初中物理探究行为设计与组织要点&以“动能、势能与机械能”为例_初中物理论文

初中物理“探究行为”的设计重点与组织要点——以“动能，势能，机械能”为例，本文主要内容关键词为：机械能论文,势能论文,动能论文,为例论文,要点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      笔者认为，课堂教学评价的效度取决于课堂的组织和评价点设计。为使评价结果促进学习，需要构建以“探究行为”为核心学习行为的初中物理课堂（以下简称“行为课堂”）；笔者也重点研究了学生“探究行为”的先行设计、有效导引、课堂组织、科学评价，以让学生在经历探究中更好地领悟科学方法、培养探究能力，提高物理课堂学习效益。本文围绕初中物理中的《动能 势能 机械能》课例，介绍笔者对“探究行为”的先行设计与“课堂组织”的相关探索。

      一、“行为课堂”的主旨：激发纯粹兴趣和发展探究思维

      （一）激发对科学纯粹的兴趣

      《义务教育物理课程标准（2011年版）》将“保持探索科学的兴趣与热情”列入课程总目标，情感、态度、价值观的首要目标是“有学习物理的兴趣，有对科学的求知欲，能保持对自然界的好奇”。黄恕伯老师在《物理教学顶层设计的思考》中反复强调：培养学习兴趣是中学物理课程的重要目标，是初中物理课程的首要目标。为激发兴趣，在操作层面上物理课堂要让学生动起来，这里的“动”是有目的的实验、研讨或思维的交流，其集中的体现就是“探究行为”。

      （二）发展探究能力和思维品质

      初中物理重在让学生在经历探究中领悟科学方法、培养探究能力。学生探究能力的培养不可能只通过理解就能实现，学生必须经历探究的过程，在这个过程中，学生要有相关的“探究行为”，某一方面的基本能力一定是和相关的行为联系在一起的。因此，要关注学生的发展必须关注学生的“探究行为”。[1]

      笔者所在区域使用的教学载体是刘炳昇教授主编的苏科版初中物理教材，该教材在编写时把“探究活动”作为“构建物理基本知识结构、提高学生科学素养、体现课程理念”的主线，良好的载体为“探究行为”成为课堂核心学习行为搭建了平台。

      简言之，无论站在课程目标的高度，还是着眼物理教学的本质特征，抑或立足教材这一基本的课程资源，都需要“构建以‘探究行为’为核心学习行为的初中物理课堂”。

      二、“探究行为”的设计：重点考虑探究行为发生的载体

      （一）学习目标的制定

      探究教学作为一种教学组织方式，首要考虑的应是准确解读课程标准的要求，在分析教材和学生学情的基础上，把课程标准的要求分解为具体课时学习目标。学习目标通常包含以下四个要素：行为主体（默认为学生）、行为动词、行为条件和表现程度。就行为动词而言，“行为课堂”中常用的技能性目标行为动词有“会测量、会使用、会选用”等，常用的体验性目标行为有“观察、经历、探究”等。

      案例1：“动能势能机械能”学习目标的制定

      课标要求：知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。

      教材编排：教材先后安排了三个探究活动：探究动能大小与哪些因素有关、模拟打桩、观察摆球动能和重力势能的转化，其中第一个是重难点，对学生探究能力有较高要求，需安排学生分组实验。“生活、物理、社会”安排了一段“大海中蕴藏的机械能”的短文，使学生了解到在大海中还有巨大的能源有待我们去开发。教材中还编排了4个实例分析和2个小制作，可作为学习评价的载体和课堂学习的延伸。

      学生分析：由于动能、重力势能、弹性势能在八年级的学习中已经出现，有关它们的一些现象，学生并不陌生。“定性探究决定有关能量大小的因素”，对学生制定实验方案、分析论证等探究能力有较高要求。“动能和势能的相互转化”，对学生而言既陌生又抽象。

      基于以上分析，本节教学应注重实验探究（分组实验、演示实验、观察与分析），加强物理与生活、社会的联系，着力构建以学生的“探究行为”为核心学习行为的初中物理课堂。学习目标如下：①通过探究，知道动能的大小与物体的速度和质量有关。②通过观察和实验，知道弹性势能与弹性形变大小有关；通过探究，知道重力势能的决定因素。③通过观察和实验，了解动能和势能的转化过程，并能简要说明一些有关动能与势能相互转化的物理现象。

