优化探究式教学 促进物理深度学习

白孝忠

（江苏省苏州市吴江区笠泽实验初级中学，江苏 苏州 215200）

1 问题的提出

随着课程改革的纵深推进，探究式教学已成为初中物理教学的一种常态，其育人价值得到一线教师的充分肯定，但在实施过程中却存在着一些共性问题：比如探究设计“目中无人”，不关注学生经验基础，导致探究活动不是难度太大，就是缺乏挑战性，学生对探究不感兴趣，易游离于活动之外；又如活动组织“按图索骥”，学生被教师或活动单牵引、控制，缺乏自主性和探究性，表面上课堂气氛活跃，探究过程顺利，而实质上未能有效激发学生思维.这些问题导致探究活动处于浅层学习状态，影响了学生核心素养的培育，阻碍了学生综合能力的发展.

2 深度学习视角下优化探究式教学的策略

深度学习是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习.［1］深度 学习具有以下特征：［2］强调对知识的批判性理解，注重新旧知识的整合或联结，面向的是真实问题解决，关注对学习和自我认知的反思.探究式教学对应的学习过程本质上是一种深度学习方式，但在具体实施过程中，探究极易落入形式化的窠臼，难以发展学生高阶思维.现从促进深度学习视角，探讨优化探究式教学的路径和策略.

2.1 情境创设应突出“四性”，激发学生探究兴趣

深度学习是学生主动参与知识建构的高投入行为，课堂情境导入要能快速吸引学生注意力，在最短时间内让学生进入学习状态.深度学习理念下的情境创设要突出关联性、趣味性、互动性和颠覆性.情境的关联性，即情境不仅要和现实生活紧密联系，而且要与课堂教学核心知识紧密相关，不能只图形式上的热闹，这是情境创设最基本的原则；情境的趣味性，即情境要能吸引学生眼球，引起学生学习兴趣，实践表明物理实验、魔术表演、游戏等活动类情境更能达到这一目的；情境的互动性，即情境不是教师一个人的表演秀，要有学生参与进来，通过师生互动，增强情境的导入效果；情境的颠覆性，即能激发学生强烈的认知冲突，激起学生认知需求和探究欲望.

案例1：“电磁感应 发电机”的导入.

如图1，PVC板上固定一条长2m、额定电压为5V的LED灯带.

生：电源.

师：如果将一个线圈与灯带接通，灯带能发光吗？

生：不能.

教师操作，灯带不发光.

师：现在老师表演一个魔术，在现有条件下，能让灯带亮起来，同学们相信吗？

如图1，教师将线圈在裤子前左右摆动，灯带发光.紧接着，请一位学生做相同的动作，灯带却不亮，而当教师重新操作，灯带又亮了.

这是为什么呢？正当学生充满疑惑和好奇时，教师从裤子口袋拿出一块钕硼磁铁，顺势导入电磁感应现象，并引出要探究的问题：产生感应电流需要什么条件？

通过会计实训，能使学生快速掌握理论课所学的知识，提高学生的动手能力，为以后的择业、就业提供帮助。因此，要注重实训的真实性，加大投资力度，会计教师要积极改变传统的教学方法，创新教学模式。通过此类措施能有效提高学生的会计能力，从而满足各企业的招聘要求，缓解就业压力。

本案例从学生已有知识出发，创设了与学习内容高度关联、极富趣味性和互动性的真实情境，激发了学生认知冲突，为探究感应电流产生的条件做好情感和认知上的铺垫.

图1 LED灯带发光

2.2 探究起点应基于学生经验，促进学生反思重构

学生不是一张白纸，而是带着各自的经验走进物理课堂.学生经验是学生个体在他生活的环境里，通过与环境的交互作用而获得的.学生经验是教育的起点，是教育的途径，而学生经验的获得和持续改造则是教育的目的.［3］通过适切的情境创设和问题设计，唤醒学生已有经验，并让其充分呈现出来.在经历自主探究、反思重构过程后，完成对经验的同化或顺应.基于学生经验的探究式学习，强调新旧知识间的联结或整合，与学生原有认知和体验息息相关，所以探究过程必然是主动积极和深度参与的.

（1）基于经验，步步深探.

