科學探究能力培養的教學設計

摘要：物課課堂教學中，“科學探究能力”的培養作為物理課程的重要目標，已經深入到物理教師的教學過程中，但就課堂教學現狀來看，科學探究能力培養方法不多，手段不力，效果不明已成為課程改革的“瓶頸”，也是當前課程改革最難的新探索，本文從6個方面談了科學探究能力培養的教學設計。

關鍵詞：課堂教學；探究能力；設計

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-6148（2013）4（S）-0076-3

物理課程標準明確提出“物理課程不僅應該注重科學知識的傳授和技能的訓練。也應重視對學生終身學習愿望、科學探究能力、創新意識以及科學精神的培養”。本文從六個方面——問題激趣中、大膽置疑中、科學猜想中、討論答辯中、親身體驗中、獨立學習中談了培養學生科學探究能力的思考和教學設計。

1 問題激趣中培養科學探究能力

思考 探究是從問題、未知開始的，提出必須思考才能解決的問題。提出學生模糊認識的問題，提出學生想急于了解的問題，他們的思維才會活躍起來，才能促進學生的積極思維，從而培養學生探究的意識，創造性地思考問題。設疑激趣。巧設問題情景，吸引學生探究要做到以下三步：教師首先要提出帶有探索性的問題，學生帶著問題觀察或實驗：根據觀察或實驗結果。或據已知理論進行推理。提出產生有關現象的原因、概念和數量間的關系，進一步通過實驗和思考解決問題；學生在教師指導下。把已有的知識與研究的問題結合起來，進行分析、抽象、概括，通過學生的探討，教師的啟發，得出科學的結論。

設計 演示微小形變。教師可以拿一個空橢圓瓶，用力時肉眼看不到形變。教師提出問題：形變是有的，怎么觀看？這個有趣的問題，馬上吸引了全班同學的注意力，調動學生的緊張思維。此時，全班可進行討論，充分發揮學生的想象力。讓學生提出各種各樣的方法，鼓勵學生標新立異。然后，教師再用一個瓶口裝有細管同樣大小的墨水瓶，從細管中液面的變化，觀察到了微小的形變。從而使學生恍然大悟，贊嘆方法巧妙。其中的興趣盎然，印象深刻不言而喻。給學生帶來很多啟迪。

電流為什么流得那么快？學生初學電學時總提出這樣一個問題。問題的產生在于他們開始學習時不可能區別自由電子在導線里作平均速度不同于電流的傳播，因而把電流的傳播速度誤想為自由電子從導線的一端“跑到”了另一端。設計一疑問：“電流為什么流得那么快”？為了讓學生進一步理解這一過程，形象比喻為：一隊列戰士。司令員一聲令下：“齊步走！”。全隊列戰士幾乎同時走動。每人動作雖小，但司令員的“命令”卻由全隊列的運動而完成。并不需要一個戰士由隊尾跑到隊首。當我們掀壓電鈴按鈕時，電路中全部自由電子猶如聽命令的戰士，幾乎同時向著同一方向運動。正是這瞬間，電流的“信息”已經在整個電路里傳遞。以后，我們可以告訴學生，電流的傳播速度即是電場的傳播速度，它等于光速。這樣的比喻，解除了學生的誤解，使學生很快地理解了這一物理現象的微觀機制，有效地培養了學生的探究意識。

2 大膽置疑中培養科學探究能力

思考 學起于思。思源于疑，疑則誘發探索，探索則培養創新。大膽質疑，勇于解疑，有所創新是學生的一種寶貴品質。學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進，疑則覺悟之機也，一番覺悟，一番長進。疑問是學生學習過程中知與不知，是與非矛盾的表現。善于教者，不但要善于答疑，還要善于激疑。更要啟發學生大膽置疑。激發學生的探究熱情。

設計 用科學家的事例鼓勵學生對已有的一些定論置疑。哥白尼對中古時期思想家們所崇尚的“地心說”的置疑，導致了“日心地動說”理論的提出；伽利略對亞里士多德“自然運動”的置疑，導致了“落體定律”的發現：愛因斯坦對牛頓“絕對時空觀”的置疑，導致了“相對論”的建立和一個科學新紀元的誕生。在教學中鼓勵學生對教師的教學置疑：鼓勵學生向教材置疑。對教材中的某些說法置疑：有時故意引用錯誤的概念或用錯誤的方式去解題，引導學生認真分析。探索更準確的說法和更優的解法：教學中注意講清科學家探索真理、發現真理的思路，置疑是物理學發展的一個動力。

