如何在高中物理教學中實施科學探究教育

沈磊

摘要：科學探究能力是新課改背景下高中物理教學對學生提出的新要求，主要包括提出問題、猜想和例證、實驗、收集證據、分析實驗結果、評估、交流合作等七個要素。本文以牛頓萬有引力的教學為例，探索了高中物理教學中科學探究能力的培養策略。結果顯示對于學生科學探究能力的培養需要以學生為主體，注重培養其大膽猜想假設的能力以及評估實驗的能力，培養其科學精神、意識和價值觀，真正實現學生獨立學習和創新科學探究能力的養成。

關鍵詞：高中物理；科學探究；猜想；評估實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0221-02

在《普通高中物理課程標準》中明確指出，科學探究能力的培養是學生的主要學習目標，也是高中物理教學過程中需要貫徹的方針，應該大力開展能夠發揮學生主觀能動性和積極性的科學探究學習方式。培養學生的科學探究能力是新時代學生發展的需要，也是一種具有長遠目光的教學方式，尤其對于科研性極強的高中物理來說更是極為必要的。一般來說在，科學探究中所包含的要素主要有：提出問題、猜想和例證、實驗、收集證據、分析實驗結果、評估、交流合作等。本文以萬有引力定律為例，對高中物理教學中如何實施科學探究教育進行了探索。

一、萬有引力定律

萬有引力定律是偉大的科學家牛頓在1687年發表在《自然哲學的數學原理》上的，其基本理論為自然界中所有的物體都具有引力，引力的大小和物體的質量乘積成正比，和兩者之間的距離的平方成反比，和物體的物理化學性質無關。公式如下：F=G。式中：G=6.67×10-11N·m2/Kg2。萬有引力定律是17世紀最偉大的發現之一，是牛頓根據地球和太陽的引力猜想出來的一種關于地球對周圍物體之間引力的定律，將開普勒的行星運動和伽利略的落體與拋體運動規律聯系起來，是人類科學的一次巨大進步。在關于萬有引力定律的科學探究教育課中，教師應該著重帶領學生體驗牛頓的思想，注重“猜想與假設”、“分析與論證”、“評估交流與合作”等科學探究能力的培養。

二、高中物理教學探究能力培養策略

猜想是科學探究的基礎，在進行學習之初，學生就應該通過認真的思考來分析問題，給出合理的猜想，然后通過相關的實驗來對猜想進行評估和驗證，最終得到一個結論。在高中物理教學中，學生猜想能力和評估交流能力是科學探究教育的關鍵因素。

1.培養學生猜想能力。猜想假設是進行科學研究的第一步，適當的猜想還可以調動學生的積極性。萬有引力定律本來就是牛頓通過猜想，然后驗證得來的。通過猜想地球和太陽之間的吸引力與地球和周圍物體之間的吸引力是否遵從相同的規律，猜想的依據是行星因為和太陽之間的引力而難以飛離太陽，而進一步猜想物體難以離開地球是否也是因為存在引力，然后再猜想這個力在距離很遠的地方也不見衰減，所以這個力必然延伸到很遠的地方。而在有限的教學時間里，牛頓驗證的相關歷史資料可以放在課外閱讀，課上只需要引導學生如果萬有引力定律的猜想是正確的，那么月球在軌道上運動的向心加速度和地面重力加速度的比值，應該和地球半徑以及月球軌道半徑有關，且應該是半徑平方的比值，即1/3600。隨即可以讓學生利用已有的圓周知識來驗證猜想，然后繼續猜想是不是任意兩個物體之間都存在這樣的力？這樣經過一系列的猜想，一個萬有引力定律雛形就顯現而出了。這些猜想也是建立在適當的教學方法上的，首先應該根據學生的已有知識，讓其自主聯想。其次要善于引導學生說出猜想，不要不敢說，就算錯了也要說，讓學生明白猜想只是一種科學探究能力，并無對錯之分。教師要善于鼓勵學生的猜想，提高學生的自信心。最后就是要營造一個民主的課堂，讓學生沒有壓力，暢所欲言，教師善于引導學生不同的思想進行碰撞，循序漸進地掌握科學探究能力。推理、假設、猜想、檢驗就是最基礎的科學探究能力，既說明了科學猜想需要實驗驗證，也說明了創造性的假設加上一定的數學邏輯思想也是科學探究的方法之一。

2.評估交流。猜想是否正確，實驗驗證是一個方法，通過實驗來驗證猜想是一種應用非常廣泛的科研方法，但是實驗畢竟實驗，無論是實驗方案還是實驗過程都是人為，和理想的理論模型還存在很大的差距，實驗結果和理論難免存在一定的偏差，所以在科學探究能力的培養中，需要合理看待評估的數據偏差，注意鑒別實驗的合理性，對實驗結果去偽存真，盡可能得到合理的結果。（1）建立理想模型。牛頓萬有引力定律的研究并不是從開始的時候就按照自然界的真實情況來的，而是從物理現象衍生出來的反映事物本質的理想模型，從而便于進行計算研究，探索物體的運動規律。隨后通過將理想模型和實際事物進行比較，進行修正就可以得到基本符合真實世界的物理模型。萬有引力定律一開始研究的是客觀物體，后來演變成質點，最后又變成客觀物體，這樣的修正過程正是科學探究能力培養模式。（2）善于評估實驗。實驗是驗證猜想的途徑，通過設計實驗來進行猜想的驗證，盡可能保證實驗環境和計劃的合理性，得出較為合理的結果。然而評估實驗的結論和學習的知識理論肯定存在一定的差異，通過對實驗進行評估，首先查找實驗中是否有不合理的地方，是否過于單一、片面，然后要學會找出出現差異的原因，評估這種差異對于實驗結果的影響，通過評估對知識理論具有更深的印象，要多多評估，切記以偏概全，提高科學探究的嚴謹性。

三、結論

科學探究能力是新形勢下對于學生培養的新要求，在高中物理教學中要注重學生對于物理現象敢于猜想的能力，引導他們一層一層猜想事物的本質，隨后通過理想模型和實驗結果的差異來評估交流，找到科學探究的本質。當然對于科學探究的能力培養，教師要以學生為主體，假設、猜想、驗證、實驗、評估的過程也不能變，物理學習的科學意識、精神和價值觀的培養需要大膽的洞察力和猜想，就像牛頓一樣，在進行萬有引力定律的研究中歷經很多挫折，但是都頑強進行科學實踐，這樣一種情感價值觀也是科學探究能力培養的一個重要方面。真正實現學生創造力和科研精神的培養，讓學生養成良好的科研價值觀，激勵自我，不斷進步。