比如小孔成像实验，若直接提供器材让学生实验，确实能让学生获得小孔成像的相关经验，但回顾整个活动过程，主要是观察实验现象，缺少思维的参与和训练.优化后的教学过程如下.

案例2：“小孔成像”的实验探究.

光线较暗的教室内，课桌上提供光具座、蜡烛、光屏、卡片纸若干（包括中间分别开有较大尺寸三角形、正方形、圆形孔的卡片纸）、卡片纸支架等，让学生组装好器材，如图2.

问题1：将开孔的卡片纸放在点燃的蜡烛和光屏之间，光屏上会看到什么现象？

本问题在于唤醒学生生活经验，根据经验学生不难判断，光屏上将分别呈现三角形、正方形、圆形的光斑.学生动手操作，现象与猜想吻合.

问题2：如果保持孔的形状不变，将其慢慢缩小，光屏上将出现什么现象？

由于学生缺乏小孔成像的生活经验，自然推测出现象是三角形、正方形、圆形光斑将逐渐缩小.这个问题将学生前概念充分暴露出来，为接下来的认知冲突埋下伏笔.

问题3：选什么形状的孔进行探究，既能方便地将其缩小，又能控制孔的形状不变？

本问题侧重探究工具的选择，而工具的选择往往伴随着思维过程.经过讨论，学生选择了三角形孔.如图3，当卡片纸叠放在开孔卡片纸上，从上往下遮盖时，孔虽然变小，但形状基本保持不变.学生分组探究，发现孔慢慢减小时，三角形光斑逐渐变小，继而周边变模糊，最后光屏上竟出现了烛焰倒立的实像.

图3 改变孔的大小进行探究

问题4：如果改变小孔形状，会观察到什么现象？你能解释小孔成像现象吗？

学生先猜想，然后实验.卡片纸上戳出不同形状的“小”孔，仍放在烛焰与光屏之间的固定位置，光屏上的现象不变，说明“小”孔的形状并不影响成像性质.通过“大孔—小孔—不同形状小孔”的探究进阶过程，学生对小孔成像实验产生立体而深刻的认识.现象解释具有挑战性，需要学生化抽象为具体，运用“光的直线传播”知识理解这一真实情境.

（2）尊重经验，自主探索.

比如探究感应电流产生的条件，从学生经验来讲，有电流通过的证据是灯发光，或电流表发生偏转.教学设计时要充分尊重并利用好学生的这一经验，让学生自主选择器材，他们会根据经验选择灯泡、发光二极管或电流表来显示感应电流.初步探究后，发现这些器材几乎无反应，通过组织学生讨论，引发学生深度思考，可能是感应电流太小，这些器材无法显示出来，从而产生使用更小量程电流表的心理需求.此时提供灵敏电流计，符合学生认知规律，加深了学生对灵敏电流计的认识.在重要器材的选择上，本案例延迟提供教学支架，学生在经验驱动下自主探究，自我评价与反思，调整探究思路和方向，这种教学方式有利于培养学生元认知能力.

2.3 探究重点应聚焦思维发展，指向真实问题解决

科学探究应促进学生思维发展，然而在现实课堂中，因教师对探究式教学内涵理解上的偏差和对探究重点把握不当，导致教学缺乏探究味，形式大于内容.探究式教学的设计不能盲目发力，也不能平均发力，要在思维的生长点上发力.对猜想的自我否定，探究方案的设计与优化，实验数据的处理与分析等，都可能是思维的生长点，不同探究主题，思维生长点会有所不同，这些需要在深度备课中挖掘和发现.

案例3：探究二力平衡的条件.

苏科版教材内容如图4，本探究实验缺乏挑战性，学生能轻松地完成探究任务，探究过程并不能促进学生深度学习.本探究活动思维发展的着力点在探究方案的设计，教学设计的重心需要前移，即为什么用卡片进行实验？优化过程如下.

