高中物理教學與學生科學探究能力的培養

康金靜

【摘要】現階段，在高中物理教學中，教師應該創設多樣化的教學情境，重視學生科學探究能力的培養。那么在實際教學中應該如何創設情境并培養學生的科學探究能力呢？本文試做探析。

【關鍵詞】高中物理 科學探究 教學 培養

一、使實驗教學成為培養學生科學探究能力的重要途徑

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。高中物理新課程的各個模塊均安排了一些典型的物理實驗，對其所要解決的問題進行了精彩的驗證或探索。物理實驗從確立實驗目的到設計實驗直至最后的結果分析，其實驗過程實質就是科學探究的過程，因此物理實驗是培養學生科學探究能力的重要途徑。然而，過去教師在教學過程中，往往是應用經過幾次消化了的材料來講授，或者經過抽象的理論分析加以表述，把已有的知識進行系統歸納，形成簡明扼要的理論體系。

比如研究變壓器的輸出電壓與哪些因素有關的問題時，教材即是以變壓器的結構與原理為切入點，簡明扼要從理論上推導出了的結論。這樣的結論當然是必要的，但是這樣的教學方式，往往會造成學生對科學概念的產生和發展的誤解，以為什么結論都可用數學方式推導出來，失去了對觀察實驗的興趣，使學生們不了解科學結論到底來自何方。為了培養學生科學探究的能力，我們可以以實驗為載體，把輸出電壓與哪些因素有關的問題盡可能設計成富有探究性、創造性，并具有可操作性的實驗或實踐課題。比如：（1）提出問題：由教師直接提問變壓器的輸出電壓與哪些因素有關？（2）猜想與假說：由學生思考并互相補充得出輸出電壓可能會跟輸入電壓、原副線圈匝數、電流頻率、鐵芯等因素有關。（3）制定計劃與設計實驗：引導學生制定利用控制變量法來進行實驗的計劃，思考需要測量的數據與可能需要的實驗器材，如電源、原副線圈可變的變壓器、多用電表等。（4）進行實驗和收集證據：對學生進行分組，并各選擇一個因素進行實驗研究。（5）根據證據進行解釋：由各組選派代表，提供實驗數據并作出解釋： 與鐵芯、頻率無關。（6）交流與檢驗：引導學生從理論上推導結論，將其與學生的實驗結論進行比較，引導學生進行實驗誤差分析。

事實證明，學生通過實驗獲得的學習效果比教師做演示實驗或在黑板上講理論的效果要好得多。只有在實驗基礎上建立了正確的、經得起實踐檢驗的理論，才能由表及里，達到對客觀事物的規律性認識。

二、注重物理學史教學，使之成為培養科學探究能力的有力示范

物理學史是人類在物理領域認識自然、改造自然、獲得知識的歷史記錄。無數的科學家為物理學大廈的構筑付出了艱辛的勞動，才結出了今天造福萬民的智慧之果。人們在回顧物理學史時總會感慨萬千，而在以往的物理教學過程中，我們通常更關注物理學科知識對于學生科學態度、科學精神的教育，而忽視了物理學史在培養學生科學探究能力的示范作用。

物理學的每一步發展，都離不開科學探究；物理學的科學觀和研究方法的演化、變革與發展就是一個探究的過程。在這過程中，存在著許多有價值的歷史爭論，盡管在物理教材的知識體系中并未留下太多痕跡，但是如果我們在物理教學中能適度地涉及這些內容，無疑會讓學生隨著歷史的爭論而深入當初科學探究的每一環節中去。

比如牛頓發表的《關于光和色的新理論》一文，認為光具有微粒的性質，在當時就引起了物理學界極大的爭論，胡克就曾質問牛頓為什么光束相交時不發生碰撞（即“光為什么不為光自身所散射”）。從“光的微粒說”到“光的波動說”，再到“光的波粒二象性學說”的提出，其中所包含的對于科學的每一次質疑與推敲，都會給學生以極大的智慧啟迪。科學家的思路是怎么產生的，他是如何思考的，他用了哪些方法質疑，從哪些角度質疑，而最終這些疑問又是怎樣在實驗和理論研究中得以深入并最終獲得結論的，而這些結論還有哪些疑問等等。

所以，物理學史本身作為科學探究的歷史，也應當讓其更加突出探究歷程，為學生進行自己探究開闊思路，加深對科學探究過程的理解并發展科學探究能力，使教育功能更加完善地得以發揮。

三、注重方法的傳授，為培養科學探究能力做好鋪墊

能力與方法是密切相關的，教師要培養學生科學探究能力，就意味著要幫助他們掌握完成某種科學任務的方法。物理學方法是指人們在學習或研究物理問題的過程中發現問題、提出假說、搜集事實、作出解釋論證等所遵循的途徑和使用的手段，實際上是思維的方法和程序。物理學研究方法，主要是以觀察和實驗為基礎，經過科學抽象，運用數學工具，概括總結出實驗規律，然后經過實踐的檢驗，發展為物理理論。

物理學方法是物理學發展的靈魂，是以知識學習到能力發展的橋梁。物理學方法是指物理學的具體科學方法，通常認為有：觀察法、實驗法、理想化方法、類比方法、假設方法和數學方法六種。教師如果能以物理學方法為線索組織教學過程，實施知識教學與物理學方法教育的良好結合，必然使教學過程更符合學生的認識規律，也更有利于培養學生的科學探究能力。例如，在庫侖定律的教學中，教師不必要求學生預習，直接在上課之初先讓學生進行兩個帶電體之間相互作用力的大小可能與哪些因素有關的猜想。猜想是探索性實驗的前提，學生可能會想到：帶電體的形狀，大小，兩帶電體帶電的多少，兩帶電體間的距離，兩帶電體間的介質等。然后，再讓學生考慮這么多的因素怎么研究，有沒有主次之分等等。當還剩下“電荷量”和“距離”兩個因素時，再讓學生考慮兩個因素對作用力的影響如何思考，并提出控制變量法。這樣模擬科學家的探索過程使學生體會與學習物理學方法，達到理想的教學效果。

四、建構物理概念規律，培養學生科學探究的能力

物理概念是反映物理現象和過程的本質屬性的思維形式；物理規律是物理現象、過程在一定條件下發生、發展和變化的必然趨勢及其本質聯系的反映。形成概念和掌握規律就是對觀察和實驗得到的感性材料進行理性加工，并把有關物理問題的本質抽象出來。

教師應當讓學生明白，任何概念和規律都是嚴謹的科學探究的結果，使學生在建構新的概念規律時，要學會質疑，學會盡可能經過嚴謹的探究再建構自己可以接受的知識體系。例如在講解牛頓第一定律時，可把牛頓和古希臘自然哲學家亞里士多德的觀點進行比較，并結合伽利略的實驗研究成果。牛頓認為任何物體都將保持靜止或勻速直線運動狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止；而亞里士多德認為物體的運動需要靠外力來維持。牛頓和亞里士多德都是千古流芳的人物，但在此問題上卻有著截然不同的觀點，孰是孰非，爭論也許并不能夠令人信服，只有通過實驗才能得出肯定的回答。在此基礎上，再來講述伽利略的實驗研究成果，就可以讓學生清楚地認識到亞里士多德的觀點的錯誤性。

為了豐富科學探究能力培養的內容，可以將某些科學概念規律的典型探究方法作為重點使之凸現，針對于學生的薄弱環節突出某些能力的培養，從而實現對于科學探究能力的滲透式培養。