初探科學(xué)探究能力在物理高考中的考查

俞麗萍

1 科學(xué)探究能力

隨著新課程的實(shí)施，科學(xué)探究進(jìn)入了中學(xué)物理教學(xué)?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》對科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽讼鄳?yīng)的能力要求，它們屬于科學(xué)探究能力。對探究能力考查方式之一的探究性試題在2002年上海卷中的出現(xiàn)，預(yù)示了高考的新趨勢。這類試題在2005年中占的比例更大。近幾年其它地區(qū)高考卷中也陸續(xù)出現(xiàn)，這體現(xiàn)了新課程“注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化”的理念。

2 科學(xué)探究能力在高考物理中的考查

近三年全國及各?。ㄊ校└呖嘉锢碇袑茖W(xué)探究能力考查情況統(tǒng)計(jì)如下表：

可見, 科學(xué)探究性試題在各地物理高考卷中出現(xiàn)的比例在逐漸增大，特別是實(shí)施新課程的實(shí)驗(yàn)省市。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)高考物理中對科學(xué)探究能力考查主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)試題中。

下面根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析高考物理中對科學(xué)探究能力考查所采取的不同形式。它在物理實(shí)驗(yàn)中的考查，可分為單一探究型和綜合探究型。

(1)單一探究型

單一探究型主要考查科學(xué)探究中的某個(gè)環(huán)節(jié)，探究過程如圖1所示，其中“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”是科學(xué)探究中必不可少的，在此過程中要求學(xué)生嘗試選擇實(shí)驗(yàn)方案及所需器材，考慮實(shí)驗(yàn)的變量及如何控制變量，即科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法。“分析與論證”這個(gè)環(huán)節(jié)要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這類探究題可分為科學(xué)方法型與分析歸納型。

①科學(xué)方法型

例1 為研究影響家用保溫瓶保溫效果的因素，某同學(xué)在保溫瓶中灌入熱水，先測量初始水溫，經(jīng)過一段時(shí)間后再測量末態(tài)水溫。改變實(shí)驗(yàn)條件，先后共做了6次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表：

下列方案中符合控制變量方法的是（ ）

A.若研究瓶內(nèi)水量與保溫效果的關(guān)系，可用第1、3、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

B.若研究瓶內(nèi)水量與保溫效果的關(guān)系，可用第2、4、6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

C.若研究初始水溫與保溫效果的關(guān)系，可用第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

D.若研究保溫時(shí)間與保溫效果的關(guān)系，可用第4、5、6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2007年北京市高考理綜16題）

解析 保溫效果主要體現(xiàn)在單位時(shí)間內(nèi)水溫降低的多少，它與水的初始溫度、水的末態(tài)溫度以及時(shí)間有關(guān)。研究初始溫度和發(fā)生時(shí)間都相等的條件下，瓶內(nèi)水量與末態(tài)溫度的關(guān)系，即可得到結(jié)論，故選第1、3、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此實(shí)驗(yàn)的處理過程體現(xiàn)了控制變量法。

②分析歸納型

例2 在伽利略羊皮紙手稿中發(fā)現(xiàn)的斜面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，人們推測第二、三列數(shù)據(jù)可能分別表示時(shí)間和長度。伽利略的一個(gè)長度單位相當(dāng)于現(xiàn)在的29/30mm。假設(shè)一個(gè)時(shí)間單位相當(dāng)于現(xiàn)在的0.5s，由此可以推算實(shí)驗(yàn)時(shí)光滑斜面的長度至少為_______m；斜面的傾角約為__________度。（g取10m/s²）（2008年上海市高考第5題）

解析 表中數(shù)據(jù)為伽利略當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，此題要求學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納出這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律。根據(jù)比例關(guān)系得到，斜面的長度至少為2.034m，光滑斜面的傾角為1.5°。

單一探究型往往著重考查學(xué)生某一方面的能力。在“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”這一環(huán)節(jié)中需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩碓O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而選擇實(shí)驗(yàn)儀器，這考查了分析能力；在“分析與論證”這一環(huán)節(jié)中需要根據(jù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，考查分析能力和推理能力；同時(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋與描述，考查表達(dá)能力。

（2）綜合探究型

綜合探究型包含的探究環(huán)節(jié)較多，例如某個(gè)研究問題，在實(shí)驗(yàn)過程中對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行考查，如圖2所示，其思路為：提出問題1→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1→收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1→分析論證1。有時(shí)為了達(dá)到最終的探究目的，需要進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究。如圖2所示，其思路為：問題提出后，分別進(jìn)行第1個(gè)和第2個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，然后將兩者的分析論證相結(jié)合，得到最終的探究結(jié)果。

①“探究與探究”型

例3 某研究性學(xué)習(xí)小組發(fā)現(xiàn)河水在緩慢流動(dòng)時(shí)有一個(gè)規(guī)律，河中央流速最大，岸邊速度幾乎為零。為了研究河水流速與從岸邊到中央距離的關(guān)系，小明同學(xué)設(shè)計(jì)了這樣的測量儀器：如圖3所示，兩端開口的“L”型玻璃管的水平部分置于待測的水流中，豎直部分露出水面，且露出水面部分的玻璃管足夠長。當(dāng)水流以速度 v 正對“L”型玻璃管的水平部分開口端勻速流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)外液面的高度差為 h，且h 隨水流速度的增大而增大。為了進(jìn)一步研究水流速度v 與管內(nèi)外水面高度差h的關(guān)系，該組同學(xué)進(jìn)行了定量研究，得到了如下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了v-h 圖像，如圖4所示。

