初中物理实验探究教学策略

初中物理要在“做中学”，实验探究在初中物理教学中的地位会越来越高，占中考的比例也会越来越高，今年50%，明年还要涨，高到什么时候就不再高了，直到全市公立校的初中物理课都在实验室上为止。

因为经济方式在转变，所以咱们的教学方式也得转变，经济领域提出一个“供给侧改革”，咱们也属于供给侧，你是给家长给学生提供服务的，就这个咱们的改，改什么呢，就是人家需求的。供给侧要点是什么，就是要生产人民群众需要的产品，减产停产不需要的产品。用这个衡量教育，也存在这样的问题，学生和家长不需要的我们使劲供给，需要的咱们就是不生产，整个社会都这样，产能过剩，教育领域也存在严重的产能过剩。所以现在国家提出的战略第一是去产能，第二是去杠杆，第三是去库存。教育肯定得去产能，一去产能，学生的负担就变轻了，咱实际上是供给太多，学生受不了，吃不了，产能过剩。要解决产能过剩，就得转换增长方式，原来提供的东西人家不需要，咱就得少提供，多提供点大家需要的。具体到咱们这个学科，就是教学方式的转变，进一步加强实验探究在整个教学过程的地位和作用。

为了支持这种改革，从15年开始，中考就加大了这方面的力度，后面的中考改革也会一直沿着这个方向走。今年提高到50%左右了，明年还会继续提高，为什么这么做，什么时候走到学校一看，上物理课都在做实验了，平时课都这么做了，咱们的实验增加就停止了。

如果上学校一看，还在做题讲题，不做实验，说明实验的权重还不够，考得还不够，因为还是不愿意做实验。请大家仔细体会这个转向，考实验是手段，目的是希望学生有更多的机会经历实验探究的过程。这也是整个改革的大的背景。为什么实验探究要提高到这么高的地位，主要目的是为了转向，中考定位也发生了变化，从15年市领导给中考定位，原来的中考或多或少都是为高一级学校选拔服务，尤其是为一流的示范高中选拔新生，谁上由分数决定，从15年开始，不仅由分数决定，还有政府分配名额，拿出50%的名额来分配，所以很多学习不好的可能进了人大附，学习好的进不去。所以中考定位变了，不再为选拔服务，而是为教学改革服务，教学改革创造什么就改什么。所以从15年中考改革就紧贴教学改革的方向。

这也给我们带来了一系列的问题，最重要的问题还是实验探究的问题，因为这是物理教学中最核心的东西。实验探究怎么搞，从2001年新课标颁布后就开始了科学探究，这之前包括你我都没学过实验探究，工作后也没弄过，从01年开始搞，至今已经搞了15年了，困难当然很多了，没有器材，没有实验室，课时也有困难，老师也困惑，科学探究咱们组织也有一系列问题，这些问题都得在实践中一步一步解决。01年预计大概需要二十年能搞明白，现在过去十五年了，也基本快搞明白了。今天就科学探究中遇到的几个突出问题和大家交流一下。

一是提出问题，从15年第一次考，原来没考，因为不好考，你得能判断对错，学生答了，咱们就得有明确的标准判断他答的是对还是错。提出问题还能是错了吗？一直不敢回答，所以一直考不了，什么时候敢回答，有判断的标准了，就能考了。去年第一次考，能否提出一个可以探究的科学问题，判断的指标也有，为了让学生适应，先以阅读的形式，提供一篇阅读的短文，读完后再答题，那道题得分率不低，说明学生学习能力还是挺强的，十分钟把可以探究的科学问题基本搞明白了，10万学生约有7万搞明白了，效率很高。但在教学中还是存在这样那样的问题，到底能不能探究，指标怎么判断等，还有一系列问题，还有怎么培养提出问题的能力，这都是问题。在实践中，我们总结了一些误区

（1）忽视提出问题的培养，不给学生提出问题的机会，害怕学生提问题，怕打乱教学进度，回答了课上不完，不回答又对不住学生，所以实际教学中往往不给学生提出问题的机会。

（2）忽视疑问和提出科学问题的区别，学生提出各种各样的疑问，是不是科学问题。

（3）把教学中的结论变成一个问题作为科学探究，这是最普遍的，一看结论是什么，把结论加个问号，就成了科学问题。比如讲串联电路中电流关系时，问题是“串联电路中电流处处相等吗？”，讲完电磁问“电能生磁，磁能生电吗？”，讲光的反射时“光的反射遵循什么规律呢？”，经常提出这样的问题，好处是容易提，缺点是提和没提差不多，没有帮助。