      （二）思维载体的设计

      认知心理学认为，“行为”是“思维”的体现，“行为”又可以促进“思维”的创新，“行为”与“思维”结合的纽带就是“有价值的问题”。[2]为使思维活动既连贯又不乏跃迁，应将问题整合成具有内在逻辑的问题链。

      案例2：“动能势能机械能”问题链设计

      问题链1：概念建构（探究活动的准备）

      下列物体是否具有能量？你是如何感受到的？

      运动的锤子将铁钉钉入木板（动能）；拉长的橡皮筋能将子弹射出（弹性势能）；被举高的砖块能使小桌陷入沙子中（重力势能）。

      问题链2：提出猜想、设计实验（探究行为的设计）

      ①以小车为研究对象，怎样让它运动起来？②如何显示小车的动能大小？③根据生活经验，动能大小可能与哪些因素有关？④怎样研究上述因素对动能大小的影响？

      问题链3：应用（探究结论的应用）

      ①为什么要规定汽车行驶的最大速度？为什么卡车限速要低一些？②为什么建造水电站时要建造拦河大坝将水位抬高？

      问题链要围绕“探究行为”系统地设计，要利于探究行为广泛、有效地发生。

      以上问题链与“探究行为”的关联如图1所示。

      

      （三）资源载体的设计

      物理课程的实践性很强，“行为课堂”倡导把实验作为核心的课程资源，让实验教学成为全面提升学生科学素养和体现课程理念的重要途径。

      案例3：“动能 势能 机械能”实验设计

      学生分组实验1：探究动能大小与哪些因素有关（如图2）

      

      本实验研究的对象是小车，而观察的对象是木块被撞击后移动的距离，因此需要引导学生认识到木块移动的距离越大，小车撞击前的动能越大，但不必深究在撞击过程中能量转移的过程。为了让学生接受“质量不等的小车从同一个斜坡的同一高度释放，运动到水平面时，它们的速度大小相等”这一信息，教师可增加一个演示实验：去掉木块，让两个质量不等的小车同时从同一高度滑下，可以发现两个小车的运动情况是一样的。为了提高实验效果，建议在木块的撞击面上垫一层泡沫塑料。[3]

      学生分组实验2：观察摆球动能和重力势能的转化（如图3）

      

      学生实验前，先让学生观察并讨论上抛小球在上升阶段和自由下落阶段动能与势能之间的转化情况，为下一步过渡到观察比较复杂的摆球摆动实验做好铺垫。学生实验过程中，要指导学生在适宜角度释放小球，避免与铁架台发生碰撞。实验分析时，引导学生着眼于影响动能、势能的因素（如速度、高度等），从而掌握分析动能、势能转化情况的一般程序。

      教师演示实验：魔罐（如图4）

      

      本课魔罐的身影共出现三次。一为激趣：课堂伊始，从倾角较小的斜面释放魔罐，观察到魔罐滚下斜面，然后自动返回，又冲上斜面，与学生已有生活经验形成强烈冲突，激发探究兴趣。二为释疑：在观察与分析动能、势能相互转化的若干实例后，撕掉魔罐外表面包裹的纸张，观察到魔罐内有钩码和橡皮筋，发现滚动过程中橡皮筋会扭曲（弹性形变）、返回过程中又恢复原状。三为延伸：课堂小结后，再演示魔罐实验，观察到魔罐往复滚动，且滚动幅度逐渐减小直至最终停止，引导学生课后思考机械能守恒的粗略条件。

      学生演示实验：模拟打桩（如图5）

      

      选用玻璃容器盛沙，以便于观察“桩”被打下的深度。“桩”可用演示压强的小桌来替代。“重锤”的质量适宜，可用大小不等的砖块。实验演示操作中，学生站上讲台面对同学们，砖块平落以免撞击后小桌歪斜，用不同颜色粉笔在桌脚标记以便直观比较下陷深度。

      实践发现，在开发实验资源时要特别关注以下两点：一是不同学段探究能力目标的层递性，其中八年级更加注重观察和描述、提问和猜想、操作与信息收集、交流与合作，九年级除继续关注以上四项外，逐步关注设计实验、信息处理、分析概括并提倡评估。二是不同实验类型探究能力目标的侧重点，其中演示实验侧重提升观察品质（目的性、客观性、精细性、敏锐性）和分析能力（分析与综合、比较与分类、抽象概括与具体化），学生实验的探究过程更加深入且能力目标更为全面。教学实践中，我们应根据具体情况适当增设一些学生实验，增加学生的动手机会，如本课增设了学生实验“观察摆球动能和势能的转化”。为突破课时限制，使学生经历较为完整的探究过程和获得开放性的技能训练，我们倡导开展综合实践活动和进行课外小制作，如本课作业——“完成如图6所示小制作，比一比谁的卡片跳得高，想一想在此过程中弹性势能、动能、重力势能是如何转化的？”

