【摘要】 通過對學習內容、學習者、學習任務的分析以及的教學媒體應用，選擇相應的教學策略，在物理實驗課堂教學中實施探究性的教學方式，使學生體驗科學探究過程，掌握科學探究要素，培養學生實事求是的科學態度。其中的形成性評價和教學反思，促使教學活動在不斷改進的過程中趨于完善。

【關鍵詞】 物理實驗; 科學探究; 教學設計

教學設計亦稱教學系統設計，是教師為達成一定的教學目標和預期的優化教學效果而制定的教學實施方案的系統的計劃過程。它是學習理論和教學實踐之間聯系的科學，旨在減少教學活動中的盲目性和隨意性，為教學活動的有效實施提供科學合理的行動綱領。

探究式教學方式是以探究為主的教學，指在教師的引導下，學生獨立自主學習、合作討論，對探究內容自由表達、質疑、探究、討論問題，通過個人、小組、集體等多種解難釋疑的活動，將自己所學知識應用于解決實際問題的一種教學形式。它包括提出問題、猜想假設、設計方案、實施驗證、分析論證、交流評估等多個要素。探究性實驗教學是探究教學的一種重要形式。

本教學設計以醫學物理實驗《用硅壓阻力敏傳感器測液體的表面張力系數》為例，從6個方面進行系統分析：①學生的興趣需要、學習風格、認知和發展特征、學習起點和學習動機;②學習內容的層次結構、展示程序和方式;③教學目標的整體性和層次性，教學目標的條件和標準、實現教學目標的重點和難點;④教學策略的制定和教學方法的選擇;⑤教學媒體的選擇和應用;⑥形成性評價。本教學設計擬將在教學中實施交互式探究性的教學方式，使學生體驗科學探究過程，掌握科學探究要素，培養學生實事求是的科學態度。

1 學習內容分析

醫學物理實驗是醫學本科教育中一門必修的基礎課程。本節學習內容選自第二軍醫大學出版社的2008年出版的《物理實驗》教材，本教材由基本實驗、提高型實驗(綜合性、設計性、應用性)、研究創新型實驗等多種形式實驗組成，注重發揮物理實驗在培養學生科學的實驗方法、創新思維能力和實踐能力的作用。

本次實驗課討論提高型實驗《用硅壓阻力敏傳感器測液體的表面張力系數》。本實驗具有兩個特點：首先，用硅壓阻力敏傳感器測量表面張力，該傳感器靈敏度高，線性和穩定性好;其次，該實驗采用的新的吊環不易變形，其尺寸經專門設計和試驗，直接測量結果準確可靠。本實驗分成兩部分，第一部分：對力敏傳感器進行定標，確定公式f=U/B+b中的系數B的大小，為精確測量表面張力系數奠定基礎;第二部分：觀察拉脫法測表面張力的物理現象，并用物理學基本概念和定律進行分析研究，測定水的表面張力系數。本節課重點討論實驗的第二部分。

實驗的第二部分要求學生測量出液體的表面張力系數，并且對測量方法和原理都有較高的要求，實驗內容從現象到本質，按照科學探究的思路展開，其中的原理部分更是蘊涵了科學探究的多個要素和環節，適宜對學生實施科學思維和科學方法的訓練。基于以上考慮，筆者選擇交互探究性的教學方式，可由學生課前自主查閱資料，在課堂交流討論，合作完成探究性的實驗，這會帶給學生以很大的發揮空間。

2 學習者分析

我校是省屬醫學本科院校。長期以來致力于學生綜合能力的培養，要求學生除掌握醫學基本理論知識以外，還應掌握醫學科研必需的辯證思維和分析判斷解決問題的方法，并具有一定的科學素養和實踐創新的能力。我校教學條件完善，學生可通過多種渠道獲取信息，能滿足學生個性化、多樣化的學習方式。

實驗室儀器設備和教學設施齊全，教學模式趨向多元化。實驗課中，學生的主體地位不斷被強化，學生已適應寬松、民主的課堂氣氛和平等融洽的師生關系，他們獨立思考、勇于質疑、樂于合作。

在生活中，學生已經對表面張力現象有了感性認識;通過理論課的學習，學生已經明確表面張力性質和定量的計算方法，理論準備知識充分;在課內外的多種渠道獲取資料的過程中，學生也了解到表面張力的理論和實踐的研究現狀，以及在醫學上的重要應用，學生對表面張力現象的本質與規律有進一步的求知欲望。

以上各項為教師選擇探究式的教學模式提供了前提條件。

3 學習任務分析

理解拉脫法測液體表面張力的原理，測量出純水和其它液體的表面張力系數;在猜想假設、設計實驗、采集數據、分析論證、形成結論、交流評估的過程中，引導學生體驗科學探究過程，掌握科學探究的方法;通過科學探究的過程，培養學生實事求是、勇于質疑、堅持真理的科學態度和科學精神，形成學生積極的科學情感和樸實、正確的科學價值觀。

本節教學的重點：掌握液體表面張力的相關知識，理解拉脫法測液體表面張力的原理。在此過程中，使學生掌握科學探究的方法;增強學生對科學的情感體驗，幫助學生形成正確的價值觀，提升學生的科學素養。