① 根據(jù)上表的數(shù)據(jù)和圖4中圖像的形狀，可猜想v和h之間的關(guān)系為______；為驗(yàn)證猜想，請?jiān)趫D5中確定縱軸所表示的物理量，并另作圖像，若該圖像的形狀為______，說明猜想正確。

②現(xiàn)利用上述測速器，由河流南岸開始，每隔1米測一次流速，得到數(shù)據(jù)如下表所示：

根據(jù)v和h之間的關(guān)系完成上表的最后一行，對比上表中的數(shù)據(jù)，可以看出河中水流速度 v 與從南岸到河流中央距離x的關(guān)系為：_____。（2007年廣東物理卷第14題）

解析 為研究河水流速與從岸邊到中央距離的關(guān)系，先研究水流速度與管內(nèi)外水面高度差的關(guān)系，再研究測試點(diǎn)距岸距離與管內(nèi)外高度差的關(guān)系，最后得出河中水流速度v與從南岸到河流中央距離x的關(guān)系為：v ∝ x（或v=0.4x）。

②“探究之探究”型

例4 某同學(xué)想了解導(dǎo)線在質(zhì)量相同時(shí)，電阻與截面積的關(guān)系，選取了材料相同、質(zhì)量相等的5卷導(dǎo)線，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

①用螺旋測微器測量某一導(dǎo)線的直徑（略）

②該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量及相關(guān)計(jì)算得到如下表所示數(shù)據(jù)：請你根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷，該種導(dǎo)線的電阻R與截面積S是否滿足反比關(guān)系?若滿足反比關(guān)系，請說明理由；若不滿足，請寫出R與S應(yīng)滿足的關(guān)系。

③若導(dǎo)線的電阻率ρ=5.1×10^-7Ω?m，則表中阻值為3.1Ω的導(dǎo)線長度l=_____m。（2008年江蘇卷第10題）

解析 此題首先提出探究問題：了解導(dǎo)線在質(zhì)量相同時(shí)，電阻與截面積的關(guān)系。根據(jù)圖中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們得出R與S²成反比。接下來開始一個(gè)新的探究：若導(dǎo)線的電阻率已知，根據(jù)第一個(gè)探究的結(jié)論來確定導(dǎo)線的長度為19m，其探究過程如圖6所示。

綜合就是在分析的基礎(chǔ)上，把研究對象的各個(gè)組成部分或要素在思維中重新結(jié)合為一個(gè)整體，從而在整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律。綜合型探究題所涉及的步驟較多，考查學(xué)生理解分析和綜合能力等，近年來出現(xiàn)的形式也多樣化。

綜上所述，目前科學(xué)探究能力在高考物理中的考查內(nèi)容主要在實(shí)驗(yàn)探究部分。實(shí)驗(yàn)探究能力的考查豐富了高考試題的類型，逐步成為高考物理中的一個(gè)亮點(diǎn)。考題的形式逐步從單一探究走向綜合探究，從簡單探究走向復(fù)雜探究。

3 高中物理教學(xué)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)

3.1經(jīng)歷科學(xué)探究的過程

目前人教版教材中安排了一系列科學(xué)探究內(nèi)容，可分為實(shí)驗(yàn)探究和理論探究。教師在教學(xué)過程中要充分利用這些教學(xué)素材進(jìn)行探究活動(dòng)。有些內(nèi)容，教師在對教材進(jìn)行“二次開發(fā)”時(shí)，也可考慮探究式的教學(xué)模式。學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程后，對科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)會(huì)有更深入的理解，科學(xué)探究能力會(huì)得到逐步提高。

3.2 關(guān)注科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成

學(xué)生在科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)所發(fā)展的能力往往是不平衡的。就群體而言，有些科學(xué)探究的環(huán)節(jié)學(xué)生能力較強(qiáng)，而在另一些環(huán)節(jié)上，學(xué)生感覺比較困難，甚至無從下手。個(gè)體而言，有的學(xué)生在某些環(huán)節(jié)的探究行為中自主性較強(qiáng)，而在另外一些環(huán)節(jié)中，教師需要作必要的引導(dǎo)。因此，教師在設(shè)計(jì)科學(xué)探究時(shí)，應(yīng)該對不同內(nèi)容的具體教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行認(rèn)真分析，以便針對學(xué)生在探究經(jīng)歷中的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)采取改進(jìn)措施。

3.3 提倡不言放棄的精神

綜合型實(shí)驗(yàn)探究題往往題目內(nèi)容較多，而且所出現(xiàn)的問題往往是學(xué)生以前沒有接觸過的，即所謂“生題”。遇到此類問題，教師首先應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生不要畏懼，不輕言放棄。只有在不斷的練習(xí)和總結(jié)中，分析綜合能力和科學(xué)探究能力才能不斷提高。

參考文獻(xiàn)：

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［3］中華人民共和國教育部．物理課程標(biāo)準(zhǔn)［M］．北京：人民教育出版社

(欄目編輯趙保鋼)