淺談高中物理教學(xué)中學(xué)生探究能力培養(yǎng)

摘 要：無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家的教育工作者，都充分地預(yù)見到了提高科學(xué)素質(zhì)對于現(xiàn)代人的重要性，并積極尋求教育解決的辦法。科學(xué)素質(zhì)的涵義集中體現(xiàn)為三個方面：科學(xué)觀，科學(xué)知識和能力，科學(xué)行為習(xí)慣。從教育的角度來看，科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的首要任務(wù)是科學(xué)知識和能力的培養(yǎng)，而科學(xué)能力又集中體現(xiàn)在科學(xué)探索和研究能力上。本文闡述在高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生探索能力。

關(guān)鍵詞：物理；教學(xué)；探究能力

十八大報告中提出：“全面實施素質(zhì)教育，深化教育領(lǐng)域綜合改革，著力提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。”目前我國正在開展新一輪課程改革，強(qiáng)調(diào)了對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高，新課改積極倡導(dǎo)探究教學(xué)。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出運(yùn)用探究的方法來研究物理學(xué)中的問題，正是當(dāng)今高中物理教學(xué)改革中必須倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式。

在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，可以通過很多途徑，下面是筆者近幾年的教學(xué)實踐，提出來與同行們交流。

一、在平時物理教學(xué)中滲透

所謂“在平時物理教學(xué)中滲透”的教學(xué)方式，即教師將科學(xué)探究的方法，自覺的融合到教學(xué)之中去。教師應(yīng)當(dāng)在平時的教學(xué)中，將探究的思想貫穿于整個教學(xué)計劃之中。在教學(xué)內(nèi)容限定的情形下，應(yīng)深刻挖掘各種對于探究有用的因素。

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和發(fā)現(xiàn)問題的能力

探究要從問題開始，問題可以產(chǎn)生于具體的情境，物理探究式課堂教學(xué)，教師必須努力創(chuàng)設(shè)豐富的物理問題情境，讓學(xué)生在物理問題情境中不斷地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和發(fā)現(xiàn)問題的能力，是提高學(xué)生探究能力的首要目標(biāo)，也是培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。

例如：在講授超重、失重時，教學(xué)中可不用彈簧拉鉤碼，而是用細(xì)線拉重錘，當(dāng)重錘處于靜止?fàn)顟B(tài)時，細(xì)線可以提供足夠的拉力來平衡重力。當(dāng)教師用細(xì)線拉著重錘突然向上加速運(yùn)動時，細(xì)線突然斷開，鐵錘便會重重地落地，學(xué)生們看后都心里一驚，達(dá)到了引發(fā)學(xué)生思考、激發(fā)學(xué)生探究欲望的目的，學(xué)生經(jīng)過探究、互動討論，既了解了超重現(xiàn)象，又學(xué)會了應(yīng)用牛頓第二定律解釋超重現(xiàn)象。

2.講授物理概念、規(guī)律的建立過程，培養(yǎng)學(xué)生推理和判斷的能力

在講授課上，教師可以針對某一概念、規(guī)律的建立過程展開講述，讓學(xué)生體會到探究活動中，人們的思維是如何圍繞著新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實進(jìn)行推理和判斷。

例如：從亞里士多德當(dāng)初對力的認(rèn)識“力是維持物體運(yùn)動的原因”，到伽利略理想斜面實驗推翻了亞里士多德統(tǒng)治物理學(xué)近二千年的權(quán)威，形成了“力是改變物體狀態(tài)的原因”的正確認(rèn)識，到牛頓通過實踐和理論的完善，總結(jié)出牛頓第一定律。讓學(xué)生重新經(jīng)歷科學(xué)研究的過程，經(jīng)受科學(xué)家不受權(quán)威限制的創(chuàng)新精神的震撼，又學(xué)習(xí)了科學(xué)探究的方法，讓學(xué)生體會到創(chuàng)新其實并不遙遠(yuǎn)。

