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课题

农村中学探究性实验教学的研究

一、研究的背景及意义

由于农村中学教研力量较为薄弱、学生基础不够扎实、实验条件比较落后，制约着探究性教学，影响中学物理教学的顺利实施。

因此，如何在农村中学有效开展中学物理探究性实验教学、提高教学效益成为农村中学物理教学的关键。

本课题正是基于农村中学教学实际来开展研究的，并试图通过本课题研究，寻求解决制约农村中学探究性实验教学的瓶颈问题。

“科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段物理课程的重要内容”。

学生学习“科学探究”，一个重要的方面就是通过实际的探究活动，体验科学探究的过程，初步掌握探究学习的学习方式。

中学物理教材和教学实际中，将探究性实验作为一种重要的探究活动形式。

通过物理实验开展探究活动，不仅能够激发和培养学生的物理实验兴趣、发挥其实验能动性、让学生掌握物理知识，而且有利于形成运用物理实验方法来探究物质本质及变化规律的科学观和方法论，同时通过实验探究活动还可提高学生的参与程度、使学生在合作探究中学会与人共处、促进其情感态度价值观的发展。

要实现探究性实验教学的以上功能，就必须深入研究探究性实验教学实施策略，从而在明确探究性实验的教学功能的基础上，通过突出学生的主体性、尽量采用小组合作的形式来开展探究性学习，最终实现探究性实验教学的应有功能。

然而，

二、研究目标

本课题研究立足于农村中学实际，试图努力解决制约农村中学探究性实验教学的瓶颈问题。

通过本课题的研究，不仅提高农村中学探究性实验教学效益、提高学生物理学习水平和能力，而且提高农村中学物理教师教学研究水平。

具体目标为：

1、通过引导教师参与课程标准和中学物理教材的学习与研究，明确“科学探究”的目标要求、探究性实验对培养与发展学生“科学素养”的功能以及中学物理教材中有关“探究与活动”栏目功能的研究。

2、根据探究实验教学的功能以及教材中“探究与活动”栏目功能内容要求，探索物理探究性实验实施策略（教学策略）、构建课堂教学模式。

3、基于农村中学学生水平、经验以及教学设施、办学条件，深入研究农村中学探究性实验内容的选择与资源的开发；同时探索探究性实验教学评价方法。

三、课题研究的步骤及内容

1、设计准备阶段：

（2008.4—2008.5）

（1）理论学习，搜集资料，进行课题方案设计，成立课题组，进行人员分工，明确职责。

（见附件一）

（2）根据中学物理教材确定探究素材，设计探究指导方案（即根据探究过程六个步骤进行）。

（见附件二）

（3）确定学生探究性学习的评价表。

（见附件三）

2、实施阶段：

（2008.6—2008.10）

（1）课题组成员交流心得，提高教师组织科学探究意识。

（见附件四）

（2）建立以小组学习为主的课堂组织形式，加强小组合作教学、学习，在合作基础上指导学生提出问题，作出猜想，设计实验和解决方案，并亲身体验、参与过程，使学生能积极主动参与到课堂学习。

（见附件五）

（3）开展活动。

为更好地发动学生积极参与活动，带领学生课外考察活动。

（见附件六）

3、总结阶段：

（2008.10—2008.11）

（1）整理数据和资料，进行效果检测。

（2）整理教学设计系列，做好成果汇编。

（3）写出结题报告。

四、课题研究过程和阶段性成果

“被动地接受可能会获得一定的知识技能。

但却会失掉学习的动力、欲望、兴趣等这些更加宝贵的东西。

”这句话告诉我们。

学习必须是积极体验、探究的过程，只有让学生进行有意义的探究，他才会真正成为学习的主体。

这一点，对物理课来说，尤为重要。

探究是一种多侧面的活动，需要做观察，需要提出问题，并要提出明确的假设，需要查阅书刊及其他信息源，以便弄清楚什么情况已经是为人所知的东西，需要运用各种手段来收集分析、解读数据，需提出答案、解释和预测，需要把研究结果告之于人，需要运用判断思维和逻辑思维，需要考虑可能的其他解释。

