科學(xué)因探究而美麗探究以創(chuàng)新而更精彩

谷春生

隨著高中新課程改革的全面推開(kāi)，科學(xué)探究已成為當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革的熱點(diǎn)、亮點(diǎn)和難點(diǎn).這就迫切要求教師要善于吸收教育科學(xué)及所教學(xué)科的最新成果，拓寬自己的知識(shí)面，挖掘出教材所蘊(yùn)涵的探究性因素，精心設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究性課題，把學(xué)生置于開(kāi)放、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，確立起學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，增進(jìn)獨(dú)立思考能力，啟迪創(chuàng)新思維，以更好的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，更有利于我國(guó)創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng).

物理學(xué)在日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中有著極其廣泛的應(yīng)用.在物理學(xué)習(xí)中，注重實(shí)際問(wèn)題的分析探究，對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬知識(shí)面，提高應(yīng)用物理基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，樹(shù)立一切從實(shí)際出發(fā)的良好作風(fēng)，都是十分必要的.本人在教學(xué)中設(shè)計(jì)一些實(shí)踐探究問(wèn)題，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力.下面略舉幾個(gè)物理科學(xué)探究與創(chuàng)新有效整合的案例，以求拋磚引玉.

案例1 [探究課題]對(duì)電捕鼠器的探究與制作

[創(chuàng)設(shè)情境，引出問(wèn)題]

我們學(xué)校十二月份準(zhǔn)備舉辦科技文化藝術(shù)節(jié)，其中科技創(chuàng)新大賽是重頭戲.請(qǐng)同學(xué)們查閱資料，積極思考，勤于動(dòng)手，如果有條件，可以在家長(zhǎng)指導(dǎo)下制作一個(gè)探究作品，參加大賽.

[學(xué)生興趣高漲，實(shí)施自主探究]

學(xué)生們制作出很多參賽作品，其中不乏精美之作，下面略舉一二.圖1是學(xué)生在家長(zhǎng)幫助下制作的低壓電源電捕鼠器.低壓電源電捕鼠器電路圖如圖2.

[匯報(bào)成果，分析原理，啟迪思維]

元器件選擇：

晶體管VT選用2N5609型硅NPN中功率三極管，亦可用8050、9013型等常用三極管代替.VD1用3mm紅色發(fā)光二極管，VD2～VD4用1N4007型硅整流二極管.R1～R3均用RTX-1/8W型碳膜電阻器.C1～C3一律用CL11-630V型滌綸電容器，SB用6mm×6mm立式微型輕觸開(kāi)關(guān).G用5號(hào)干電池兩節(jié)串聯(lián)（配塑料電池架）而成，電壓3V.高頻變壓器T須自制：選用2E19型鐵氧體磁芯及配套塑料骨架，L1用0.22mm漆包線繞22匝，L2用同號(hào)線繞8匝，L3用0.08mm漆包線繞1400匝左右.注意圖中黑點(diǎn)為同名端，頭尾順序繞，繞組間墊一、二層薄絕緣紙.

工作原理：當(dāng)按下電源開(kāi)關(guān)SA時(shí)，由三極管VT1和升壓變壓器T構(gòu)成的高頻振蕩器通電工作，把3V直流電變成18kHz左右的高頻交流電，經(jīng)T升壓到約500V，再經(jīng)三支1N4007二極管、電容器C1～C3組成的三倍壓整流電路升高到1500V左右，加到特制的金屬網(wǎng)上.當(dāng)小老鼠觸及金屬網(wǎng)絲時(shí)，高壓就會(huì)通過(guò)小老鼠放電，將小老鼠擊斃.

點(diǎn)評(píng) 聯(lián)系生活實(shí)踐的問(wèn)題往往是學(xué)生特別感興趣的問(wèn)題，能激發(fā)起學(xué)生更加強(qiáng)烈的好奇心和求知欲.通過(guò)對(duì)問(wèn)題的自主探究，可以使學(xué)生品嘗探究的樂(lè)趣，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)的熱愛(ài)，使他們義無(wú)返顧地投入到物理學(xué)科的探究學(xué)習(xí)中去，更有利于學(xué)生素質(zhì)的全面提高.

