以“探究決定電阻大小的因素”例談學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)

王朝泰 楊善德

(瓊海市嘉積中學(xué)海桂學(xué)校 海南 瓊海 571400)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一.將科學(xué)探究列入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在將學(xué)習(xí)重心從過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神”.在物理課堂教學(xué)中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)探究,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力已顯得非常重要.人教版八年級(jí)《物理》下冊(cè)電阻中的“探究決定電阻大小的因素”,下面以此節(jié)探究課為例,談一談在物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

1 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題 提出問題的能力

《課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“發(fā)現(xiàn)問題和提出問題對(duì)科學(xué)探究具有重要的意義，如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，不能提出問題，科學(xué)探究便無從談起，因此發(fā)現(xiàn)問題和提出問題是進(jìn)行科學(xué)探究的前提”.因此，在課堂教學(xué)中，教師要運(yùn)用多種教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生從生活、自然現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而表述這些問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和能力.初中學(xué)生由于年齡小，抽象思維能力較差，讓學(xué)生自發(fā)地、主動(dòng)地提出科學(xué)的問題是比較困難的.所以，教師要利用各種手段，創(chuàng)設(shè)使學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)問題的情境，讓學(xué)生在情境中產(chǎn)生疑問，進(jìn)而去探究疑問.在本節(jié)課中，是這樣引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的.

(1)設(shè)置問題情境.利用自制的展示板：將兩盞規(guī)格相同的小燈泡并聯(lián)接入電路中，閉合開關(guān)，讓學(xué)生觀察燈泡的亮暗，發(fā)現(xiàn)亮度一樣亮；然后分別在兩盞燈泡中串聯(lián)一段長度和橫截面積不一樣的電爐絲(一段長而細(xì)，另一段短而粗).如圖1所示，閉合開關(guān)，讓學(xué)生進(jìn)一步觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，兩盞燈泡的亮度不一樣了.學(xué)生自然而然地產(chǎn)生了問題：“為什么連入不同的電爐絲后，燈泡的亮度不同了呢？”

圖1 自制的電路展示板

(2)引導(dǎo)學(xué)生分析.說明兩段電爐絲對(duì)電流的阻礙作用不同，這時(shí)引入電阻的概念.再讓學(xué)生觀察兩段電爐絲的不同之處，又發(fā)現(xiàn)電阻的大小和長度、粗細(xì)有關(guān).

(3)引導(dǎo)學(xué)生提出本節(jié)課探究的問題.“決定電阻大小的因素是什么？”這樣，通過設(shè)置情境，引導(dǎo)分析，發(fā)現(xiàn)問題，從而提出問題.這樣一步步的引導(dǎo)，對(duì)培養(yǎng)初中學(xué)生的問題意識(shí)尤為重要.

2 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)猜想能力

課程標(biāo)準(zhǔn)在談到猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中的作用時(shí)指出，“猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中的重要作用首先在于它是科學(xué)結(jié)論的先導(dǎo)，如果猜想與假設(shè)一旦能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，它就可能發(fā)展成為科學(xué)結(jié)論.因此，猜想與假設(shè)能幫助探究者明確探究的內(nèi)容和方向，指導(dǎo)探究沿預(yù)定目標(biāo)展開，避免探究的盲目性.”在物理課堂教學(xué)中，教師在讓學(xué)生進(jìn)行猜想時(shí)，一定要強(qiáng)調(diào)：猜想必須要根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)或已有的知識(shí)，有根據(jù)地進(jìn)行猜想.如果學(xué)生沒有這方面的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)，猜想不到，教師作為探究活動(dòng)中的組織者和引導(dǎo)者，要想方設(shè)法誘導(dǎo)學(xué)生通過觀察、分析之后進(jìn)行合理的猜想.在本節(jié)課，這樣設(shè)計(jì)的，首先提出以下幾個(gè)問題讓學(xué)生討論：

(1)生活中常見的導(dǎo)線多是銅芯和鋁芯，為什么不用鐵芯？

(2)為什么有的導(dǎo)線比較粗？有的導(dǎo)線比較細(xì)？

再一次利用自制的展示板讓學(xué)生觀察：與又長又細(xì)的電爐絲串聯(lián)的燈炮較暗(如圖1中上面的小燈泡)，而與又短又粗的電爐絲串聯(lián)的燈泡較亮(如圖1中下面的小燈泡).然后學(xué)生根據(jù)討論的問題和觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行猜想.在學(xué)生說出猜想之后，教師應(yīng)及時(shí)追問猜想的依據(jù)，避免胡猜亂想，提高猜想的科學(xué)性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想的能力.這節(jié)課教學(xué)的實(shí)際證明：學(xué)生不但順利地猜想出電阻的大小與材料、長度和橫截面有關(guān)，而且有些學(xué)生還根據(jù)生活中的現(xiàn)象，猜想電阻的大小可能與溫度、濕度、電壓有關(guān).