3.強(qiáng)化邏輯思維推理能力和分析解決問題的能力

能力的培養(yǎng)教學(xué)中要注意通過歸納、演繹和類比掌握邏輯推理方法，要使學(xué)生掌握應(yīng)用數(shù)學(xué)為語言和推理論證的工具，提高學(xué)生的邏輯思維能力。教師要有意識地設(shè)置一些思維訓(xùn)練的問題，有目的地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理模型分析和解決實際問題的能力。

在科學(xué)方法教育實施過程中，教師不但要對教材進(jìn)行深入鉆研，挖掘教材中的科學(xué)方法，而且還要不斷總結(jié)積累有關(guān)科學(xué)方法，并將其滲透于教學(xué)過程之中，使學(xué)生逐步掌握這些方法，進(jìn)而運(yùn)用這些方法大膽地去解決實際問題，提高創(chuàng)新能力。

如在“牛頓第一定律”這一節(jié)中，伽利略所用的理想實驗方法是一種非常重要的方法。愛因斯坦對這一方法的評價是：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，伽利略最大的貢獻(xiàn)并不僅僅是推翻了亞里士多德的觀點，而是他為物理學(xué)的發(fā)展指明了方向。”教師在教學(xué)過程中應(yīng)對諸如此類的方法介紹一下其歷史背景和發(fā)現(xiàn)過程，剖析一下科學(xué)家們的思維方式等，使學(xué)生真正了解其精髓。掌握這些方法，同時感受這些方法的美妙之處以及科學(xué)家們對科學(xué)事業(yè)的創(chuàng)新精神和情感態(tài)度，可加深學(xué)生的印象，并對其以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究其他實際問題有一定啟迪作用。再如控制變量法是物理學(xué)中常用的一種方法，這種方法的特點是：當(dāng)一個物理量與幾個物理量有關(guān)系時，我們先研究這個物理量與某一個物理量的關(guān)系而把其他的物理量控制住。在教學(xué)中學(xué)生理解這個特點不難，而關(guān)鍵是讓學(xué)生運(yùn)用它解決實際問題。

4.利用習(xí)題培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力

高中物理新課標(biāo)給出了科學(xué)探究的7個要素：提出問題、猜想與假設(shè)、制訂計劃與設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。這是高中學(xué)生應(yīng)該在科學(xué)探究中達(dá)到的要求。新教材中有許多探索題，其解題過程能較好體現(xiàn)科學(xué)探究的7個要素。教師在教學(xué)過程中多滲透一些這方面的探索題，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力大有好處。

例如：圖1中是高速攝影機(jī)攝的子彈射過撲克牌的照片，子彈的平均速度是900m/s，請你估算子彈穿過撲克牌的時間？

對于這道題目，學(xué)生會認(rèn)為子彈的位移為撲克牌的寬度，此時，教師可提示學(xué)生：子彈穿過撲克牌的位移是否是撲克牌的寬度？對于一些愛鉆研、愛探究的學(xué)生可能會提出這樣的問題：子彈穿過撲克牌的時間，應(yīng)該是從子彈頭進(jìn)入撲克牌到子彈尾穿出撲克牌的時間，那么，對應(yīng)的位移就應(yīng)當(dāng)是子彈的長度和撲克牌的寬度之和。此時，教師應(yīng)不失時機(jī)和學(xué)生一塊制定計劃與設(shè)計實驗：子彈的大小是不便直接測量的，只好根據(jù)圖上的“比例尺”測量，找來一張撲克牌測得實際寬度為5.7cm，量得圖1中撲克牌寬度為2.7cm，算出“比例尺”為 ，再量得圖1中子彈長度為1.2cm，這樣，子彈的實際長度估測為1.2×■ cm=2.5cm。因此可以估算出子彈穿過撲克牌的時間t=■=■s=9×10-5s，這種解法，從提出問題到得出結(jié)果，幾乎要經(jīng)歷科學(xué)探究的7個要素。不僅解決了題目要求的時間，更重要的在于使學(xué)生體驗了科學(xué)探究的過程和方法，培養(yǎng)了分析思考、科學(xué)探究的能力。