提出问题就相当于力学中的确定研究对象，如果研究对象没确定，还想解题，其实也能解，只是无意识地已经确定研究对象了，不确定研究对象就找不到方向，就不知道从哪个方向思考，同样不提出问题就不知道从哪个方向思考。爱因斯坦曾说“提出问题往往比解决问题更重要”，我原来也不认同这个观点，总认为解决问题更重要，提出问题很容易呀谁都可以提。但现在我认同他的观点，觉得爱因斯坦说的提出问题就是指可以探究的科学问题。随便提个问题很容易，但提出一个可以探究的科学问题就不容易，因为相当于把研究对象明确了，在未知领域里，提出可以探究的科学问题是非常困难的。

   （4）提出问题含糊不清，不能明确地指向是或者否的答案，比如凸透镜成的像是放大的还是缩小的？这样的问题含糊不清。咱们说的科学问题必须能明确地回答对还是错，凡是不能明确回答对还是错的问题是不能进行探究的。科学问题有几个很重要的指标，可以从正反两个方面描述，正的方面描述什么样的是，反的方面描述什么样的不是，什么样的是呢？涉及客观世界中的物体，能够通过搜集数据（证据）明确回答对或者错的这样的问题，就叫科学问题。所有的科学问题都有明确的答案，对还是错，二者必居其一，不存在第三种情况。凡是不能明确判断对和错的问题都不是科学问题。因为科学要求符合逻辑，逻辑上对对和错就进行了二分，要么对，要么错，而且逻辑上的对是指全对，如果有一个错也不行。所以像个人爱好、道德判断、价值选择、宗教信仰等都不是科学问题，比如你喜欢吃面条还是吃米饭，你喜欢哪个品牌的衣服，虽然可以通过数据统计得出结论但仍然无法回答好还是不好，不能二分法，分不了，这样的问题就不是科学问题。因为只有划清界限，研究问题才能深入，不能用少数服从多数来决定。道德也有对和错，但是相对的，对中有错，错中有对，看从哪个角度说。所以区分科学和非科学问题，一是看是否客观，二是看能否回答对和错，不存在第三种情况。

所以在教学中首先鼓励学生提问题，什么问题都行，把问题列出来再判断哪些是科学问题，是科学问题就研究，判断是否是科学问题之后，接下来就要判断哪些可以探究，哪些不可以探究，不能探究的就要转化，学会转化最重要。先提出一个科学问题，再转化为可以探究的科学问题。转化的办法，先要有个目标，把可以探究的科学问题的关键指标找出来，找出关键指标，照这个方向就能探究。

可以探究的科学问题的关键指标是什么，就是一个问题至少要包含两个指标，因变量和自变量。所以要提出可以探究的科学问题，先要找两个变量，因变量和自变量，然后问这两者之间有没有关系，第二个指标是因变量和自变量都是可以观察或者可以测量的，如果不能观察或测量，还得再转化，转化为能够观察能够测量的。还要解决一个问题，表达的标准形式，像数学研究和逻辑研究都有一个特点，就是要形式化，找一个标准形式，比如什么叫一元一次方程，怎么判断，不是用定义，而是用标准形式去判断，ax+b=0，有了标准形式，判断就会非常方便。咱们也有标准形式，a与b有关吗？这就是一个最简单的可以探究的科学问题。学生掌握了这个，判断就容易了，会了这个最简单最基本的，再往上加，比如a影响b吗？a是b的影响因素吗？b随着a的改变而改变吗？这些都是。还可以再进一步，a越大b越大吗？b跟a成正比吗？这些都是在原有基础上的深化。但首先要学会提一个最简单的科学问题，就是“a与b有关吗？”，一旦提出这样的问题，后面的科学探究就变得比较简单了，实验设计就简单了，有因变量了，有自变量了，能观察能测量了，事就比较好做了。

