从《自由落体运动》教学谈自主探究物理规律的实践与思考
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作者: 赵海映
摘要：针对如何在物理规律的教学过程中灵活性地放手让学生进行自主探究，使学生体验科学探究中的方法和心理变化，培养学生学习科学的积极动机，我认为：规律教学的探究设计重在增加学生体验性的探究机会、通过交流合作式的教学方式体现主体性的学习过程。本人从《自由落体运动》一课的教学来谈一谈自己的看法
关键词：自由落体运动；自主探究；物理规律
目前，我国基础教育改革正在紧锣密鼓地进行，教师的教育观念、教育方式、教学行为等都发生了很大的转变，传统意义上被认为是知识传授者的教师的教与学生的学，已经让位于师生互教互学，彼此形成一个真正的共同体了。下面，我就从《自由落体运动》的教学案例，谈自己的一些做法和启示。
通过对很多物体的下落运动的观察，让学生指出物体的下落运动是匀速运动、匀变速运动还是更一般的变速问题的猜想。在学生观察、猜想后让学生回忆描述物体运动特征的物理量有哪些，着手制定探究物体运动规律的初步方案，由学生回答后归结出研究物体运动规律的角度大致有三种方案，制定探究物体运动规律的方案。然后我就从物体下落的位移随时间的变化关系入手，试着揭示物体运动规律。主要从两方面入手展开。
现象探究：由于学生大多可能了解轻重不同的物体下落快慢的原因，于是我就提供给学生两张纸让学生设计实验，并分析自己的观点，此时课堂气氛热烈、学生的积极性很高，然后在此基础上再进行实验抽象出理想模型――自由落运动，这是教学中的现象探究环节。
规律探究：通过“作自由落体运动”的物体运动规律究竟是否是匀变速直线运动的设问进行过渡，并进行频闪照相模拟实验，让学生再次提出研究方案。我原本设计的探究方案基本步骤是：①让学生观察小球每间隔1/30s的位置，读出小球在不同时刻的位移；②求出相邻的相等时间内位移值，并进行比较，使学生逐步明确位移的增量为恒量；③根据匀变速直线运动的规律Δs=at2推证出该运动是匀变速直线运动。
学生除了提出预定方案外，还提出了以下二种推证方案：①由初速为零的匀变速直线运动规律：a=2s/t2对实验数据进行尝试代入处理，得出该运动的加速度a为恒量，由此确定它是匀变速直线运动。②由不同时刻t对应的物体位移s，建立s-t坐标系，对物理数据进行描点处理，发现s-t的变化关系。在教学中学生提出的这两种方案差一点被我否认掉。幸好，我是先把它们搁了一下，从学生回答出的预定方案先进行入手分析，推证物体的运动规律。待规律探究完成后，进行探究小结时，我忽然想到：其实学生的两种方案也不失为一种可行性方案，例如①方案显然犯有逻辑错误（因为推证的目标是为了研究这一运动是否为匀变速直线运动，而在推理过程中却又用了匀变速直线运动的规律），如果想用方案①解决问题要，应该转轨到假设思路或反证法上并进行尝试性解决，这也是物理学中处理问题的一种积极方法。科学史上伽利略就是用这种尝试分析的方法，证明了小球沿光滑斜面向下的运动是匀变速直线运动，从而推导出自由落体运动规律，其运用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法开创了研究自然科学规律的科学方法。课堂教学中经这样点评后，刚才提出这种方案的几位同学露出了会心的微笑。经过这样一个带有挫折性的教学后，我就大胆鼓励同学们用方案②进行问题的探究。在这里学生着实碰到了些困难，因为学生发现所描的图线是一条曲线，很难从图线中找出数学关系揭示物理规律，只能从中发现位移s随时间t的大致变化规律，我就在这里设疑点拨：其一，引发位移增量的比较，回归到方案①；其二，从图线是曲线的特点引发关于此函数方程的数学猜想，学生进行尝试后，若想进一步证实它是抛物线方程则作为本课教学的延伸；其三，从s-t图象上很难直接分析出物理规律，有同学建议尝试用v-t图象的方法，从而得出方案③：由不同时刻t对应的物体瞬时速度v，建立v-t图象推证物理规律。而在③中如用vt/2=（v0+vt）/2计算某一时刻的瞬时速度v，又会犯跟①方案一样的逻辑错误，思想同样应该转轨到假设思路或反证法上并进行尝试性解决。
经过上述的一些教学探究活动，同学们的思路活跃、学习积极性也很高，由此我总结出在物理规律的探究教学活动中应重视以下几点：
1.构建探究过程的目标：我认为这一环节的教学设计首先应该是开放性的，重在引发出学生在推证过程中的各种争论、揭示疑难、提出新问题，而不是让物理规律掩盖住其自身的推理过程，更不是诱导学生得出教师预期中的那个答案或者似乎是唯一正确的推理途径，具体实施的办法是应该把这一环节作为中心问题，按学生的思维展开。
2.探究操作的环节设计：我认为教师作为学生学习活动的有力促进者和合作者应重在构建学生与学习环境相互作用的过程，设计开放程度不同的探究环节，充分重视学生的探究见解，体现出学生的主体性地位，并可以依照探究的逻辑对教材内容予以重新编制和改进。当然，在这一探究教学过程中，还要考虑到其他许多因素，其中尤为重要的一个便是学生的兴趣和能力水平，不能一味地强调理论假设，有时采用尝试错误性的探索，既能引起学生的兴趣，又能在此基础上把探究推向深入。
通过教学实践研究，我认为在探究教学模式中不同的课题所设计的探究教学方案其侧重点应有所不同，要站在培养学生的能力及科学素质的立场上，设计适合学生发展的探究形式，让学生自我体验、自主探究。同时探究学习强调学生的自主性，但并不忽视教师的指导，要辩证地处理学生自主与教师的指导关系，但教师是否应该先给学生一段时间让他们自主地开展非指导性的探究，教师重点指导探究的哪些方面，如何引导，何时介入、介入多少，哪些指导是必要的，怎样指导才算充分等等，这些问题在不同课题的实际教学中尚有待进一步研讨。
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