3 重視探究行為的設(shè)計(jì) 提高學(xué)生的探究能力

江西省首批特級(jí)教師黃恕伯指出，物理課的科學(xué)探究過程中要重視對(duì)探究行為的設(shè)計(jì).在初中課堂教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)猜想明確實(shí)驗(yàn)的目的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，分析實(shí)驗(yàn)中的常量和變量，思考實(shí)驗(yàn)原理 ，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)需要解決的問題，分析實(shí)驗(yàn)需要解決的問題，思考解決問題的方法，選擇器材、構(gòu)建裝置、創(chuàng)設(shè)方案.通過上述行為的積累形成學(xué)生的“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)” 能力.在本節(jié)課中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟為：

(1)根據(jù)猜想，學(xué)生之間互相討論，明確探究的目的.電阻的大小可能與導(dǎo)體的長度、橫截面和材料有關(guān).根據(jù)探究的目的學(xué)生可以選擇一至二個(gè)因素進(jìn)行探究，體現(xiàn)探究的自主性.

(2)師生共同討論交流.影響電阻大小的因素有多個(gè)因素，在探究時(shí)，應(yīng)該采用控制因素的方法，把多個(gè)因素變成多個(gè)單因素的問題，加以研究.師生共同分析探究中需要解決的問題：應(yīng)該在長度、橫截面和材料幾個(gè)因素中，控制其中兩個(gè)因素不變，研究電阻的大小與一個(gè)因素的關(guān)系.

(3)在實(shí)驗(yàn)器材方面，給學(xué)生提供了多種實(shí)驗(yàn)器材.長度和橫截面積均相同的鎳鉻合金線；長度不同的2B鉛筆；長度相同但橫截面不同的鎳鉻合金線；長度和橫截面不同的康銅線等.從課堂的教學(xué)實(shí)際中看到，學(xué)生的設(shè)計(jì)方案有多種，其中有一組學(xué)生只利用一根鎳鉻合金線，使連入電路中的長度不同，探究電阻的大小和長度的關(guān)系，方法簡便又易行,獲得同學(xué)們的好評(píng)；還有些組選擇鉛筆作為探究器材.學(xué)生根據(jù)提供的器材，不同的小組設(shè)計(jì)了不同的方案.在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，真正體現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí),提高了學(xué)生的探究能力,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

4 注重交流與評(píng)價(jià)的互動(dòng)空間 培養(yǎng)學(xué)生交流合作的能力

科學(xué)家很樂意地將自己的研究成果公布于眾，并與同行們交流，他們認(rèn)為，這種交流是智慧的交換，對(duì)得出正確的結(jié)論是十分有益的.在交流過程中，他們很注意傾聽和尊重他人提出的不同觀點(diǎn)和評(píng)議，既堅(jiān)持原則，又勇于放棄或修正自己的觀點(diǎn).科學(xué)探究課的教學(xué)也應(yīng)讓學(xué)生像科學(xué)家一樣，在探究的過程中，學(xué)會(huì)交流和評(píng)價(jià)，既要有準(zhǔn)確表述自己觀點(diǎn)的意識(shí)，又要有在合作中注意尊重他人，能思考別人的意見，改進(jìn)自己的探究方案.

本節(jié)課在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，注重在探究的過程中突出“設(shè)計(jì)方案的展示和評(píng)估”及利用展示板“匯報(bào)探究成果”.在實(shí)際的課堂中，當(dāng)進(jìn)行到“設(shè)計(jì)方案的展示”時(shí)，甲組的同學(xué)展示了用不同長度、相同面積的鎳鉻導(dǎo)線探究電阻的大小跟長度的關(guān)系設(shè)計(jì)方案.展示以后，乙組同學(xué)馬上指出，只需用一根鎳鉻導(dǎo)線連入電路，通過改變長度不同，即可探究電阻的大小與導(dǎo)線的長度的關(guān)系并立即展示了他們的方案.同學(xué)們討論后一致認(rèn)為，乙組的方法既簡易又方便，是最有創(chuàng)意的方案.在交流中同學(xué)們各抒己見，不斷發(fā)表自己的意見.課堂既有針鋒相對(duì)的辯論，又有獲得滿意方案的笑聲.在交流展示的過程中，既培養(yǎng)學(xué)生的思維能力又鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力.