比如“平面镜成像有什么特点？”这怎么探究，根本没有方向，不知道干什么，实际上对一个未知领域搞科学探究的时候，提完一个问题，接下来要干什么？不是猜想不是设计实验，是要钱买东西，买什么东西，测量因变量和自变量的东西，控制变量的东西，只有提出明确的问题，才能知道买啥东西。用什么仪器测，首先得想到用什么仪器，没有仪器搞不了，需要什么仪器得把需要研究什么量定下来。所以真正搞科学研究就得这么干，首先明确研究对象，想干什么事，不仅想还得做。有了因变量、自变量、可观察、可测量，有了标准形式，转化就有了明确的目标和路径。这样路径就很清晰了，首先找两个变量，问这两个量是否有关，为什么要找这两个变量，就是想要研究谁，你想研究谁就找谁。这里有个转化的问题，把“为什么”的问题转化为“是什么”的问题。学生在学物理的时候经常会提出这样的问题“为什么”，“为什么”的问题可以转化为“是什么”的问题，转化为多个“是什么”的问题来解决，一个“为什么”需要一系列的“是什么”，“是什么”的标准格式就是“a是b的影响因素吗？”。

解决“为什么”的问题，先把相关影响因素找到，然后问其中的一个因素是另一个因素的影响因素吗。比如为什么衣服晾在通风向阳处干的快？这里面结果变量就是干的快，所以先找因变量，就是结果变量，你想研究什么，什么因素影响结果变量，或什么因素是影响结果变量的变量（是什么）。从一句话里找影响因素，是通风还是向阳，当然还需要将这些因素尽可能概念化，就是用科学术语或者物理概念来表达，要有一个转换，为什么要转换呢，目的就是为了可观察可测量。因为一旦转化为物理概念，就可以观察可以测量了。如果是日常概念就没有工具去测量，所以真正的难点是定性的实验探究，越是定性的探究越难，越是定量的越容易，因为概念是什么含义，物理量用什么工具测量，科学家早就做好了，但对于一个定性的实验探究来说，这些都没做，所以难。通过一些实例你可以体会到真正难的是定性的实验探究，看上去挺简单，其实很难。所以第一个工作是把日常用语变成科学俗语或者物理概念，尽可能向这个方向转化，实在转化不了也没办法，就是没有对应的概念你怎么办。干的快转化为水蒸发的快，通风转化为空气流动的快慢，向阳转化为水的温度。

第二步，尝试将影响水蒸发快慢的因素分开，就单一因素提出是什么的问题，就是我们的研究是单一因素的研究，控制变量的另一个名称就是单一变量，一个因素提一个问题，好几个因素就提好几个问题，就像受力分析，一个一个解决，隔离隔离再隔离，一直隔离到最简单。科学问题每一次就针对单一因素提问题，就好探究了，这样就能找到一个非常明确的程序，就按照这个程序做就行了。程序一旦标准化，解决起来就很顺利。当然也有不好的地方，比较刻板，但好处是效率却大大提高了。

第三步，在是什么的问题上可以进一步就具体的关系提出问题，比如“温度越高，衣服里的水蒸发的越快吗？”，甚至可以提“成正比吗？”。

关于提出问题，关于光的反射，提出问题有这么一个过程，大家可以思考，怎么探究光的反射定律，这是一个课题，课题和提出问题不一样，比如嫦娥奔月是一个课题，作为首席科学家，你得把它分解成一系列的子任务，子任务还得分解，直到分解成一个个可以探究的科学问题，这样就可以去研究了。光的反射定律设计到很多问题，这个过程从提出到找到经历了上千年的时间，一旦提出研究反射角和入射角的关系，那就太容易了，但你怎么能想到提这个问题呢，想不到，所以人家想了千百年才想出来。这节课基本上把人类思维过程的关键点表现出来了，虽然不是太完全，可以试一试。如果光的反射这节课能花一节课时间提出问题，落到反射角和入射角这个问题上，就很值得。大致历程是先创立一个情景（本来投影在天花板上的图像通过平面镜投影到竖直墙壁上），让学生们感觉到平面镜是可以改变光的传播方向的，因为咱们在讲光的传播时说了在均匀介质中沿直线传播，在非均匀介质中就不沿直线了，那如果遇到障碍物呢，就会发生反射，反射的另一个含义就是传播方向改变，这个情景或案例就是让学生体会到不从反射角度说，从哪个角度说呢，从光的传播方向改变的角度说，这样才引向深层探究，实际上就是想研究方向是怎么变的，方向的改变跟谁有关系，谁能影响到方向的改变，我们关心的是这个问题，所以这个情景很重要，相当于转了一个弯，本来是探究光的反射定律，大家老想着反射，实际上是传播方向的问题，然后再举出几个平面镜改变光的反射的实例，让学生加深对方向的印象，第三再提出一个具体的任务，怎么把斜着的太阳光竖直射到井底，要想射进去，实际上你得预测反射光线的传播方向，如果不能预测，就老调整不好，预测实际上是探究的方向就比较明确了，能够预测一般是你知道影响传播方向的因素了，如果不知道影响因素，你就预测不了，这就向咱们说的研究方向进了一步。所以课题就变了，变成平面镜怎么改变光的传播方向，这只能算课题，还不是一个可以探究的科学问题，怎么变成可探究的科学问题呢，咱们得想因变量和自变量，他们有关吗，更进一步，如果有关，什么关系，下面几句话很关键，也是提出问题的关键点

