浅谈高中物理教学中“理论”探究教学模式的应用
《普通高中物理课程标准》中指出：高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考.通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神.由此可见，科学探究法是今后高中物理教学中很重要的方法.
1 有效教学模式分类
参与教学活动的要素很多，但基本的或关键的要素只有三个：教师、学生、所教/学的内容.这三个要素构成“教学三角”，形成三种教学关系，也衍生出三种教学模式.
在教学活动中，如果强调“教师――内容”边，则会将教学理解成以教师为中心的传授活动，这是对教学最为传统的理解，此时最为有效的教学模式是讲授教学模式.如果强调“学生――内容”边，则会将教学理解成以学生为中心，强调学生通过自主学习与探究等方式，主动地、个性化地建构内容的意义，此时最为有效的教学模式是探究教学模式.如果强调“教师――学生”边，则会将教学理解成师生之间、生生之间围绕学习内容展开的交往对话活动，此时最为有效的教学模式是对话教学模式.
上述三种教学模式，反映了对教学主体地位的不同理解.
2 探究教学模式的理论基础
2.1 杜威的“五步教学法”
杜威倡导反省思维，并将反省思维分类五个阶段，即著名的“思维五步”，继而提出了相应的“教学五步”：第一，学生要有一个真实的经验的情境――要有一个对活动本身感兴趣的连续的活动；第二，在这个情境内部产生一个真实的问题，作为思维的刺激物；第三，要占有知识资料，从事必要的观察，对付这个问题；第四，必须负责一步一步地展开他所想出的解决问题的方法；第五，要有机会通过运用来检验他的想法，使这个想法意义明确，并且让他自己去发现它们是否有效.
2.2 布鲁纳的发现学习理论
发现学习就是以培养探究性思维的方法为目标，以基本教材为内容，使学生通过再发现的步骤进行的学习.其三个基本步骤：激发、维持和引导，即促使活动得以启动，维持活动的继续以及避免该活动的随机化发展.布鲁纳认为，教授人们某些学科知识并不只是让他们把结果记在脑中，而是让他们参与到可能性的知识建构的过程中来.我们教授一门学科并不是要在每个学生头脑中建立一个学科方面的小型图书馆，而是要使学生自己能够以数学的方式进行思考，能够像历史学家那样考虑问题，能够参与到知识的过程中来.认知是一个过程而非结果.
2.3 基于问题的学习
基于问题的学习就让学生在实际问题情境中学习，让他们把所学知识和实际生活联系起来，以此培养他们的学习兴趣和学习主动性，同时也让他们构建自己的知识框架.它主要具有以下特点：第一，以问题为焦点启动课程；第二，学生根据对问题的理解开展调查，进行探究；第三，在基于问题的教学中，教师的角色不再是提供知识，而是创设问题情境，通过提问等方式引导、促进学生进行学习.
3 理论探究教学模式例说
3.1 瞬时速度教学
3.1.1 微元法
“微元法”通俗地说就是把研究对象分为无限多个无限小的部分，取出有代表性的极小的一部分进行分析处理，再从局部到全体综合起来加以考虑的科学思维方法，通过这种方法可以使许多复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速的加以解决，使复杂的问题简单化.
3.1.2 瞬时速度
教材在定义了平均速度v=ΔxΔt后进一步指出“平均速度只能粗略地描述运动的快慢，为了使描述精确些，可以把Δt取得小一些，物体在从t到t+Δt这样一个较小的时间间隔内，运动快慢的差异就小些.Δt越小，运动的描述就越精确.可以想象，如果Δt非常非常小，就可以认为ΔxΔt表示的是物体在时刻t的速度，这个速度叫瞬时速度.”
这里的语言很通俗，较清晰地体现了极限的思想，但又回避了严格的极限概念和计算，也没有引入“极限”这个术语.我们在教学中如果就按照课本这样来讲述，学生对瞬时速度的概念是能理解的，对极限这样一种思想也是能初步了解的.但由于第一次碰到这样把近似值当成精确值的思想方法，是抱有很大的怀疑态度，认为这是一种近似、模糊的处理方法，在以后碰到同样的问题时，可能不会意识到用这种方法，在这里我们不妨借助习题，来加深对瞬时速度和极限思想的理解.
例题 某做直线运动的质点的位移随时间变化的关系式为x=5t2，x与t的单位分别是m和s，
（1）求t1=2 s到t2=3 s这段时间的平均速度；
（2）求t1=2 s到t2=2.1 s这段时间的平均速度；
（3）求t1=2 s到t2=2.01 s这段时间的平均速度；
（4）求t1=2 s到t2=2.001 s这段时间的平均速度.