二、在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生探究能力

物理實驗課教學(xué)是進(jìn)行科學(xué)探究能力培養(yǎng)的重要途徑。物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的科學(xué)，而且和其他學(xué)科相比，物理學(xué)也是最為成熟的一門學(xué)科。在它所覆蓋的各個領(lǐng)域中，都有許多非常典型的物理實驗，對其所要解決的問題進(jìn)行了精彩的驗證或探索。物理實驗從確立實驗?zāi)康牡皆O(shè)計實驗直到最后的結(jié)果分析，其實驗過程本身就是科學(xué)探究過程，因此物理實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要途徑。以傳統(tǒng)的教學(xué)論觀點，按照實驗?zāi)康牡牟煌?xí)慣于將中學(xué)物理實驗分為這樣基本四類實驗，即驗證性實驗、探究性實驗、測定性實驗和操作性實驗，如高中物理實驗“驗證牛頓第二定律”就是驗證性實驗，而將“探究影響電阻的因素”定義為探究性實驗。那么是不是只有探究性實驗才能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，而驗證性實驗就不能呢？并非如此。在驗證某一定律時，人們往往可以設(shè)想各種解決方案，而不一定局限于當(dāng)初該定律發(fā)現(xiàn)時的唯一方法，那么驗證逐個解決設(shè)想的過程，本身也是一種探究嘗試，對于培養(yǎng)學(xué)生探究能力同樣也是很有作用的，只要我們善于適度的挖掘。而實際上，在任一物理實驗的步驟中，都可以包含探究的因素，只要我們的物理實驗教學(xué)不過多地包辦代替。

物理實驗分課堂演示實驗、實驗室學(xué)生實驗和課外實驗三種，它們所處的教學(xué)環(huán)境和功能不盡相同，但都能在培養(yǎng)學(xué)生探究能力上起到各自的作用。教師不要局限于教科書上所例舉的實驗，應(yīng)該積極開發(fā)演示實驗和學(xué)生實驗。《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求“教師應(yīng)安排足夠的學(xué)生實驗和演示實驗；應(yīng)最大限度地利用實驗室現(xiàn)有的器材，力求利用多年閑置的器材開發(fā)新的實驗；充分地開發(fā)和利用實驗室的豐富課程資源。”在開發(fā)設(shè)計實驗時，盡量以探究的方式進(jìn)行，可提高學(xué)生的參與度，利用學(xué)生的好奇心培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在我們的實驗教學(xué)實踐中，為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，盡可能按《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中“科學(xué)探究要素”和“對科學(xué)探究及物理實驗?zāi)芰Φ幕疽蟆边M(jìn)行實驗設(shè)計。下面是在摩擦力一節(jié)的教學(xué)中設(shè)計的一個實驗。

在滑動摩擦力的教學(xué)中，對摩擦力的方向和大小教材上只有簡短的文字說明，學(xué)生對“滑動摩擦力的方向與相對運(yùn)動方向相反”難于理解。對于滑動摩擦力的大小跟壓力成正比，從定性來看學(xué)生不難接受，但對定量的正比關(guān)系直接得出也難讓學(xué)生信服。教學(xué)中我采用如下實驗來研究摩擦力（實驗原型選自林輝慶《新課程高中互動教學(xué)設(shè)計》）。

實驗裝置如圖2所示，將一木塊放在水平的傳送帶上，用一根繩子通過定滑輪把木塊和彈簧秤相連。

（1） 探究滑動摩擦力的方向

① 提出問題：當(dāng)皮帶沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，木塊是否受到摩擦力作用？如有，所受的摩擦方向向哪？

② 猜想與假設(shè)：學(xué)生通過討論提出各種不同的想法，請學(xué)生說出他們的猜想和理由。

③ 進(jìn)行實驗與收集證據(jù)：轉(zhuǎn)動皮帶，學(xué)生觀察得出摩擦力方向向右。

④ 分析與論證：理論分析，因木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)合力為零，所以摩擦力與向左的彈簧拉力平衡，故摩擦力方向向右。