图4 探究二力平衡实验

按一般逻辑，选一物块进行研究，如图5所示，左右两侧各挂一个质量相等的大钩码，物块静止.而在某一侧加挂一个小钩码时，物块仍然静止，提出问题：该装置能探究二力平衡条件吗？学生讨论后认为：物块还受摩擦力作用，属于三力平衡问题，要减少摩擦的影响，比如将滑动摩擦改为滚动摩擦，如图6所示，将物块换成一辆小车.当在一端增加一个质量较小的钩码时，小车还是保持静止状态，说明摩擦力对实验仍然产生了影响.如何进一步优化？学生提议让小车与桌面分离，可以将小车悬挂起来，如图7所示.实验效果不理想，小车重力较大，且受3个力作用.还能怎样改进？学生建议：减小物体的质量，直至重力可忽略不计.此时，教师拿出卡片，用卡片代替小车实验，即为教材上的实验装置.实验方案的逐步优化过程，其本质为真实问题解决过程，在培养学生思维能力的同时，加深对教材的理解.

图5 方案1

图6 方案2

图7 方案3

2.4 探究增值点应瞄准成果展示，拓展思维引发质疑

学生对探究方案、探究过程或分析论证后的结论进行展示交流，为生生之间相互学习、批判质疑创造机会，为学生综合素质的发展提供锻炼、展示的平台，它是探究式教学中精彩而不可或缺的一个环节，是再次引发深度学习、彰显附加价值的增值点.给学生一个舞台，他们会还以很多惊喜.对台下的学生来讲，他们要对各小组展示的探究方案、过程、实验数据和结论等进行全方位的理解、分析，并主动进行比较和评价，从而催生出创造性想法.重视展示活动，能倒逼学生以严谨认真的态度对待探究过程，形成良好的探究习惯和素养.遗憾的是，成果展示并未引起足够重视，存在走过场、展示不充分的现象.

（1）展示探究方案，开阔学生视野.

案例4：探究浸没水中的物体上浮瞬间浮力与重力的大小关系.

因上浮的物体处于运动状态，如何测出其浮力大小是探究的难点.提供带盖的小玻璃瓶、弹簧测力计、烧杯等基础器材，可适当增加其他器材，让学生讨论玻璃瓶浸没水中上浮时浮力的测量方案.

A组汇报方案及思路：如图8，小玻璃瓶下方挂有钩码，首先将钩码浸没水中，读出弹簧测力计示数为F1，然后再将小玻璃瓶全部浸没水中，读出弹簧测力计示数为F2，则小玻璃瓶受到的浮力为F1—F2.

图8 A组方案

B组汇报方案及思路：如图9，先测出小玻璃瓶的物重为G，然后将定滑轮用吸盘固定在烧杯底部，用弹簧测力计缓慢竖直拉动小玻璃瓶，读出弹簧测力计示数为F，则小玻璃瓶受到的浮力为G+F.

图9 B组方案

C组汇报方案及思路：如图10，向小玻璃瓶中加水，直至瓶能沉入水中，通过称重法测出小瓶的浮力.因小瓶体积不变，故此时浮力大小与空玻璃瓶浸没水中的浮力相等.

图10 C组方案

通过各小组汇报交流，打开了探究思路，开阔了学生视野，培养了发散思维，同时，学生会自觉比较各种方法的可操作性、产生的误差和方便程度，选出最优的探究方案.虽然C组方案最理想，但其他方案也渗透了学生智慧，在方法上有创新之处，从长远看，有利于学生问题解决能力的提升.

（2）展示探究过程与结论，鼓励质疑批判.

科学探究是基于证据来形成解释，并将各种解释接受共同体相互批判、讨论和修改，从而构建知识的过程.［4］例如，完成“探究感应电流产生的条件”实验后，让学生展示探究过程，他们得到的结论是：当导体棒竖直上下运动时（如图11，轨迹为虚线），不产生感应电流，水平或斜着运动时产生感应电流（轨迹为实线）.这一结论得到多数小组的认同，但有小组提出质疑并上台演示实验现象：如图12，当U型磁铁竖直放置时，导体棒水平运动无感应电流，其他方向运动有感应电流.两个小组的探究结论不同引发学生热烈讨论，最终他们领悟到感应电流产生的条件还与磁场方向有关，然后在图中画出磁感线，再进一步分析、归纳和修正，直至得出正确结论.［5］

图11 磁铁水平放置

图12 磁铁竖直放置