解 由位移x与时间t的关系式x=5t2可以得到各段时间的平均速度
（1）=xt=5×（32-22）3-2 m/s=25 m/s；
（2）=xt=5×（2.12-22）2.1-2 m/s=20.5 m/s；
（3）=xt=5×（2.012-22）2.01-2 m/s=20.05 m/s；
（4）=xt=5×（2.0012-22）2.001-2 m/s=20.005 m/s.
从上面的计算发现，当时间间隔取得越来越短时，物体平均速度的大小愈来愈趋近于数值20 m/s，实际上，20 m/s就是物体在2 s时刻的瞬时速度，它反映了物体在2 s时刻运动的快慢程度.可见，质点在某一时刻的瞬时速度，等于时间间隔趋于零时的平均速度值，用数学语言讲，瞬时速度是平均速度的极限值.通过这样的计算，容易困扰学生的三个问题也就很好地解决了――
问题1 任何运动是且只能是一个过程，而绝不是一个位置点或一个时刻，那么什么是物体在某一位置（或某一时刻）的速度？
问题2 即使Δt无限趋近于零，它还是一段时间，并不等于零，那么相应的速度还是平均速度，为什么现在认为是等于瞬间速度而不是近似等于瞬时速度？
3.2 向心加速度教学
3.2.1 “从平均值到瞬时值”渗透极限思想
本课教学中，理论探究过程并非一蹴而就，而是遵循学生的思维发展过程，由浅入深、由表及里地逐步推进.先是提出课题：如图2所示，已知质点做半径为r的匀速圆周运动，线速度大小为v.经过时间Δt，物体从A点运动到B点，试求该过程中物体的加速度.
学生会觉得一筹莫展，教师提醒学生：研究物理问题的基本思路是“从简单到复杂”，不妨从特殊到一般，若Δt=T呢？这个启发使学生受到了鼓舞，有了探究的热情，很快得出
（1）Δt=T，Δθ=2π，Δv=vB-vA=0，a=ΔvΔt=0.
第一步探究结果完全出乎意料，向心加速度竟然会是零？学生讨论之余，教师应“旧事重提”：瞬时速度v=ΔxΔt是如何得出的？从而使学生“恍然大悟”，加速度也有平均值和瞬时值之分，一周内的平均值为零符合实际.
学生的探究热情逐步高涨，顺理成章地按以下步骤展开探究，具体矢量图对应图3所列.
（2）Δt=T2=πrv，Δθ=π，Δv=2v，
a=ΔvΔt=2v2πr=0.64v2r.
（3）Δt=T3=2πr3v，Δθ=2π3，Δv=3v，
a=ΔvΔt=33v22πr=0.83v2r.
（4）Δt=T4=πr2v，Δθ=π2，Δv=2v，
a=ΔvΔt=22v2πr=0.90v2r.
（5）Δt=T6=πr3v，Δθ=π3，Δv=v，
a=ΔvΔt=3v2πr=0.96v2r.
（6）Δt=T12=πr6v，Δθ=π6，Δv=6-22v，
a=ΔvΔt=3（6-2）v2πr=0.99v2r.
至此，学生自然猜想到当Δt→0时a=ΔvΔt=v2r.这个过程看似繁琐，对思维要求却不高，结果令人信服，教师可趁热打铁引导学生进一步深入探究.
3.2.2 从“小量近似”渗透曲与直的辩证关系
在数学推演过程中，有多种方法可供选择.看似途径不同，本质都涉及曲与直的辩证关系.如图4所示，当Δt→0时，Δθ→0，弧长与弦长近似相等，即AB=AB=vΔt.根据vA、vB、Δv组成的矢量三角形与几何三角形△ABO相似，可得
Δvv=ABr=ABr=Δθ=ωΔt，
于是a=ΔvΔt=vω=v2r=rω2.
4 反思
（1）教学中学生充分感受了科学探究的方法，如基于“小量近似法”的理论探究过程，培养了学生科学探究能力.
（2）教学过程充分关注“极限”、“变恒辩证关系”、“曲直辩证关系”等思想和方法的渗透，有利于培养学生的科学素养和抽象思维能力.
（3）在探究教学模式中，教学活动的重心是“学”而不是“教”，学生进入一个具体的问题情境中，以自身已有的知识经验为基础，通过个人对问题的探究理解力来建构有意义的知识，而教师则扮演问题设计者、探究活动的组织者和促进者的角色.
