《在初中物理实验教学中培养学生探究能力的研究》
中期报告
仪征第三中学课题组
一、课题简介
1、课题由来
基础教育课程改革已经实施几年了，《课标》和新教科书已经将过去教学中的许多演示实验和学生实验，明确写为学生的探究活动，如学生实验“观察水的沸腾”变为“探究水的沸腾”，演示实验“观察平面镜成像”变为“探究平面镜成像的特点”等等。注重了科学探究活动的教学，学生的科学探究能力有了一定的提高。但由于教师对探究性实验教学方式的把握受自身因素的影响很大，导致公开课中实验探究活动开展得轰轰烈烈，而常态课堂中“一言堂”“满堂灌”现象还是很普遍，因为不少教师还认为探究性实验中学生探究浪费时间，效率差，不如直接做验证性实验教学效果好。学生自主、合作、探究的学习方式仍停留在表面上，并没有深刻地去改变学生的学习思维习惯。因此，在新课程改革背景下，对于不同类型的课内实验，教学设计时要设计什么样的实验探究点，才能取得最大的教学效益培养学生探究能力。如何设计学生课外探究实验方案，为教师提供一些具体案例帮助他们在常态教学中有效开展实验教学，成为我们必须研究并且急待解决的重要课题。
2、研究目标
①对课内实验进行研究，从提高学生的探究能力角度寻找教材中的演示、分组、课后实验的探究点，随堂开展学生自主建构学习的实验教学。
②研究并探明探究性实验教学方式的构成、特征，针对苏科版教材设计操作简单、广泛适用的探究实验；研究并探明探究性实验教学方式的操作流程、变式拓展与学生探究能力提高的策略途径；研究并构建初中教师在新课程背景下进行探究性实验教学时间控制策略
③研究并设计学生课外探究实验方案，为教师提供一些具体案例帮助他们在有效开展课外实验教学并探明课外实验探究对学生探究能力培养的作用
④研究并探明学生探究能力提高的可观测特征
3、研究内容 1.课内实验教学对学生探究能力的培养
①对课内实验进行研究，从提高学生的探究能力角度寻找教材中的演示、分组、课后实验的探究点，随堂开展学生自主学习建构的实验教学。
②课内探究性实验教学组织形式的研究，根据教学内容确立是在教师引导下的实验探究式学习，还是小组合作式实验探究性学习，还是完全开放式实验探究性学习。
③针对苏科版教材，开发和整合课内探究实验器材辅助课堂教学，研究探究实验过程中小组合作探究的有效性及学生提问、猜想、设计、操作、归纳、评估等环节的有效性。
④课内探究性实验教学培养学生探究能力时间和效率的研究。 2．课外探究性实验教学对学生探究能力的培养
①课外探究实验内容与教材内容如何统一，怎样组织，如何实验，怎样记录，怎样交流，怎样评价。
②课外如何使用生活资源开展实验探究活动，如何引导学生利用一种器材开展多个探究实验，培养发散思维能力。
3．研究并探明学生探究能力提高的可观测特征
4．基于网络环境的自主实验探究式教学模式的构想的实践
通过教学实践和教改实验，我校准备将现代信息技术与初中物理课程加以整合，构建以培养学生的物理创新意识、创新精神和解决实际问题的能力为宗旨，以培养学生探究能力为主攻的“自主探究式”初中物理课堂教学模式。
二、研究情况介绍
（1）2010年9月至12月份，课题组根据实验计划。对八上和九上的教学内容进行不同类型的实验教学, 分工开设研究课并进行反思，再经全组讨论总结探明苏科版教材中