學生學過“摩擦力”后。對于什么是靜摩擦力。什么是滑動摩擦力以及怎樣計算。有了一定的認識。但是，教學實踐證明：不少學生對摩擦力的理解往往是片面。不深刻的。有的甚至是錯誤的。可讓學生大膽提出如下的疑問：摩擦力總是阻礙物體運動的？摩擦力的方向總是和物體的運動方向相反？摩擦力的大小總是與物體的重量成正比？置疑，對于學生的學習來說，也是一種高層次的動力，是探究意識的具體體現。

3 科學猜想中培養科學探究能力

思考 科學猜想就是根據已有的材料、事實和經驗。抓住事物的某種重要特征，進行解決問題的推測。作為科學的猜想必須以大量的感性和理性認知為基礎，不是隨意的假設。伽利略研究“自由落體運動時”。提出假設：“自由落體是一種最簡單的變速運動”，并設想“最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的”。帶著這樣的猜想進行了大量的研究，實際上也就是在猜想中營造探究情境。

設計 奧斯特實驗，是電磁學部分一個演示實驗。就這一個平淡的實驗，開辟了電磁學研究的新領域。教師在演示前可以介紹一下實驗現象發現的經過：1820年4月。奧斯特在一次講座中。將鉑絲接通電流時，偶然發現靠近鉑絲的小磁針動了，這一不明顯的現象，沒有引起聽眾的注意，而他非常興奮。激發了他的創新動機，抓住這一現象不放，連續進行了幾個月研究，進行了各種猜想，終于獲得成功。學生聽簡單介紹后觀察實驗將會更加認真、聚精會神，也會更有目的、有意識地去觀察。

“電磁感應”一節的教學中，教師提出問題：電流可以產生磁場。磁場能否產生電流？讓學生帶著問題和猜想在教師所創設的環境中進行探索和驗證。實驗一：將一連有電流計的多匝線圈，從一個固定的磁場兩極間拉出，觀察現象——電流計指針偏轉。然后設問，還有其它方法可使電流計指針偏轉？讓學生展開豐富的想象。得出答案：讓線圈固定不動。而移動磁鐵，得到同樣的結果。此時學生會得出這樣的結論：只要閉合線圈和磁場有相對運動，在線圈中必然會產生感應電流的結論。這時教師不要忙于否定學生答案，再創設另一情景：類似原實驗裝置，加大磁場寬度。同樣使線圈運動。但不出磁場。觀察現象——電流計指針不偏轉，學生一下子明白上述結果不確切，然而學生的探索工作初見成效，那么閉合線圈中產生感應電流的條件是什么呢？這樣不斷探索會得出完整而正確的結論。巧設問題情景，讓學生在猜想中進行探索并思考，營造探究的情境，有利于發展學生的認識能力、探索能力和創造能力。

4 討論答辯中培養科學探究能力

思考 經常組織學生就某些方面或容易混淆的問題進行討論，爭辯，勢必引起學生多思、多想。群體中的個性易受他人見解的刺激和啟發。產生群體感應和共生效應，從而誘發發散思維、拓展思維的疆域。調動積極因素，激發學習興趣。營造活躍的課堂氛圍，引導學生豐富的想象力，培養科學探究能力，并使之在課堂上得到鞏固和發展，求知之火越燒越旺。

設計 進行牛頓第二定律教學做好演示實驗是關鍵，展開了如下的討論：

問題：有一輛小車，原來靜止，分別用大一些的力和小一些的力拉它。問小車的運動狀況會有什么不同？

學生：用力大，小車得到的速度亦大（對此結論暫不評論）。

問題：用力大，若作用時間很短；用力小，若作用時間很長，則情況怎樣？

學生：只要時間足夠長。用力小的照樣可以使小車得到大的速度。

問題：若一次是從靜止（或較小的速度）開始運動，另一次是從足夠大的初速度開始運動，則情況怎樣？

通過討論，可以看出，力對小車的作用效果，不能一味地只從力作用后物體所具有的速度來估量。而應全面考慮小車的初速度、末速度以及力的作用時間。

然后教師進一步指出。經驗上認為作用力大，物體就運動得快，把F和v直接聯系起來，這是一種錯覺。至于F和a的關系，應該從實驗來進行研究。

由于以上的討論提示了矛盾，提出了問題，喚起了學生的注意力和解答要求，在整個教學過程中讓學生作為“探索者”發現了知識，發展了學生的認識能力。培養了學生的創新意識，優化了學生的創新品格。