⑤ 得出結(jié)論：通過分析引導(dǎo)學(xué)生得滑動摩擦力方向與相對運(yùn)動方向相反。

（此處還可進(jìn)一步讓學(xué)生探究如下問題：滑動摩擦力一定是阻力嗎？受滑動摩擦力的物體一定是運(yùn)動的嗎？受靜摩擦力的物體一定是靜止的嗎？）

（2）探究滑動摩擦力的大小

上面的實驗，學(xué)生已知道滑動摩擦力大小可由彈簧秤讀出，下面探究滑動摩擦力的大小。

① 提出問題：滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)呢？

② 猜想與假設(shè)：學(xué)生通討論提出各種猜想和假設(shè)。學(xué)生不難得出摩擦力與壓力有關(guān)，與接觸面的粗糙程度有關(guān)。但很多學(xué)生也會得出摩擦力與相對運(yùn)動的速度有關(guān)或與接觸面積有關(guān)等。

③ 制定計劃與設(shè)計實驗：對學(xué)生提出的猜想不置可否，提議學(xué)生通過實驗來檢驗自己的猜想，并能進(jìn)一步得出定量的關(guān)系。教師對學(xué)生提出的實驗方法進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)行實驗驗證和記錄數(shù)據(jù)。

④ 進(jìn)行實驗與收集證據(jù)：教師事先測量出木塊的重量，然后在木塊上加砝碼改變壓力測出不同壓力下的滑動摩擦力，將記錄數(shù)據(jù)填入由學(xué)生設(shè)計的表格中。

保持木塊不變，改變皮帶的速度，要學(xué)生觀察滑動摩擦力的大小變化；將木塊不同的面放在皮帶上（接觸面積不同）觀察滑動摩擦力的變化情況。

⑤ 分析與論證：要求學(xué)生對表1中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，學(xué)生不難找出滑動摩擦力與壓力的關(guān)系（學(xué)生采用的方法有比值法、作圖法等）。

⑥ 得出結(jié)論：在以上實驗基礎(chǔ)上，由學(xué)生總結(jié)出滑動摩擦力與壓力成正比；從實驗可得出滑動摩擦力與相對運(yùn)動的速度和物體的接觸面積無關(guān)。

（說明：本實驗可采用力傳感器測量數(shù)據(jù)通過計算機(jī)做圖一次完成。）

通過實驗由學(xué)生積極參與來探究摩擦力，能使學(xué)生正確建立摩擦力的概念，糾正一些錯誤的認(rèn)識，同時實驗體現(xiàn)了科學(xué)探究的過程，讓學(xué)生在觀察、思考中、在矛盾沖突中加深對知識的理解并真正體驗科學(xué)研究過程，感悟探究的方法，提高科學(xué)探究的能力。

對于演示實驗，教師應(yīng)該努力創(chuàng)造條件，增加學(xué)生主動參與實驗的機(jī)會，對于一些演示實驗，教師通過精心設(shè)計將其轉(zhuǎn)化為探索性實驗。比如：“楞次定律”是電磁學(xué)一個重要定律，教師普遍感到難教，學(xué)生感到難學(xué)，盡管老師在課堂演示，但學(xué)生由于被動接受使感性認(rèn)識不深刻，造成對定律理解不透，時常出錯。如果在課堂上讓學(xué)生親自動手探索其中奧妙，既能達(dá)到即提高教學(xué)質(zhì)量，又能培養(yǎng)學(xué)生思維能力。

古人云：“授之以魚，只供一飯之需，授之以漁則終身受益無窮。”培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，使學(xué)生能掌握學(xué)習(xí)知識的技能和方法，是當(dāng)代物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是素質(zhì)教育的發(fā)展要求。因此，在新課標(biāo)下，要想方設(shè)法培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，這是每個物理教師義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙凱華.從物理學(xué)的地位和作用看對中學(xué)物理教學(xué)的要求[J].大學(xué)物理，2000（7）.

[2] 邢紅軍.高中物理探索性實驗的設(shè)計理論[J].課程.教材.教法，1999（9）.

[3]鄭心能.學(xué)生“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)方式的實驗研究[J].貴州教育，2004（12）.

[4]林輝慶.新課程高中互動教學(xué)設(shè)計：物理（必修）（人教版）[M].杭州：浙江教育出版社，2009.

[5]袁海泉.中學(xué)物理實驗教學(xué)法課程教學(xué)模式的研究[J].實驗室研究與探索，1997（3）.