八、九年级上册的教学内容从提高学生的探究能力角度选择是什么样的探究点来进行课堂实验教学。八上和九上中有一些内容如：温度计的原理及使用；杠杆五要素尤其是力臂知识的教学，这些内容的教学最容易被老师设计成讲授和实验验证教学模式不利于学生探究能力的培养。因此这一阶段8年级和9年级课题组的任务便是针对这种以“内容认知”为主学习内容，选定怎样的探究点，采用什么样探究实验活动方式进行教学以有效培养学生探究能力。课题组经过努力8年级上册教材确立了如下的探究点：①物体发声振动不明显，如何显示；如何测声速②“制作温度计时用何种液体，瓶子里的水是否灌满，怎样标刻度”为探究点探明“温度计的原理及使用；“我来测温度” 采用让学生在具体操作的过程中相互评估，从而顺利掌握普通温度计和体温计的使用方法③探究影响蒸发快慢的因素④如何设计实验证明碘升华过程中没有液态碘出现⑤如何得到单色光⑥如何设计实验证明光在空气中沿直线传播；光沿直线传播的条件是什么？⑦反射光线和入射光线在空间的位置关系如何？⑧凸透镜和凹透镜看近处物体像不同是否是光经过透镜后发生偏折有关⑨探究近视眼和远视眼成像位置⑩探究比较运动快慢的方法；探究运动和静止的相对性。
9年级上册教材确立了如下的探究点：①杠杆概念中为何引入力臂概念②探究影响斜面机械效率的因素③判断用电器串并联的方法④电流表和电压表接入电路对电流的阻碍作用与什么相当⑤探究串并联电路的故障⑥探究水果电池正负极与金属材料的关系。针对这些实验探究点课题组以研究课例为主要研究手段从提问、猜想、设计、实验、评估、归纳结论等多方面有选择的进行学生探究能力的培养。
（2）2010年9月至12月份，课题组针对书本上的探究性实验，根据前几年的“讲多了，学生实验不充分；讲少了，学生不会做，实验课堂乱糟糟”的教学实际，对8上“探究冰和石蜡的熔化特点”“探究平面镜成像特点” “探究凸透镜成像规律” 对9上“探究杠杆平衡条件” “探究使用定滑轮和动滑轮的特点” “探究影响滑轮组机械效率大小的因素” “探究串并联电路的特点”“探究电流和电压、电阻的关系”等课题进行探究性实验教学，探明探究性实验教学采用什么样的教学模式，更有利于学生探究能力的提高。“探究凸透镜成像规律”这个实验教学处理不好很容易变成验证型实验，变成假探究。经过课题组同课异构在一个星期内每位老师都开设“探究凸透镜成像规律”研究课，然后一起研究最后得出这样的结论：实验教学中的讨论比实验操作更有效，课堂时间有限，时间分配优先考虑放在实验前的讨论上。以这节课为例：教师通过情景设置让学生体会凸透镜可以成不同的像，然后让学生讨论：
1、实验器材如何放置，又如何调节会对我们找像有帮助？（帮助学生探讨光源是否固定，蜡烛和光屏是否都需要移动）
2、找到像时需要记录什么？
3、找到缩小像的同学请举手。
4、找到放大像的同学请举手。
5、会不会有等大的像？如何尽快找到这个像？……多年的教学告诉我们学生对于凸透镜成像规律的记忆是非常薄弱的，许多学生当时记住，到了初三就全忘记了，究其根本还是在于知识是老师，告诉学生不是探究的来。而针对上述问题展开讨论，学生自我发现效果较好。学生对自己经过思考探究的知识掌握牢固，但不经过引导，放任学生自我探究，学生探究出错误结论对将来影响也会很大，所以通过老师引导学生实验前讨论是非常重要的。
（3）2011年1月份对八上和九上的内容设计一个学生课外探究实验方案，使用生活资源开展实验探究活动，引导学生利用一种器材开展多个探究实验，培养发散思维能力，并收集优秀学生实验方案和成果。具体案例如下：
1、在学习《液体的压强》时，指导学生做“模仿帕斯卡裂桶实验”。（如图3）
制作方法：用一根两端带玻璃管的橡皮管，一端连接一个剪成漏斗状的可乐瓶，另一端连接一个刻有浅槽的可乐瓶。
进行实验：通过剪成漏斗状的可乐瓶向刻有浅槽的可乐瓶内注满水，抬高剪成漏斗状的可乐瓶，再倒入一杯水，可看到刻有浅槽的可乐瓶裂开。
2、“二个乒乓球的遭遇”------浮力产生的原因
取一个可乐瓶，剪去底部，留下上部分作漏斗，把两个乒乓球放在可乐瓶中。（如图5）
探究：当向可乐瓶中倒水时，两个乒乓球会处于何种状态？然后用手堵住瓶口，又会出现什么现象？从中得出什么结论？透过可乐瓶，观察手，会有什么发现？如何解释？
图5
图6
图3
（4）2011年2-3月份对八下和九下的实验内容重复上学期的研究思路，这一阶段的研究不仅要完成苏科版教材中
