压簧作用下，上升到最高点时对应的刻度尺数据，讲台下的学生记录实验数据。 实验重心：压簧劲度系数一定，不同形变量情况下，压簧对应的弹性势能不同。实验的数据处理完全由教师在Excel中完成。压簧形变量一定，劲度系数不同，教师做了两个压簧的对比实验。A课堂实验效果明显，能量转化方面无需在课堂内补充新知识。 B课堂定量实验：通过滑块动能研究拉簧弹性势能。教师只在开始阶段指导学生如何实验。定量实验只做了拉簧劲度系数一定，不同形变量情况下，
8、拉簧对应的弹性势能。实验开始后，教师只在一旁关注，全程由学生独立完成。4名男生分工如下：1名男生负责移动滑块，稳定后释放滑块；1名男生负责保护运动中滑块；1名男生负责释放滑块处刻度尺数据及滑块挡板经过光电门的时间数据的读取；1名男生负责在电脑Excel中记录相应实验数据。实验的数据处理完全由教师在Excel中完成，学生只是充当观众角色。另外，形变量一定，劲度系数改变的情况，教师通过两根粗细不同的压簧展示，口述完成。在能量转化方面，教师花了一些时间补充了动能的知识。 弹簧弹性势能与形变量的定量关系，两个课堂处理手法如出一辙，在Excel中，纵坐标为能量（重力势能或动能），横坐标为形变量，进行描点
9、，图像出来后，问学生象什么，两个课堂，能回答的学生都说抛物线，进一步研究弹簧弹性势能与形变量平方的关系。在Excel中，纵坐标为能量（重力势能或动能），横坐标为形变量平方，进行描点，发现点几乎落在一条直线上，由此推出，弹簧弹性势能与形变量的平方成正比。 A课堂演示实验一改以往完全由教师完成的旧态，教师请1名男生辅助读数，讲台下的学生有所关注。 B课堂演示实验完全由学生来做，教师只在边上观察，台上学生认真实验，台下学生注意力集中。 建议：数据处理阶段，在研究弹性势能与形变量平方关系这个问题上，教师可以把时间交给学生，让学生在坐标纸上描点探究，数据处理虽然繁琐，但教师也不应一手包办，一定有学生可以
10、参与的数据处理部分。 2.2.3理论探究 理论探究弹性势能表达式（表6）。 A课堂中，因时间关系，讲得简略，这是由于教师在功这一节中已有相关知识的讲述，故直接套用图像法，画出弹力与位移变化的关系图，通过求面积得到弹性势能表达式。 B课堂中，教师以斜面上运动的物体为例，物体以一定初速度冲上粗糙斜面，到达顶端后又滑回初始位置，全过程中，重力做功为零，摩擦力做功为2fS，引出变力做功要分段算，再由此引出微分思想。又以匀变速直线运动v-t图中面积为位移的微积分推导为例，引出积分法，借助图像得到弹性势能表达式。 2.3 实验模型，两个课堂压簧、拉簧模型情况（表7） 2.3.1两个课堂弹簧模型使用优点 A
11、课堂引课的压簧实验（弹跳蛙），结尾的压簧弹性势能图像法推导，与课堂中定量压簧实验前、中、后呼应。B课堂引课拉簧实验（射箭），结尾的拉簧弹性势能理论推导，与课堂中定量拉簧实验前、中、后呼应。 2.3.2两个课堂弹簧模型使用缺点 A课堂重心在压簧实验，在学生猜想前，做的却是拉簧实验（弹橡皮筋），学生猜想阶段，出现的全是拉簧模型。能量转化上重在研究弹性势能转化为重力势能，却在猜想前，让学生在水平面上弹橡皮筋，研究的是弹性势能转化为动能。B课堂重心在拉簧实验，在学生猜想前，做的却是压簧模型实验（水平面内压簧对小车作用），重在研究弹性势能转化为动能，却在猜想前，谈的是弹性势能与内能之间的转化。探讨弹性势
12、能与劲度系数关系时，拿出的却是两根压簧。 笔者建议，引课和结课时，各种弹簧模型使用不受限制，但在学生猜想前，弹簧模型的选择却要做限制，要与定量实验模型一致，否则容易造成学生猜想与接下来的定量实验相距甚远，学生猜想的有效性会打折扣。 2.4 两个课堂互动学生的性别主要集中于男生，互动学生座位区域集中 A课堂，男教师提问男生2名，女生1名，参与演示实验男生1名，互动女生比例25%。互动学生的区域主要集中于讲台右侧。 B课堂，女教师提问男生1名，参与演示实验男生5名，互动女生比例0%。互动学生区域集中于教室第一排。 2.5 教学语言 A课堂教师语言简炼，B课堂教师相对拖沓，伴有“对不对”、“是不是”