一要描述，为啥提不出来，因为描述不出来，你想把光的问题简化了，引入一个什么概念，光线的概念，没有光线这个概念就无法描述光。所以先解决第一个问题，怎么描述，有了光线的概念，平面镜改变光的方向就可以用图画出来，原来沿着光的方向走，结果遇到平面镜，往这个方向走了，问题就可以表述为“反射光线和入射光线有关吗”，换句话“反射光线的传播方向随着入射光线传播方向的改变而改变吗”，这就是一个科学问题，但是能不能探究呢，还得看因变量和自变量能不能测量，反射光线的传播方向跟入射光线的传播方向怎么测量，如果能测量就是可以探究的科学问题，怎么测量呢，这其实是人类认识中的重大突破，当时怎么知道的，怎么去量方向的，实际例子就是航海（怎么确定航向），学生肯定遇到障碍。下面怎么解决如何测量，怎么确定反射光线和入射光线变化的依据，比如航向，陆地上有参照物，在海里没有，就用指南针，有了指南针就定了一个标准，所有的测量都得有一个标准，没有标准测不了，长度有标，方向也得有标，就像指南针可以定南北，法线就像是指南针，就是一个标，一旦定了这个标，入射光的传播方向和反射光的传播方向就是参照这个标来说的，参照法线如何描述方向，在数学上专门有个描述方法叫三角，三角就来解决这个问题的，用标（法线）和航向的夹角来唯一确定你的航向，这个角度定了，航向就定了。所以就可以通过测量这个角来确定你（光）的方向，问题就转化为测量角，测量角就相当于测量传播方向，比如北偏东30度，所以光的反射探究什么，探究角，反射光和法线夹角与入射光和法线夹角有什么关系，反射角怎么随入射角变化而变化，还有一个前提条件，在什么时候，这个角（反射角）唯一确定这个方向（传播方向），必须在一个平面内，所以得先研究三条线是否在一个平面内，如果不在一个平面就不行，入射光线和发线已经可以确定一个平面了，那么再研究反射光线是否在同一平面。咱们咋证明的，用一个可折叠的平面，用激光射在一个面上，看反射光是否在同一面上，再将一个面往后折，看是否还在。这么研究有什么问题，稍微搬一点点（不在一个平面）也能看到反射光，马上问题来了，在一个平面能看到，不在一个平面也能看到，那是否在一个平面呢。说明证据不支持，为了解决这个问题，聪明的厂家想了个办法，往前搬..这就是中国人，顺义一个教研员看了感慨“我觉得自己挺傻的没想到有人比我还傻”。

我们现在的探究包括教材上的探究都有问题，我们得带着审视的眼光重现去看，从问题的提出到实验设计到器材都有问题，咱们今年准备重新修订北京市物理实验器材的标准，欢迎各位老师提意见建议。咱们的思维方式和科学的思维方式格格不入，科学的思维是啥，你有关联就得有证据支持，所有的观点都得来源于证据。证据不支持，观点就得放弃，咱们就不习惯这点，证据支持也不承认，不支持咱也认可，不管证据。你就会发现咱们看科学问题就会觉得别扭，为啥，，跟咱们的想法不一样，科学的东西不讲人情，也不能少数服从多数，也不能投票，这些都不成，讲的就是证据，如果证据不支持就得忍痛割爱，就得放弃。