      

      三、“行为课堂”的组织：注重思维可视化

      “行为课堂”重视学生自身的思维冲突和深入思考，注重在探究活动中养成良好的思维习惯。为促进学生的发展，并为教师优化探究设计提供依据，我们主张对“探究行为”进行科学地评价。鉴于思维发展的必要和科学评价的考量，“行为课堂”在课堂组织中注重思维可视化。思维可视化的手段可以是实验或具体实例，也可以是创设物理模型的理论论证，实验必须是现象明确，理论论证则要求注意思维的条理性和物理模型的典型性。[2]本课主要从如下角度凸显了思维可视化。

      （一）实验质疑：引动思维

      “意料之外”的实验现象能激起学生强烈的探究兴趣，引动思维去求索“为什么会是这样”。

      案例4：“魔罐”实验引动思维

      师：从斜面某一高度释放易拉罐，直觉告诉你它将如何运动？

      生：沿斜面滚下，到水平桌面后逐渐减速，最终静止在桌面上。

      师：是这样的吗？请细心观察易拉罐的运动。

      师：易拉罐折返滚上斜面的能量从何而来？本节课我们共同探究以揭开谜底。

      用新奇的实验现象创设问题情境，是物理课堂常采用的切入手段，体现了物理学习的趣味性。如，用既可倒出白水、又可倒出红水的魔壶引入《大气压强》，以学生尝试叉鱼的活动引入《光的折射》。课堂尾声再用“情理之中”的原理解释“意料之外”的现象，首尾呼应，彰显物理知识的有用性。如，《光的折射》一课在学生探究了解折射特点后，再次尝试叉鱼，用物理指导实践，大大提高了叉鱼的成功率。

      （二）实验操作：显化思维

      思维是人脑对客观事物本质属性与规律的概括、间接的反映，思维支配下的行为是思维的外显形式。物理课堂中的实验操作就是思维支配下的典型行为，因此关注实验操作不能仅仅停留在操作技能层面，而要着眼操作与思维的相互作用，以实验操作达成发展思维的顶层目标。

      如，探究动能大小与哪些因素有关时，学生用粉笔在实验桌上标记木块被撞击后滑行的距离。再如，模拟打桩时，学生用粉笔在桌脚标记下陷深度。表面上看，这些操作是为了增大实验的能见度，便于观察或比较。若加以追问，学生可能就会表述出“用木块滑行的距离、方桌下陷的深度来显示能量”的转化思想。

      除了在操作过程中显化思维外，我们的实践表明还可从以下角度充分发挥实验对思维的促进作用：①在实验操作前，让学生明确观察的目的与任务；②实验操作结束后，重视归纳与评估。

      （三）交流评估：梳理思维

      评估、交流与合作，是科学探究的要素，也是具有重要思维价值的探究行为。无论是评估探究过程和探究结果，还是交流探究活动中出现的新问题，抑或通过讨论改进探究方案，都是对思维的整合与梳理，在提升思维的广阔性、批判性、深刻性等品质上大有裨益。

      如，本课小结时在对话中引导学生画出如图7所示的能量图。概念图、流程图等思维导图可形象地显示一章或一节中所学的知识及其相互关系。教学中，要引导学生掌握梳理的一般步骤：①列出一章或一节中的重要概念；②把这些概念按其概括性程度进行排序；③把有联系的概念用线连接起来，并写上连接词。

      

      结语：我们的研究表明：探究行为的设计重点是以问题链为核心的思维载体设计和以实验活动为核心的课程资源设计，确保探究行为的发生，避免教师行为包办或替代学习行为；探究行为的课堂组织要点在于利用思维可视化手段组织好核心的探究活动，充分挖掘“讨论—探究—归纳—评估”各环节发展学科思维的价值，确保探究行为的有效，避免盲目或低效的探究。正如某老师所指出的：“在课堂教学过程中所面临的诸多问题里面，最核心、最关键、最基础的问题就是如何改善、改进学生的学习行为。学习物理要动手、动脑，探究行为就是物理学习的外显，其内隐是学生思维和智慧的生长。因此初中物理‘行为课堂’的构建对把握物理学科特质、优化课堂教学生态有积极意义。”

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