八、九年级下册与第一阶段对应的实验教学研究工作更主要要进行学生探究能力是否提高的观察和评价，设计合理的评价量表。这一阶段课题组经过努力针对8年级下册教材确立了如下的探究点： ①探究对弹簧测力计刻度划分②探究在地球不同地点重力的方向③如何证明摩擦力的大小与重力、质量无关④如何设计探究二力平衡的实验⑤如何用实验证明浮力大小与物体体积、密度、质量、重力无关⑥探究物体的浮沉条件。针对这些实验探究点课题组以研究课例为主要研究手段从提问、猜想、设计、实验、评估、归纳结论等多方面有选择的进行学生探究能力的培养。
9年级下册教材确立了如下的探究点：①探究电阻对电流做功的影响②探究影响电动机转速和方向的因素③探究电动机不转的原因。针对这些实验探究点课题组以研究课例为主要研究手段从提问、猜想、设计、实验、评估、归纳结论等多方面有选择的进行学生探究能力的培养。
同时课题组针对书本上的探究性实验，8下的“探究物体的质量与体积之间的关系”“探究物体重力与质量的关系”、“探究影响滑动摩擦力大小的因素”、“探究二力平衡的条件”、“探究阻力对物体运动的影响”、”探究压力的作用效果”、“探究影响液体内部压强大小的因素”“探究流速大小对流体压强的影响”、“探究影响浮力大小的因素”。9下的“探究影响电流做功的因素”、“探究影响电流热效应的因素”、“探究通电螺线管的外部磁场”、“探究感应电流产生的条件” 等课题进行探究性实验教学，探明探究性实验教学采用什么样的教学模式，更有利于学生探究能力的提高。
（5）2011年4-6月份对八下和九下的内容设计学生课外探究实验方案，这一阶段主要开展引导学生利用一种器材开展多个探究实验，培养发散思维能力，并收集优秀学生实验方案和成果。具体案例：
实验在学习《电磁铁》时，教师也可指导学生在家庭中完成该实验探究。 1.实验器材准备：漆包线、粗铁钉、电池、回形针。
2.进行实验：将漆包线绕在粗铁钉上，再将漆包线两端接在电池两极上，靠近回形针。（如图8）
该实验可探究：①电磁铁的磁性強弱与线圈匝数关系； ②电磁铁的磁性強弱与电流关系； ③电磁铁的磁性強弱与铁芯大小关系； ④电磁铁的磁极与电流方向关系。
（6）8年级学生探究能力的培养，课题组依靠课例重点放在提问、猜想、设计等探究能力的培养；9年级学生探究能力的培养，课题组依靠课例重点放在设计、归纳、评估等方面。采用的具体策略是：利用课题组寻找的实验探究点为教学素材，展示物理情景，启迪学生提出问题，根据生活经验提出合理猜想，让学生经历设计实验和进行实验的过程，评估论证，归纳总结。
（7）2011年7-8月份根据在研究中获得的反馈资料，发现探究性实验教学在培养学生探究能力存在的问题，并制定调整方案和措施，进行新一轮的实验、反馈和调整。
三、取得的阶段成果介绍
1.教师和学生明确了科学探究在物理教学中的价值和作用
学生要发展，就要不断提高自身的科学素养，而许多重要科学素养的培养目标离开了感受、领悟和理解的学习过程是无法真正达到的。学生在学习物理的过程中，通过科学探究能够让学生获得对过程的感受、体验和理解，能有效保持学生对自然界的好奇，激发他们的求知欲，让他们体验探究过程的喜悦和艰辛，促进学生主动建构具有个体意义的科学知识，获得科学探究思维的方式、方法和能力；科学探究还有利于学生更多地接触生活和社会，从而领悟科学、技术与社会的互动关系。
2.教师基本掌握了优化探究式教学的方法
图7
图8 根据一年的课题研究教师基本熟悉苏科版教材中如何有效开展探究式教学并形成一定的教学模式。例如
（1）物理方法的教学：在声音的教学中，要求教师在本节课结合探究事例完成引导学生体会“比较法”、“归纳法”、“转换法”、“理想化思维方法”（2）探究情景的设置：通过同课异构的研究方式，发现探究情景的设置要关爱生命（速度引入时用羚羊被猎豹吃掉情景不合适）、要符合学生最近发展区的认识特点（光的直线传播引入用“小孔成像”和“日食、月食”不如用“手影游戏”）
