在高中物理教學中培養學生科學探究能力的策略

【摘 要】本文從四個方面論述在高中物理新授課教學過程中培養學生科學探究能力的策略，認為要設計精巧問題情境，激起學生科學探究的興趣;借助課堂演示實驗，培養學生猜想與設計能力;利用教材演示實驗，培養學生的分析與論證能力;組建學習互助小組，培養學生的分工協作能力;以促進學生科學素養發展，培養學生的科學精神。

【關鍵詞】高中物理 探究式教學 科學探究能力 協作能力

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）01B-0042-03

隨著課程改革的逐漸深入，要求高中物理教師要從以往的填鴨式教學模式轉變為探究式教學模式，使學生逐步理解科學探究的實質、了解科學探究的一般程序，并在探究物理問題或驗證物理規律時使用科學探究的方法，從而使學生的科學探究能力得到培養。探究式教學是以探究為首要特征的教學方式，強調“學生為主體”，以學生的自主探究為核心，在課堂教學過程中創設適當的探究性問題，從而形成學生主動參與的學習過程。探究式教學能使學生了解、學習、使用科學探究方法，養成科學探究的良好習慣，有效培養學生的科學探究能力，增強學生解決實際問題的能力，實現素質教育的教學目的。科學探究式教學要貫穿于整個高中物理教學過程，這就要求我們教師不僅要汲取過去的教學精華，而且要更加系統、更加深入地研究教學理論，找到最適合自己的課堂教學，培養學生的科學探究能力。關于如何培養學生的科學探究能力，筆者從以下四個方面進行探討。

一、設計精巧問題情境，激起學生科學探究的興趣

英國著名的作家、戲劇家、詩人莎士比亞說過：“學問必須合乎自己的興趣，方可得益。”因而如何把新課教學內容轉化為精巧問題情境就成為探究式教學的關鍵，要將抽象深奧的教學內容融入具體淺顯的環境中，呈現給學生，激起學生科學探究的興趣。

在探究式教學中設計精巧問題情境時，教師既要考慮高中生的心理、生理特點和認識水平，又要考慮新課教學內容。只有這樣才能設計出體現科學探究實質和適合學生心理、生理特點以及認知水平的精巧問題情境。高中教學對象相對于初中教學對象來說，具有更高水平的抽象邏輯思維和語言表達能力，也初步形成了獨立思考的能力，這就為創設問題情境奠定了較好的基礎。同時問題情境的創設要注意以下幾個要點：①素材要有針對性。要深入分析和挖掘教材內容，利用教材中蘊涵的能力價值和情感價值的知識創設問題情境。②問題要有方向性和操作性。要把問題設在學生有疑問處，問題既要有一定的難度，又讓學生經過努力可以解決。

在高中物理新課教學時，一般可以從幾個方面設計精巧問題情境來激起學生科學探究的興趣：①從日常生活和學生熟悉的自然現象入手設計精巧問題情境;②從課堂演示實驗中出現的現象尤其是異常現象入手設計精巧問題情境;③從學生課堂、課外的親身體驗（可以是有意組織的，也可以是日常生活體驗）入手設計精巧問題情境;④從分析有關物理學家們碰到的困難或問題等事實入手設計精巧問題情境;⑤從閱讀有關物理學科發展的前沿新聞入手設計精巧問題情境;⑥從運用多媒體教學等現代教育技術設計出的物理情境入手設計精巧問題情境等。例如，在進行“碰撞”的教學時，可利用多媒體教育技術精確制作兩個小球碰撞的物理情境—— 兩小球的彈性碰撞和非彈性碰撞（包括小球的形變、坐標和所用時間等）。教師為了使學生更好地理解碰撞，兩小球可以完全相同也可以不同。可以制作以下幾組實驗：①完全相同的兩小球以很大的速度相碰撞，學生幾乎看不清楚碰撞的過程，讓學生猜想碰撞時兩小球的情況（兩小球的形變、受力、碰撞前后速度大小等）;②完全相同的兩小球仍以相同的速度相碰撞，但把兩小球的碰撞過程放慢，慢到可以觀察到碰撞時的細節，讓學生觀察碰撞時兩小球的情況（兩小球的形變、受力、碰撞前后速度大小等），驗證學生對第一組實驗的猜想;③兩完全相同的小球，一小球靜止，另一小球以很大的速度碰撞靜止小球，讓學生繼續猜想兩小球碰撞時情況，然后放慢碰撞過程驗證猜想;④兩個不同的小球，一小球靜止，另一小球以很大的速度碰撞靜止小球，讓學生繼續猜想兩小球碰撞時情況，然后放慢碰撞過程驗證猜想。利用現代技術可以讓學生了解日常生活中難以觀察到的現象，以有效激起學生科學探究的興趣。