本節教學的難點：理解測量表面張力系數的原理。

4 教學媒體運用

計算機(多媒體PowerPoint課件、Gif動畫、視頻)、投影儀。

5 教學過程與教學策略

教學過程教學策略教師活動學生活動討論交流、

導入新課。 視頻展示：因液體表面張力而表現出的紛繁的自然現象。(資料由課前師生共同搜集)。

設問：表面張力具有什么樣的性質和效果? 學生討論交流，思考問題。 設置情境、

激發想象。 實驗演示：拉脫過程。

投影片顯示：吊環從水中拉脫出來的某瞬間的示意圖和其剖面受力示意圖(圖1和圖2)。 學生體會拉脫過程水膜的形成過程，對吊環受到的水的表面張力的表達式f表=πα(D1+ D2)進行分析推導。提出中心問題、

確立教學主題。 提出問題：如何測量水的表面張力系數α? 學生認識到要測量表面張力系數α，需要測出表面張力f表。學生思考：如何測量f表?鼓勵猜想假設、

發展直覺思維。 給學生充分的時間，營造自由、輕松的課堂氣氛，引導學生提出各種合理的猜想。學生暢所欲言，各抒己見，討論辯論，依據經驗和實驗條件提出各種猜想和假設。設計實驗方案、

驗證猜想假設。 引導學生驗證假設1：拉脫過程中表面張力f表的大小等于力敏傳感器承受的力f的大小。 學生根據實驗器材設計實驗，連接好電路，通過升降平臺實現拉脫過程。采集實驗數據、

繪制實驗曲線。教師參與到部分實驗組去，與學生共同討論交流，并規范實驗操作，提醒實驗注意事項。依據實驗數據，繪得圖3。分析實驗數據、

推翻原有假設。 教師啟發：如果假設1成立，數字電壓表輸出的電信號可能是變量嗎? 學生思考感悟：若假設1成立，電信號應該為恒量，而事實上電信號是變化的，說明假設1與事實不符。重新提出假設、

完善實驗方案。 繼續與學生討論假設2：拉脫過程中力敏傳感器承受的力的大小f等于表面張力f表和吊環重力G環之和，即f=f表+G環 學生討論。部分學生對假設2提出批判：吊環重力為恒量，也不會引起電信號變化。

學生通過對儀器調零，取消這一項。繪得圖4。分析梳理思路、

再次論證假設。 問：在拉脫過程中，究竟是哪個物理量的變化導致了電信號的變化?(留給學生充分思考的時間) 學生討論交流，初步判斷應該是水膜重力的變化導致電信號變化，并修正表達式為：f=f表+G環+G水 。反復實現拉脫過程、

感悟數據變化規律。 教師引導，鼓勵學生深刻思考。 學生細致觀察拉脫過程中的數據變化，感悟水膜重力對數據的影響。分步解釋實驗現象、

直至理論實踐相符。 教師啟發學生分步討論。 學生思考并分組發言。分成4步來解釋實驗現象：①拉脫的最初階段;②水膜增高階段;③水膜回流階段;④水膜斷裂瞬間。歸納總結、

形成結論。 師生討論并總結：①表達式f=f表+G環+G水能夠從理論上、實踐上很好地解釋實驗現象;②實驗中讀取并代入公式運算的輸出電壓應該為G水最小時(即水膜斷裂前一瞬間)對應的電信號U2。

學生依據總結實施測量。思維拓展、

課堂延伸。 設計性實驗：能否利用毛細現象測量水的表面張力系數?器材：等面積的玻璃板兩塊(20cm×10cm);長條狀銅片(1cm×10cm，厚0.2～0.3mm);螺旋測微器;刻度尺(利用課后實驗室開放時間完成)。個性作業、

多元評價。 布置作業：任選一題或自定主題，體裁不限。

(1)繼續搜集表面張力的有關資料并整理(中、外文皆可)

(2)用相關軟件處理本節實驗課的實驗數據，驗證我們的猜想

(3)用思維導圖表達本節實驗課科學探究的過程

(4)我對液體表面張力的新猜測

(5)我希望知道的關于表面張力的其他問題

(6)由本節內容想到的涉及表面張力的醫學應用

以上作業可2～4人合作完成。

實驗室設置作業展覽區，觀摩欣賞、自評互評;部分作業將在研究性學習中安排2課時交流討論、集體評議。

圖1 水膜形成示意圖 圖2 吊環剖面受力示意圖

6 形成性評價

在課前準備以及課堂學習過程中，學生對表面張力有了較為全面的了解，知識面得以拓寬;在動手設計實驗以及數據處理的過程中，也訓練了學生的實踐操作技能。

學生在課堂上體驗了科學探究的過程，認識科學探究的每個環節對解決問題的重要性，領悟了科學研究的要素和方法，這在第(3)項作業的思維導圖中有所體現。

學生對表面張力表現出濃厚的興趣和強烈的求知欲望，他們以實事求是的科學態度進行科學探究，養成合作與共享的個性品質，增強了學習科學的自信心和責任感，有助于形成正確的科學價值觀。個性多元化的作業發揮了學生的潛能，培養了積極的科學情感。

7 教學反思

教學內容選題典型，能很好的體現科學探究的精神;交互式探究性的教學方式不僅幫助學生學習物理知識與技能，更能培養科學探究的能力，使學生逐步形成科學態度與科學精神;選用開放性的教學模式，學生積極性高，課堂氣氛活躍，有助于學生形成良好的科學情感;多元化的作業可以尊重學生的個體差異，促進學生自主地、富有個性地學習，同時也有助于實現過程性評價的激勵功能和診斷功能，促進學生的發展。教師在課前準備中獲取了同事的寶貴意見，課后得到了專家與同行的鼓勵和肯定，這些必然促進教師自身的提高以及教學實踐的改進。

本次節課教學環節的安排若能再緊湊些，效果可能更好。若能與研究性學習結合，以獲取稍長的課堂時間，或許能更加從容。