关于控制变量，先得把三个变量的关系说清楚，因为现在很多老师对这三个变量到底是什么关系搞不清，所以在识别变量时很多老师习惯于先找控制变量，有的老师先找自变量，其实正确的方法是先找因变量（结果变量），先找它，这是目的，因为自变量和控制变量都是影响因变量的变量，只要找不到因变量就找不到控制变量，控制变量怎么找到，在所有影响因变量的变量中去掉自变量，就是出除了自变量外所有影响因变量的变量都是控制变量，所以找控制变量不好找，一般很容易找漏，为什么容易找漏，因为你没有按照这个思路（思维框架），所以科学探究整个就是程序流程图，一个个流程，都有内在逻辑性。七个环节是流程图，三个变量也有内在逻辑。所以先找因变量，然后把所有影响因变量的变量列出来，把我们主动掏空的变量定为自变量，剩余的就是控制变量。所以自变量和控制变量是并列关系，都属于影响因变量的变量，自变量和控制变量的性质是一样的。

对于这三类变量就要解决这四个问题，四个问题解决了，实验设计就完成了，这就是标准化的程序思维。科学探究完全可以标准化，变成一种思维模式，这样想问题就比较快，问题就归结到怎么测量，怎么控制，所以测量依然很重要，在实验设计科学探究中一遍有两个难点，一是控制变量怎么控制，二是怎么测量，尤其是定性的变量更难测量。

下面说说控制变量怎么找，我出一个思考题，有一节课叫声音的产生和传播，你要重现审视一下这节课，产生是一个，传播是一个，先说传播，咱们原来怎么提问题的，声音是怎么传播的？现在我们载来审视一下这个问题，按照现在的标准就不是一个可以探究的科学问题，找不出两变量，研究方向不明确，咱们先想想声音的传播说了几个事，再想问题怎么提，可以不止一个问题，一共说了四个事，空气可以传声，液体可以传声，固体可以传声，真空不能传声，这四个问题应该是怎么提？结论已经知道了，问题是什么？

………老师们在思考中…….

第一个问题：提出一个可以探究的科学问题。第二个问题：每一个问题都要找出因变量、自变量、控制变量。三是重新设计实验，重新审视，比如证明固体传声可以是敲桌子、土电话、听铁轨，你把这三种重新审视一下，看存在什么问题。比如敲桌子，我在这敲，前面的老师堵上耳朵，听见了吗，两耳朵都听见了，这就是问题，堵上也听见了，你希望什么，爬桌子上听见了，不爬桌子上听不见。问题出在哪，到底谁是控制变量，谁是自变量，05年给了参考答案，一是放瓶子里密封起来，另一个方法是在桌子的一端在纸上用铅笔均匀画一，为什么这么做，为什么不写字，就是要声音小一点，声音大了造不成对比的效果，不能保证空气中听不到，这是不是控制变量。土电话声音大了也不成，说话也不行，最好用秒针的声音，控制变量至少能列五六个，有些是无意识的控制了，有些又漏了，一是声源（声音的大小、频率）、距离远近、耳朵不能聋（接收装置），说到这，问题能提出来了吗？

“能否听见声音和传播介质有关吗”，进一步研究到底是什么因素影响，用的方法是对比，凡是用眼睛看用耳朵听的实验只能做对比实验，一个有，一个无，对比实验的特点就是一次出结果，一次没结果，这不就形成对比了。耳朵和眼睛只能分辨两个，三个就不容易了。比如在探究摩擦力影响因素，说摩擦力是否与接触面的粗糙程度有关，粗糙程度也有问题，如果两种粗糙程度不同的材料如何判断，两个都是平的或不平的，如何判断，表格怎么填，表头是粗糙程度，后面怎么填，一种填毛巾、棉布、木板，行不行，不行，因为和表头不一致；还有一种光滑、粗糙、更粗糙，两个都凹凸不平你怎么看那个更粗糙，怎么判断，没法回答。越定性的问题越难，怎么测量，至少怎么描述，没法描述没法测量就没法研究，除非你已经知道结论，这也是一个思考题。

时间关系就讲这么多，给大家一个启发，更多需要大家去思考。

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