一節比較成功的探究式教學課，應該是使教學主體帶著強烈的探究欲望，活潑又緊張地全程參與到教學過程中去，讓整個課堂能夠圍繞教學主題步步深入，層層推進，直至使教學主體獲得新知的課堂。

二、借助課堂演示實驗，培養學生猜想與設計能力

教育心理學認為，學習興趣一般是由“好奇—求知—愛好—入迷追求”的過程形成的。在探究式課堂教學中，教師應該在了解學生的認識水平和心理特點的基礎上按照這一過程的要求設計好課堂教學的過程。由于學生在猜想的時候提出的假設不可能完全按照老師的思路，這就要求教師對學生可能提出的假設提前做好相應的準備。提前準備好可供驗證或反證學生可能提出的假設的實驗器材、相關資料或圖片等，適時適量地提供與揭示科學概念有關的、有吸引力的、使用時有安全感并適合學生自行探索的材料。同時也要知道，幫助學生猜想，也是體現新課標理念下教師為“主導”的作用，因此教師在教學中要善于刺激和幫助學生進行猜想。

在實際課堂教學時，教師如果沒有做好“主導”作用，那么學生提出的猜想就可能五花八門或者根本就提不出猜想。怎樣避免這兩種情況發生呢？這就要求教師對平時教學工作進行不斷摸索和總結。如在探究靜摩擦力的大小可能與什么因素有關時，學生是在學習了滑動摩擦力之后才學習的，如果教師沒有做好引導，那么學生的猜想就很可能受到滑動摩擦力的影響。學生可能會猜想靜摩擦力跟滑動摩擦力一樣，可能與壓力大小有關，與摩擦面的粗糙程度有關，可能與材料有關，等等。如果所有的猜想都要設計實驗進行驗證，那么在有限的課堂時間內是不可能做到的，這時可以用簡單的課堂演示實驗進行引導。例如，驗證靜摩擦力與壓力大小是否有關時，讓兩個質量不同的物體放置在相同的水平桌面上，用彈簧秤對兩物體施加相同大小的水平拉力，讓學生利用簡單的水平方向二力平衡分析是否與壓力有關。這樣學生的猜想就有了明確的導向性。教師要適當地引導學生進行猜想，并逐步驗證，只有這樣才能順利達到課堂教學目標。

再如，學生在學習物體的動能之后，探究物體重力勢能的大小可能與哪些因素有關時，可以類比探究物體的動能的大小可能與哪些因素有關的方法。給出重力勢能的定義“物體由于被舉高而具有的能叫重力勢能”，定義中的關鍵詞為物體、被舉高和重力。這樣就可以根據關鍵詞進行猜想，關于“物體”可能猜想到的有密度、體積、質量等，關于“被舉高”可能猜想到高度等，關于“重力”可能猜想到的不僅僅是物體的密度、體積、質量，還應該與物體所處的地理位置（重力加速度）有關。然后進一步分析，物體的密度相同時體積越大質量越大;而物體的體積相同時，密度越大質量越大，因此密度和體積都是與質量有關。被舉高是指什么高度呢？是指物體相對于地面的高度還是物體相對于原來位置的高度？可簡單分析，如果是相對于地面的高度，那么一個物體如果就位于地面，并沒有被舉高，那么如何計算它的重力勢能呢？這樣就可以得到“被舉高”并不是簡單地指相對于地面的高度，而是指物體相對于原來位置的高度，或者說是高度差;再考慮是否與重力加速度有關。這樣才能設計合理的實驗進行驗證，水到渠成地得到結論。

在課堂演示實驗教學過程中，可能會出現相互矛盾的實驗現象或者沒有達到實驗目的的失敗性實驗，失敗性實驗常常更能設計出激發學生探索興趣的問題。愛迪生說過，失敗也是我所需要的，它和成功一樣對我有價值。因此教師可以在教學過程中選取失敗性實驗作為素材，引導學生運用科學探究的方法分析、解釋失敗性實驗，從而達到培養學生的科學探究能力的目的。