因此，我们在课堂中就采用了如下模式来培养学生自主探究意识，提高学生探究能力。

提出问题→猜想假设→设计实验或实践方案→实验探究或调查分析→总结分析→交流合作，成果展示。

（一）发现和提出问题

问题是科学探究的起点，是科学探究的原动力、催化剂。

但在课堂上学生往往提不出问题，在课题实施初期我曾经作过一次调查：

在课堂上你能否对教师的讲解知识提出问题？

结果如下：

经常提8.9%，偶尔提46.3%，心里想但不敢提35.6%，不能从未提过9.5%。

为什么我们的学生不会提问？

或许与我们传统教育有关。

传统的“独白式”教育没有给学生提问的任务，没有给学生提问的机会，教师或许对学生的问题设置了许多限制，不希望学生提与课堂无关问题，更不希望提自己不知道的答案。

如果学生提的问题比较幼稚，往往会遭到嘲笑，这些使学生丧失了提问的勇气。

因此，培养学生问题意识和问题能力是培养学生探究能力的开始。

1、给学生提问的任务。

我们的学生常年习惯于听老师的讲课，在老师的点拨下去被动思考，按老师的要求去完成一个个任务，因此我们也可以以任务形式让学生提问题，让他们先不得不发现问题。

（1）就生活中自然现象提出问题。

如厨房中与物理知识有关的现象要求他们就地震至少提出一个问题，经过搜集学生们提出下列问题：

①为什么刀刃比刀背薄？

②为什么菜刀的刀面磨得光？

③为什么菜刀柄、锅铲柄、电水壶把手有凹凸花纹？

④为什么电饭煲、电炒锅、电水壶用三脚插头？

（2）还可以在学习每节课或每个单元后，给学生发问题卡，要求每位学生都提出若干个问题写在问题卡上交给老师。

（3）在测试中可以让学生提问，如给出一段阅读材料，让学生阅读后提出问题，例如在阅读免疫过程的材料后让学生提出问题。

2、给学生提问的机会。

探究来自问题，问题始于质疑。

最大限度地引发学生积极思维，充分体现课堂要以学生为主体的原则，从而达到逐步提高学生分析问题和解决问题的能力。

启发学生提问要有针对性和层次性，要针对学生在思考过程中可能碰到的困难，容易出现的差错。

提出的问题难度要适中，即学生通过思维可以得到解决的问题。

有些较难的问题就得想办法，补充适当的辅助性问题，把大题化小，分步提问，引导过渡，帮助学生克服思考难题中的障碍。

千万不可有意设计太难的题目为难学生，这样会使学生无所适从，长此以往，会使学生丧失学习的积极性和自信心，从而厌学；但对于只要求学生回答是与否的问题，没有思考价值，也不能作探究性教学的问题。

值得注意的是，教师应创设情境，能使学生产生疑惑，尽可能引导学生去发现问题，教师不要与学生“抢”问题。

探究过程最有创新价值的是自己提出问题，而依据问题设置探究点，是使设想中的问题转化为可实际探究操作的重要环节。

首先要营造一种宽松的、活泼的、民主的教学氛围，在课堂上在和学生平时交往中，我们允许学生打断老师的讲话，提出自己的观点，哪怕是浅显的、可笑的、古怪的，甚至是故意刁难的，对有些一时无法解释清楚的可以课后回答，有意义的、可探究的引导学生课后组织探究活动，对学生的错误或故意刁难的也要用诚恳的、善意的语调指出不足，同时也要肯定其合理的部分，对那些有创意的要给予表扬。

其次，要密切师生关系，做学生的贴心人。

平时要不管自己心情好坏都要随时乐意倾听学生各种各样的提问，学生感到有趣的，我们也表示好奇，对他们的好见解表示欣赏，使学生的好奇和我们的好奇形成共识，使学生迸发出更丰富的想象。