本節(jié)課另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是，利用展示板“匯報(bào)探究成果”.制作了一個(gè)展示板，圖2分別是展示板的原理圖和實(shí)物圖.其原理如下：電流表和小燈泡串聯(lián)在電路中，閉合S1可以短路電流表，閉合S2可以短路小燈泡.如果設(shè)計(jì)方案中用燈泡來推知電阻的大小的小組，可以閉合S1短路電流表，并斷開S2,使用小燈泡展示；如果閉合S2，斷開S1可以使用電流表展示；如果斷開S1，S2可以同時(shí)使用小燈泡和電流表來展示.

圖2

在課堂上，有意識(shí)地讓探究不同因素的小組或探究同一因素但方法不同的小組上臺(tái)展示.展示的小組介紹實(shí)驗(yàn)的方法、電路圖并向同學(xué)們展示實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)論.其他小組傾聽比較，對(duì)展示小組的探究過程進(jìn)行評(píng)估.然后綜合各小組的探究結(jié)果，小組討論，師生共同對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行概括總結(jié)：導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，它的大小決定于導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積.

在探究過程中，學(xué)生通過交流展示，不但向同學(xué)展示了自己的探究成果，而且在交流、評(píng)價(jià)他人的過程中，把自己已有的經(jīng)驗(yàn)與他人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行碰撞，從而產(chǎn)生新的體驗(yàn).設(shè)計(jì)方案或探究成果因?yàn)榈玫搅藙e的同學(xué)的認(rèn)可而獲得快樂；設(shè)計(jì)方案或探究成果不夠完善的同學(xué)能從交流中學(xué)到更多的知識(shí)，使之不足得以彌補(bǔ).在展示的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和語言表達(dá)能力，并逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑，善于交流，樂于合作的良好科學(xué)態(tài)度，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).

5 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究的方法

科學(xué)的方法是探究活動(dòng)中得出正確結(jié)論的條件，為了保證探究式學(xué)習(xí)的良好效果，教師應(yīng)給學(xué)生介紹科學(xué)的方法，如控制變量法、類比法、模型法、等效替代法、放大法等，使學(xué)生在探究的過程中能夠采用科學(xué)的方法研究問題.

控制變量法是物理研究中常用的方法，在人教版初中物理教材中，本節(jié)課中第一次出現(xiàn)“控制變量法”的提法.如何使學(xué)生學(xué)會(huì)這種研究問題的方法.本節(jié)課中，筆者的做法是：在設(shè)計(jì)方案的過程中，通過如何選擇導(dǎo)線來引入控制變量法的教學(xué).具體步驟為在上課時(shí)，筆者讓各個(gè)小組先設(shè)計(jì)方案，特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)如何選擇導(dǎo)線進(jìn)行探究，巡視發(fā)現(xiàn)有一組的同學(xué)選擇一支鉛筆和一根鎳鉻合金線來探究電阻與材料關(guān)系.筆者向全體同學(xué)展示了他們的方法并提問：“你們認(rèn)為這樣選擇有什么問題嗎？”有同學(xué)說：“鉛筆和鎳鉻合金線的長度不相同，材料也不同，會(huì)認(rèn)為是長度影響了電阻的大小”.筆者立即指出，當(dāng)一個(gè)物理量與多個(gè)因素有關(guān)的時(shí)候應(yīng)該怎樣處理，從而引出控制變量法，并請(qǐng)同學(xué)閱讀教材上控制變量法的介紹.并提示要探究電阻的大小跟長度的關(guān)系，應(yīng)如何控制變量，讓學(xué)生在實(shí)際活動(dòng)中遇到問題，然后解決問題，從而順利地引入物理探究方法.這樣比較自然，學(xué)生也易于接受，在不知不覺中滲透了科學(xué)的探究方法.

蘇霍姆林斯基說：“在人們的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者.而在青少年的精神世界中，這種需要?jiǎng)t特別強(qiáng)烈.”初中學(xué)生的科學(xué)探究能力相對(duì)較弱，需要我們廣大物理教師在日常的課堂教學(xué)中運(yùn)用多種方法和手段，不斷強(qiáng)化訓(xùn)練，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力.只有提高了學(xué)生的探究能力，科學(xué)的探究才能在課堂中得到切實(shí)實(shí)施，才能達(dá)到提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的目.

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