5 親身體驗中培養科學探究能力

思考 “力的分解”概念教學中，由于同學們初次接觸到力的分解問題，對合力與它的分力的等效代替關系。還沒有全面理解，學習力的分解的概念時同學們感到比較困難。因此，開始不要急于進行具體的數學運算，教學前，可先布置如下的三個親身體驗的簡易實驗，有利于難點的突破。培養學生的探究能力。

設計 “力的分解”親身體驗

方法一：二位同學配合，如圖1a所示，一人手撐腰，形成圖示形狀。另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力，感受向下的力所產生的“效果”。然后再相互調換。

方法二：準備器材——長為60cm的輕木桿（或竹桿）。大約為1千克的重物，細線一根。讓木桿頂住腹部，形成如圖1b所示的形狀，感受由于重物作用所產生的“效果”。

方法三：準備器材——質量M=50克的砝碼，一頭削尖DIgSG/iF2olnT3onHAhAUrShy2vzkfF3z2s9Hge995Q=的鉛筆（或園珠筆），細線一根。讓尖的一端頂住掌心。另一端掛砝碼并系到中拇指上，形式如圖1c的形狀，感受“效果”。

6 獨立學習中培養科學探究能力

思考 所謂獨立學習。是指學生能掌握一定的認知策略，善于學習，學習者在學習活動中不斷激發獨立自主意識、發揮主體能動性與創造性的一種學習過程或學習方式。愛因斯坦說：“發展獨立思考和獨立判斷的能力，應當始終放在首位”。學習是一個求知的過程，在這一過程中，學生總會遇到各種各樣的困難，作為教師，是直接將學習的答案交給學生。還是引導學生獨立地去探索？有人曾對學生的獨立學習作過一個形象的比喻：兩個孩子吃核桃，一個孩子用自己的工具，想方設法（實際上就是創新的過程）敲開核桃殼，取得核桃仁來吃：另一個孩子則吃現成的核桃仁。同樣吃核桃，前者往往比后者對核桃有更深刻的認識，覺得核桃的味道格外好。教學中，一定要時時刻刻注意引導學生獨立地學習，時時注意引導學生用自己的手去打破“核桃殼”，取出“核桃仁”，讓學生品嘗到自己勞動的果實。

設計 在家庭電路中，用一塊磁鐵去靠近不亮的燈泡，燈絲不變化。用磁鐵去靠近亮著的燈泡會觀察到燈絲變粗。學生觀察現象很容易就能提出問題：燈絲為什么會變粗。如果學生對這個現象進行對比分析，就會發現，引起燈絲變化的原因有兩個：一是燈泡通電，二是在磁場中，由此學生可能就會想到，這個現象與電流的磁效應有關，進一步想到，燈絲不是真的變粗，而是電流的方向改變了。由此學生可能就會提出問題：通電導體在磁場中所受力的方向是否與電流的方向有關？這個問題更有價值。

大自然、日常生活和生產技術是學習物理的廣闊課堂，有意識地組織、引導學生觀察、參與各種社會活動。有利于培養學生獨立學習能力和科學探究能力。例如：游樂園中的“翻滾列車”，雨后的彩虹。五彩晶瑩的薄膜等等。指導學生做課外小實驗。如：用各種不同的方法測重力加速度，用各種不同的方法測聲速，用各種不同的方法驗證機械能守恒定律。讓學生自制一些簡單儀器：彈簧秤、桿秤、小電動機，簡易萬用表等，讓學生在制作過程中有所創新、有所突破。開展一些科技活動。成立科技活動小組，如：微機小組、無線電小組、航模小組等。課外活動以其小型、靈活、生動、多樣的特點，激發學生學習物理的興趣。有利于因材施教。發展學生個性，開發學生智力，培養探究意識。

總之，學生的科學探究能力的發展不是“自然而然”就能完成的，它需要教師精心設計和培養。在物理課堂教學中，教師要充分體現學生的主體地位。為同學們創設良好的探究氛圍，消除學生對于科學探究的神秘感，促使學生進行切實有效的探究。為學生科學探究能力的培養打好基礎。

（欄目編輯 鄧磊）