（3）教师掌握了如何有效提问：当探究实验内容较复杂时，教师的提问要指向鲜明。比如在“升华和凝华”一课教学中，演示碘升华实验时用这样的问题“你看到什么？想到什么？”不如用“观察碘的状态有何变化？瓶壁上有析出物吗？
（4）开发了许多激发学生兴趣的教学设计：光的折射引入采用“视频展示台展示，刚开始碗中没有东西，倒水后看到硬币”；参照物的教学采用“粘在黑板上的福娃在你闭上眼睛的两秒内是否移动”小实验效果都很好。
（5）培养了教师和学生的创造能力
探究式教与学由于开放性，极大的培养了教师和学生的创造能力。 3.在参与实验教学中培养学生探究能力的研究活动中，开发了教师和学生个人智慧，教师的业务水平和学生的物理素质都有不同程度的提高
在研究的过程中，通过学习教育理论、读书做笔记、开研讨课、公开课，撰写教学案例、论文等不同方式，感悟新理念，提升新思想，在行动中研究，在研究中行动，自己的思想理念、敬业精神、教科研水平以及学生的物理素养等都有长足进步。
4.体验到了做课题的辛苦与快乐，培养了敬业精神
为了做好课题研究，不断提高自身的教科研水平，课题组成员利用几乎所有的业余时间找资源，抢着上公开课，敢于发表自己的见解。魏书生曾说“有一苦必有一乐”，有了创造的乐趣就不会觉得研究苦了。
（二）实践成果
1、苏科版初中物理优秀活动设计汇编
2、实验课、示范课、观摩课（课件）录像（一共录制8节课）
3、获奖情况：
（1）王德香在扬州物理改革创新大赛中“比热容实验方案改进”获一等奖，江苏省三等奖。
王德香《电学探究实验在教学中的作用》在扬州2009年12月物理论文评选活动中荣获一等奖
王德香论文《改变教学观念，利用物理实验提高课堂实效》在《新课程教研版》2010年第10期第71版优秀论文三等奖。
（2）徐迎春在2010年扬州“新课程论坛”中论文获“一等奖”
徐迎春在2009年11月被江苏省教研室评为“苏科版实验教材先进个人” 徐迎春在2011年3月获仪征市初中物理优质课大赛一等奖
(3)杨家林论文《初中物理实验教学中非智力因素的培养》发表在《读写算》2010年32期61页
（4）王德平论文发表在《新课程》2010年10期
（5）陈宝东《改变实验探究方式提高课堂教学效益》发表在《物理之友》2011年第8月期17页
陈宝东2010年4月获仪征市初中物理优质课大赛一等奖， 陈宝东2010年4月获扬州市初中物理优质课大赛二等奖，
陈宝东2011年10月获扬州市师能建设 “百千万工程”基于课题研究的教学设计和说课大赛一等奖，
4、学生实验作品集:自制潜水艇、浮沉子、简易机器人、简易报警器等。
四、疑难困惑
1、课题研究中发现课堂探究式教学比较合适在教师引导下进行探究，留给学生动手的时间相对较少，有许多学生实验素养较弱，不少是在凑热闹的心态中完成实验，只追求实验结果，不重视实验过程。今后的设想，如何培养学生理解性实验操作。
2、有一些实验如：观察晶体和非晶体熔化和凝固实验、比热容实验、焦耳定律 实验，由于分组实验准备工作量大，演示实验效果又不明显，给学生探究性学习带来一定困难。
3、有的教师评上高级教师后参与课题积极性不高，给课题组工作带来一些困难。
五、后段设想
下一阶段继续以课堂实践为课题研究的主阵地，继续对课内实验进行研究，研究课内实验教学对学生探究能力的培养；同时进行课外探究性实验教学对学生探究能力的培养研究，研究课外如何使用生活资源开展实验探究活动，如何引导学生利用一种器材开展多个探究实验，培养发散思维能力。下一阶段最关键的研究内容研究并探明学生探究能力提高的可观测特征评价量表，并进行基于网络环境的自主实验探究式教学模式的构想的实践。