再次，教师需要创设良好的问题情境。

所谓情境，可以是教师或学生的一个活动，也可以是教师叙述或呈现的一段文字，还可以是一段动画或视频材料。

例如学生在学习“液体的压强与流速关系”时，教师可以先演示：

用漏斗向下吹乒乓球，球不会掉下，而在漏斗里跳动。

学生马上会提出“为什么乒乓球不会掉下，而在漏斗里跳动？

”。

3、培养学生口头和书面表达能力。

在教学中，我们往往会陷入这样的困境，教师很希望自己的学生能够提出需要探究的问题，因此很不愿意直接将问题告诉学生，但学生却难以独立地将所要探究的问题明确地提出来。

在这种情况下我们可以依据学生的知识水平和能力情况适当加以引导，把观察到的现象问题化，再把问题转化为与科学有关的问题，逐步提高学生的设问水平和能力。

（二）猜想、假设

当学生在学习中产生了各种各样的疑问以后，可以根据学生已有的认知水平，对问题的成因及结论进行猜想。

在活动中要引导学生不是对问题胡猜乱想，而是对科学现象进行分析和研究的基础上根据自己的认知情况或直觉提出自己的看法，我们采用以下几种方法：

1、生活经验：

学生在学习任何知识之前都或多或少地存在一些生活经验，唤起学生的生活经验可以帮助学生建立假设。

例如要探究摩擦力的大小有关的因素的问题时，我们学生有经验：

我们穿牛筋底鞋的耐磨损，穿硬塑料底的不耐磨损。

由此学生易建立假说：

摩擦力的大小与粗糙程度有关的结果。

2、分析方法：

在探究某事物的影响因素时，如果我们缺乏足够的依据而无法作出精确的判断，应当对与该事物各种可能相关的因素进行分析，后建立事物影响因素的各种假说。

例如往保温瓶里倒开水，根据声音知水量高低。

可以知道音调的高低。

（三）设计实验或实践方案（见附件六）

有了猜想以后，我们及时地引导学生尝试解决问题，让学生带着问题经历制定计划和设计实验方案或实践方案，有利于学生思维性的培养，我们一般采取如下步骤：

1、要先明确目标和已知条件，要想解决什么问题，要解决问题先要解决哪些具体问题，每个问题有哪几种方法，分析哪些可以用实验方法，哪些可以查资料文献、调查研究解决，根据现有条件和探究的要求选择最好的方法。

2、选择探究的方法很多，用的比较多的是观察与实验，因此存在如何选择器材的问题，指导学生在制定计划时需要哪些器材，然后从实验器材的安全性减少误差、方便操作等方面来考虑器材，从而提高学生选择器材能力，鼓励学生选用日常生活中常见器材来实验，有利于使他们产生对实验探究的亲近感和创造力。