三、利用教材演示實驗，培養學生的分析與論證能力

分析就是對已有的資料和數據進行歸類、整理，通過分析、歸納等思維方法，找出在這些資料和數據背后的規律和實質。論證就是把已有的資料、數據和猜想與假設聯系起來，分析它們之間有無關系或有何關系，能否由已有的資料、數據證明或者證偽猜想與假設。培養學生的分析與論證能力是培養科學探究能力的重要組成部分。例如，在高中物理的電阻定律教學中，學生可在教師的引導下設計并完成以下幾組實驗：①測量同種材料、同樣粗細、不同長度導線的電阻值;②測量同種材料、同樣長度、不同粗細導線的電阻值;③測量粗細相同、同樣長度、不同材料導線的電阻值。通過實驗獲得了以下幾個結論：①同種材料、同樣粗細的導線，長度越大，電阻值越大;②同種材料、同樣長度的導線，越粗電阻值越小，越細電阻值大;③粗細相同、同樣長度、不同材料導線的電阻值，一般不同。學生通過對這幾組實驗結果進行分析和歸納后，最終得到影響導體電阻的因素（定性分析），然后在教師的進一步引導下得出電阻定律。

再如，在探究彈力和彈簧伸長的關系實驗中，學生和老師設計、演示以下實驗并記錄數據：①測量彈簧豎直懸掛靜止時的長度;②測量彈簧豎直懸掛且下端懸掛一個鉤碼靜止時的長度;③測量彈簧豎直懸掛且下端懸掛 2 個鉤碼靜止時的長度。剛開始學生分析時可能發現各長度與懸掛鉤碼個數（彈簧受到的拉力）沒有簡單的正比例關系，再進一步分析才可能發現彈簧伸長的長度（伸長量）與懸掛鉤碼個數（彈簧受到的拉力）有簡單的正比例關系。這種結合實驗的探究式教學，使學生的分析與論證能力得到培養，達到本節課的教學目標。

四、組建學習互助小組，培養學生的分工協作能力

法國著名的寓言詩人拉封丹說：“若不團結，任何力量都是弱小的。”現在社會分工越來越細，單靠一個人的力量往往難以勝任一些工作，必須要有分工協作的精神，因此培養學生的分工協作能力也是培養學生科學探究能力的有機組成部分。在高中物理新課教學過程中組建學習互助小組，是一種比較適合實際的培養學生分工協作能力的方式。實際操作時要具體情況具體分析，一般說來，教師事先展示本節課要達到的學習目標、探究的主要內容（由于時間限制，探究內容一定要精），并要求各學習互助小組形成自己的結論等。然后以學習互助小組為單位進行實驗設計和操作，并對實驗得到的實驗數據及結論進行討論和交流。比如，在高中物理的牛頓第二定律教學中，探究物體的質量和物體受到的合外力對物體加速度的影響時，可以采用學習互助小組探究的方法。不同的學習互助小組分別探究物體的質量和物體受到的合外力對物體加速度的影響，然后各小組對實驗結果進行討論、交流。如此，不僅學生動手解決問題的能力得到了提高，分工協作能力也得到了很好的培養。

再如，在高中物理的電場線教學中，探究三種典型電場的電場線分布時，也可以采用學習小組分工合作的方式，以小組為單位分別描繪出點電荷電場、等量同種電荷和等量異種電荷的電場線分布。然后讓小組之間進行交流、討論，看各小組所描繪的電場線正確與否，電場線的分布為什么是這樣的，三種電場線之間有無內在聯系，等等。這樣既能培養學生的分析論證能力，又能培養他們的分工協作能力。

總而言之，探究式教學在高中物理新授課中的應用，可使教學方式從著重知識的灌輸、傳承和積累向積極主動地探究學習轉變，更好地激發學生科學探究的興趣。在探究式教學中，能夠更好地借助課堂演示實驗，培養學生猜想與設計能力;利用教材演示實驗，培養學生的分析與論證能力;組建學習互助小組，培養學生的分工協作能力。在教學中如果能從這四個能力培養著手，那么就可更有效地培養學生的科學探究能力。

【作者簡介】李水泉（1977— ），男，漢族，江西贛州人，中學一級，現就職于廣東省羅定中學。

（責編 盧建龍）