學(xué)科融合助力學(xué)生科學(xué)探究能力

吳遠(yuǎn)梅

目前，我國高考（包括物理實(shí)驗(yàn)）現(xiàn)有的評價制度采用單一的紙筆方式，不能滿足新時期需加強(qiáng)培養(yǎng)高中學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力方面要求。物理教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程普遍存在幾個問題：（1）教師講實(shí)驗(yàn)或少做實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理方法;（2）薄弱學(xué)校的實(shí)驗(yàn)器材多為老舊器材，導(dǎo)致教師過多依賴多媒體的模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生只看實(shí)驗(yàn)視頻，而不是動手做真實(shí)驗(yàn);（3）當(dāng)前山區(qū)薄弱學(xué)校的高中生普遍盲目選擇學(xué)習(xí)物理，并非出于對物理學(xué)科的濃厚興趣。學(xué)生基礎(chǔ)特別差，學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式大部分學(xué)生仍然是上課聽聽課，下課做做題的傳統(tǒng)習(xí)慣，缺少主動思考、沒有物理思維，對基本的物理模型無法想像和理解，物理模型的運(yùn)用能力更差，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力相當(dāng)匱乏。

基于上述狀況，針對所教薄弱學(xué)校的高中學(xué)生現(xiàn)狀，作者在物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中作了一些嘗試。下面以《測電池的電動勢和內(nèi)阻》的教學(xué)為例：

在《電池電動勢和內(nèi)阻的測量》第二課時的教學(xué)中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和相對課例的訓(xùn)練，初步掌握測干電池電動勢和內(nèi)阻的基本方法。但是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題：按照教科書提供的方法（伏安法），在移動變阻器滑片的過程中，兩個電表的讀數(shù)變化都很不明顯（圖1），不利于讀數(shù)和后期的數(shù)據(jù)處理，會造成比較大的實(shí)驗(yàn)誤差;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后廢舊干電池的處理和回收的問題（鎳鉻電池含有汞、錳、鎘、鉛等多種金屬物質(zhì)，如果亂丟舊電池，會造成環(huán)境污染，重金屬在自然界不能降解，如果進(jìn)入人體后，會對人體造成嚴(yán)重?fù)p害）。

為了增強(qiáng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識，受教材P 91案例2、P92第3題的啟發(fā)，學(xué)生利用秋冬季節(jié)本地的特產(chǎn)（梅州金柚、平遠(yuǎn)臍橙），自發(fā)制作了水果電池。同時嘗試?yán)眯路椒ǎò沧璺ǎy出這種自制水果電池的電動勢和內(nèi)阻。

通過實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們除了能順利測出水果電池的電動勢和內(nèi)阻之外，還收獲了一些課本之外的知識，積累了一些物理常識：1、通過查找資料知道：J-0415型微安表，當(dāng)量程為0-200?A，內(nèi)阻約500Ω;J-0409型靈敏電流計(jì)內(nèi)阻約為100Ω。2、用伏安法測水果電池的電動勢和內(nèi)阻時，由于電路中的電流和電壓都比較小，用常用的學(xué)生電壓表和電流表都沒有辦法較準(zhǔn)確測出數(shù)據(jù)，需要用微安表或者由靈敏電流計(jì)改裝成電壓表才能較準(zhǔn)確地測出數(shù)據(jù)（圖2）。3、在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，利用Excle 表格繪制 I-R圖象（圖3）和1/I-R圖象（圖4），對比兩圖象，結(jié)合函數(shù)方程，會發(fā)現(xiàn)一次函數(shù)的斜率和截距能直觀表示水果電池的電動勢和內(nèi)阻的關(guān)系;4、不同的水果（蘋果、橙子）制成的水果電池，它們的電動勢和內(nèi)阻不一定相等。相似之處是電動勢都比較小，約1V，內(nèi)阻都較大，約幾百至幾千歐。

通過這個小小的水果電池實(shí)驗(yàn)，不僅讓學(xué)生明白了從課本學(xué)到的知識（實(shí)驗(yàn)原理是閉合電路歐姆定律）是很有用的（能解決實(shí)際問題）之外，還讓學(xué)生清楚知道，工欲善其事，必先利其器。當(dāng)遇到實(shí)驗(yàn)儀器不夠精確的時候，要想辦法利用所學(xué)的知識對其進(jìn)行改裝;在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，STEM的跨學(xué)科的模式，為學(xué)生開啟了另一扇窗。學(xué)生明白數(shù)學(xué)知識是學(xué)習(xí)物理和解決物理實(shí)際問題的基礎(chǔ)，結(jié)合利用計(jì)算機(jī)的擬合繪圖可以更清晰、準(zhǔn)確地描繪出函數(shù)圖象。通過結(jié)合函數(shù)方程，分析圖象點(diǎn)、交點(diǎn)、斜率、截距、面積等等數(shù)據(jù)分別表示對應(yīng)問題的物理意義，從而加深學(xué)生對建立的物理模型的理解，更有利于學(xué)生進(jìn)一步形成物理觀念。同時，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可能會在心里擊出一點(diǎn)點(diǎn)的“火花”——“是不是只要有足夠多的水果，我就能讓我的小風(fēng)扇轉(zhuǎn)起來呢？”“用這樣的電池，能不能對我的充電寶充電呢？”......筆者相信，這些“星星之火”他日必成燎原之勢。通過搞好課外實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過合作與實(shí)踐，充分利用學(xué)科融合，完成主題項(xiàng)目和解決實(shí)驗(yàn)中遇到的困難。學(xué)生學(xué)到了一些物理問題的解決方法和一些科學(xué)研究方法，開拓了思維，提升了科學(xué)探究能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的能力。