3、尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的意识。

在教学中我们指导学生认识到，具体的科学问题往往由多个因素共同影响的结果，为了便于研究常控制其他因素，只研究某个因素对问题作用。

例如在设计探究“电流与电压、电阻的关系”实验方案时，通过猜想认为电流与电压、电阻”存在关性，引导进一步分析，认为该实验需要解决的问题有两个：

（1）怎样研究电流与电压的关系？

（2）怎样研究电流与电阻的关系？

问题

（1）：

学生讨论后回答。

学生A：

为研究I与U关系时，应保持R不变，改变电阻两端电压，观察电流变化，电路图如

（1）

学生B：

为研究I与U的关系，应保持R不变，改变电阻两端电压，观察电流变化，电路图如

（2）

（四）进行实验收集数据，获取证据。

科学事实是检验科学结论的唯一标准，数据是进行科学分析的根据，如果不进行实验，不收集科学数据，就无法获取证据。

在教学中我们采取如下几种方法：

1、让学生通过公共信息资源获取证据和解释。

当面临问题难以通过实验的方法得出结论，我们可以引导学生通过电视、网络等公共信息收集资料以扩大学生的知识面，满足学生的求知欲以及培养学生获取信息的能力。

如讲废弃电池污染，我们提出问题：

电池对环境造成的危害有多大？

要求学生通过上网查阅获取证据，并将找到的内容与同学交流合作。

2、教师给出数据由学生分析。

当教学时间比较紧，实验难度大，成功率低，可以利用给出数据由学生分析，培养学生分析事实和解读数据的能力。

3、给出对事实的分析方法：

让学生自己进行分析。

如果事实直接来自学生的生活经验，可以只需提供分析事实的方法，让学生通过对事实的分析而得出结论。

例如在探究液体蒸发快慢与哪些因素有关时，我们要求学生比较下列哪种情况下湿衣服干得快，并由此得出影响液体蒸发快慢的因素。

（1）夏天与冬天；

（2）衣服撑开与堆在一起；（3）有风与无风。

4、从教师的演示实验中获取证据。

当实验操作比较困难，实验器材不足，教学时间较紧，我们采用教师演示方法获取证据，从而培养学生观察实验现象，分析实验现象以及抽象概括科学结论的能力。

如探究气压对液体沸点影响时，我们进行如下实验：

（1）用插有一段玻璃管的橡皮塞把瓶口塞紧，将注射器接在一段橡皮管上，橡皮管的另一端接到瓶塞的玻璃管管口上，用酒精灯加热烧瓶中的水沸腾后，为瓶内注入空气会出现什么现象？

（2）把酒精灯移去，待水完全停止沸腾，向外抽气又会有何现象出现？

（3）以上现象说明了什么？

5、给出实验方案，学生通过实验获取证据。

当实验设计比较困难而探究重点是培养学生动手操作能力，以及观察实验现象获取实验数据，并由实验数据得出结论的能力，例如探究平面镜成像规律时，我们给学生一块透明玻璃板和二支相同的蜡烛，告诉学生实验的方法，请学生重复多次实验，并记下两根蜡烛的位置并分析得出平面镜成像规律。

6、学生设计实验并进行实验获取证据。

当面临的问题比较实验操作比较容易，实验条件教学时间比较充分时，尝试让学生自己设计实验自主探究，即规划实验步骤、设计实验记录表、规范地使用仪器和器材进行熟练的操作、观察记录实验现象或记录并总结分析得出结论等，如在《摩擦力》教学中，我安排如下探究活动（见附件七）。

（五）总结分析

实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据的基础通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律，我们主要从以下几方面进行培养学生总结分析能力。

1、指导学生用语言文字、图表描述常见物理现象和数据。

描述实验数据时要准确，能定量尽可能定量能用数学语言（图表、图线等）表示的尽可能用数学语言。

2、指导学生对实验现象和数据进行简单比较和分析，如比较实验前后有什么不同和相同，不同是什么，通过实验这个不同是在什么条件下获得的，再对所得的发现作进一步分析，归纳就有可能得出科学结论。

3、指导学生进行简单的因果推理。

分析实验数据，分析什么是原因，什么是结果，是哪个条件变了引起某个数据或现象的变化。

如研究“电流与电压电阻”关系时：

a.保持电阻不变，改变电阻两端的电压，观察电流变化；b.保持导体两端电压不变，改变电阻大小，观察电流变化，经过数据分析：

a.电流变化的原因是电压变化；b.电流变化的原因是电阻变化。

从而总结出电流与电阻、电流与电压的关系。

4、指导学生从实验现象和数据中归纳科学规律。

归纳科学规律，就是寻找数据之间相等关系的特征。

对数据处理等类似用相等和差、和、佐等数字关系，启发学生发现这些数据之间关系并归纳得出结论。

5、指导学生对探究结果进行描述和解释。

指导学生尝试用自己的语言对探究结果进行描述，描述时力求客观、准确地反应探究的结论，发展他们用科学、简单、准确的语言来表达探究结果的能力，并尝试解释实验结果。

六）交流与合作

在实验过程中，指导学生小组成员之间、小组与小组之间积极开展互相交流、互相合作，小组内明确分工，各自完成相关任务，从不同信息源中寻找相关信息，充分发挥每个组员在探究活动中的作用，还可以角色转换，以便每位同学都得到机会均等的练习。