13、等口头禅。 教学环节设计，B课堂更胜一筹。学生参与度、关注度，B课堂明显较高。但都有局限，对女生重视不够。课堂中核心的定量实验，殊途同归，都是从能量转化出发，由其它形式能研究弹性势能。一堂公开课，虽是由上课教师完成，但它却是集体智慧的结晶，从另一个层面反映了上课教师所在教研组的积淀。 3 探究课的教学环节设计建议 通过两节同题异构探究课对比，可以看到集两大教研组力量，磨出的课如此相似，探究课是有一定规律可循的，可以有相对通用的教学环节设计。 探究课通常在1节课里完成，时间紧、任务重。让学生对一个相对陌生的领域进行研究，得出定量结论，没有教师的参与、引领，是不可能完成的。虽然很多时候，我们无法做
14、到真探究，但能让学生体会探究过程，体验探究乐趣，那物理探究课程的宗旨也就达到了。以下探讨的教学环节设计按照备课流程呈现。 3.1 定量的探究实验 探究课的核心，即定量的探究实验，可以是演示实验，最好是分组学生实验。探究，讲究的是学生身体力行，而不是让学生只做一个看客。笔者认为，只要定量的探究实验没有出炉，其它教学环节的设计就难以展开。探究课有没有突破，内行看的就是这个定量实验。定量实验设计所需遵循原则：可视化、易操作、实验数据误差小、便于携带。 实验人员配置有以下几种：完全教师操作、师生共同操作、几个学生一起操作、学生分组实验（人员配置，按有利于课堂气氛的顺序进行排序）。 纵观省市级别的探究课
15、，笔者常能看到“新、奇、特”的定量实验。定量实验虽各有千秋、各自精彩，但物理探究结果具有一致性。定量实验凝聚着校级教研组、市级教研力量、省级教研力量的心血。 定量实验的数据处理，可以在Excel中完成，但最理想是学生在坐标纸上描点处理，就功利角度而言，实验数据的描点处理连线，也是近些年来高考考查的重点和热点。 3.2 学生猜想 学生猜想由两部分组成：学生猜想之前的定性实验；根据定性实验，学生展开的猜想。 3.2.1学生猜想之前的定性实验 定性实验，应能启发学生思维。学生猜想前进行的定性实验，一定要与猜想之后的定量实验高度相关。简而言之，就是定量实验的简化版。这样有助于学生猜想，学生的猜想也最容
16、易接近之后的定量实验，否则容易降低猜想效果，极易造成学生猜想与定量实验的严重脱节。 3.2.1根据定性实验，学生展开的猜想 学生猜想、探究内容由定性到定量。学生猜想不能瞎猜胡想，猜想是有条件的，通常最好的依据是学生生活经验，但其离课程内容相距甚远，比较有效的方法是教师搭建定性实验平台，拉近学生体会与猜想目标的距离。 学生猜想前的定性实验设计的重要性仅次于定量实验设计。 3.3 引课 引课的必要性：几分钟，抓住学生注意力，使学生兴奋起来，课堂气氛立即活跃，何愁没有良好的师生互动。一堂学生喜欢，教师轻松的课，良好的引课是关键。 引课内容由好至更好的排序如下： （1）图片或视频等多媒体展示。 （2）
17、各种实物模型展示。 （3）演示实验。 建议内容应喜闻乐见，不应偏离学生生活太远。演示实验能由学生完成的，教师绝不参与，这样有助于全体学生课堂关注度提升。引课过程中，可以有各种各样的演示实验展示，但是，教师有必要抓住其中一个进行着重分析，这样才有可能在热闹中抓住重点。 3.4 理论探究 在学生数学知识允许情况下，进行理论探究，探究模型尽量与定量实验吻合。 3.5 互动学生选择 课堂中互动学生的选择：笔者倾向于学生来自教室不同区域，男女生均衡或偏重女生的方式。物理的性别特征是女生学习偏弱，在有限时间及条件下，应尽最大限度惠及各类学生。 教师是探究课的灵魂。同样的课，同样的教学环节设计，不同的教师，会上出不同的水准。