由于自然事物的复杂性、自然规律的隐蔽性以及学生能力的差异和认识的局限性，学生在探究的过程中可能会碰到许多困难和挫折，探究结果会带有片面性。

因此指导学生一些问题应组间交流、全班交流及师生交流，让学生通过交流，使不同的观点发生碰撞，培养学生认真听取他人正确的意见，对自己的意见和解决问题的方案，不断修正和改善的科学态度，从探究过程中学会学习、学会思考、学会合作、学会探究。

五、成效分析

1、增强了教师科学探究教学的意识。

教师的教学意识直接作用于教学行为，教师对科学探究教学方式的认同度是促成探究教学的一个重要因素。

原先在我们学校教师探究意识薄弱，科学探究教学使用机率不大，大部分教师还是习惯于讲授式，他们认为科学探究对提高课堂教学效果作用不大。

通过本课题活动，我校大部分教师都尝试探究教学，在思想上认同了探究教学，在情感上接受了探究教学，这有利于探究教学的实施。

2、学生的探究意识和探究能力明显提高。

在最初的探究性实验学习中，我们的学生一般只习惯于思考老师向他们提出的问题，而不会主动地去发现问题、提出问题，当我们设置问题情境，让学生通过探究实验来解决问题时，学生多半会到课本中找现成的实验方案，很少有学生能创造性地去设计新的实验方案，学生在热热闹闹地完成实验后，对实验现象、结果分析的意识淡薄，而这些恰恰是探究性实验的重要环节，也是促进学生探究能力，提高科学素养的基本途径。

通过本课题推动，在探究性实验的课堂上，学生能够独立地进行猜测，设计实验方案，能够独立或小组合作形式进行探究性实验来论证或肯定、否定自己猜测，能交流分析得出问题答案，他们学会了观察现象，学会了记录，学会了聆听别人意见，学会了收集资料，学会了思考，探究精神和探究能力明显提高。

（评价结果见附件八）

3、培养了学生的自主精神和批判意识。

教育不但要为学生的未来发展奠定基础，而且应使学生具备自我发展的能力，我们在课堂上注意培养学生的自主精神、责任感以及批判意识，改变了过去实验课上教师讲学生记，教师说学生做的沉闷，把课堂交给学生，出现了积极探究的氛围，他们能够时而激烈争论，时而专心聆听，时而独立探究，时而合作交流。

从课堂观察发现，学生的自主性、创造性、好奇心、批判意识等方面有提高，呈现出自主、探究、合作、交流、肯定、批判的良好氛围。

某些所谓的“差生”也在实验活动中崭露头角，使得其他同学刮目相看。

问问题的人多了，学生的分析和观察能力提高了，学生中常常可以看到为了某一个物理问题许多人为它争论的面红耳赤，学生间的交流多了，相互合作多了，关系更融洽了，更自信更富于挑战了。

原来很难开展的小制作，小论文的活动现在日益增多，逐渐丰富起来了。

4、课题组教师教科研能力和提高教学水平得到有效提高。

课题组教师撰写论文多篇获奖（见附件九）。

六、问题反思

1、我们农村学校办学条件相对落后，使用实验仪器难以得到保障，教师外出学习机会极少，这不利于我们教师专业成长，影响探究教学的开展。

另外，我们学校办学规模小，科学组教师总共五人，师资紧缺，教师负担重，影响教师的学习与研究，造成理论知识不够，影响指导学生探究的有效开展。

2、教育科研缺乏专业引领。

一年来，我们组虽然围绕课题做了大量工作，但总觉得有些零乱，有时会出现茫然失措、无从下手的感觉，例如《新课标》要求教师在教学中“面向全体学生”，但对于50人左右的班级，面对不同学习能力的学生，怎样才能提高每一个学生的探究热情，确保探究有效进行？

3、农村学校学生基础相对薄弱，虽然在教学设计上尽可能考虑到为不同层次的学生创设探究学习的空间，但从课堂反馈来看，能力强的学生有所提高，而一部分学习基础差的学生则很难提高，如何以最大限度满足不同层次学生探究需求，又避免课时的限制，对我们来说是以后应努力思考与解决的问题。