案例2 [探究課題] 對(duì)磁屏蔽探究的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

[創(chuàng)設(shè)情境，引出問(wèn)題]

同學(xué)們學(xué)過(guò)了磁屏蔽知識(shí)，覺(jué)得理解的不夠透徹.怎么設(shè)計(jì)一個(gè)創(chuàng)新作品探究一下，提升一下對(duì)磁屏蔽知識(shí)的認(rèn)識(shí)呢？請(qǐng)大家積極思考，完成自主設(shè)計(jì).

[學(xué)生積極思考] 學(xué)生陷入了困惑.

[理論引導(dǎo)，啟迪思考]

如圖3，一個(gè)高磁導(dǎo)率μ的鐵磁材料制成的屏蔽罩與空腔可看作并聯(lián)著的兩個(gè)磁阻，由于空腔的磁導(dǎo)率μ0遠(yuǎn)小于屏蔽罩的磁導(dǎo)率μ，其磁阻遠(yuǎn)大于屏蔽罩的磁阻，于是來(lái)自外界的磁感線絕大部分穿過(guò)屏蔽罩而不進(jìn)入空腔內(nèi)，起到了磁屏蔽作用.要[TP2GW21.TIF，Y#]使屏蔽效果更好，可以使用較厚的屏蔽罩或采用多重屏蔽罩（一個(gè)套一個(gè)）.因此，效果良好的鐵磁屏蔽罩一般都比較笨重.

實(shí)際應(yīng)用中一般是用磁導(dǎo)率很高的材料制成容器，把產(chǎn)生干擾的部分（或易受干擾的部分）包起來(lái)，使磁場(chǎng)（磁感線）被限制在屏蔽體內(nèi)和集中于磁阻很小的屏蔽體之中（或不能進(jìn)入屏蔽體內(nèi)）.圖4就是用鐵氧體或坡莫合金等高磁導(dǎo)率材料制成的殼體容器，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)被限制在殼體內(nèi)不能輻射出去，這就防止了它對(duì)外界的干擾，同時(shí)也防止了外界磁場(chǎng)對(duì)它的干擾.在一些電信設(shè)備中，也常用磁盒將線圈密封起來(lái)，效果更好，如圖5所示.一般的軟磁性材料如電工鋼板甚至低碳鋼板（俗稱軟鐵板）等也都具有較好的導(dǎo)磁能力，而且成本低廉，因此有些電源變壓器用厚電工鋼板制成的殼體包起來(lái)進(jìn)行磁屏蔽.

[設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)施自主探究]

學(xué)生在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，查閱資料，深入思考，設(shè)計(jì)的創(chuàng)新作品如下：

如圖6取一個(gè)金屬鐵盒，四周結(jié)合致密，把頂部金屬蓋剪去，其內(nèi)部放入一塊磁鐵，用透明膠帶懸空“十字架”形狀牽引固定在鐵盒內(nèi)部的正中央，然后用透明膠帶三把鋼尺并排粘在一起，制作出了金屬屏蔽板，再選取考試專用塑料墊板剪下四分之一作為對(duì)比材料，最后取一些訂書針.

取出金屬鐵盒，用塑料墊板蓋住頂部，上面撒些訂書針.然后迅速倒置過(guò)來(lái)，細(xì)小訂書針被鐵盒內(nèi)的磁鐵所吸引，不會(huì)掉下來(lái).此時(shí)，在薄塑料板與鐵盒之間，從左側(cè)慢慢插入金屬鋼尺片，當(dāng)大金屬片完全把鐵盒密閉起來(lái)，大金屬片下面的塑料片下剛才吸引的小訂書針完全跌落下來(lái)，如圖6.探究實(shí)驗(yàn)激發(fā)起學(xué)生更加強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望：為什么是這樣的呢？

[引導(dǎo)分析，啟迪思維]

開(kāi)始的時(shí)候鐵盒用塑料墊板蓋住頂部，上面撒些訂書針.然后迅速倒置過(guò)來(lái)，由于磁場(chǎng)能穿越塑料、木板等非鐵磁性物質(zhì)，細(xì)小訂書針被鐵盒內(nèi)的磁鐵所吸引，不會(huì)掉下來(lái).此時(shí)，從左側(cè)慢慢插入金屬鋼尺片，當(dāng)大金屬片完全把鐵盒密閉起來(lái)，大鋼鐵片下面的塑料片下剛才吸引的小訂書針完全跌落下來(lái)，這是因?yàn)樵撹F盒、鋼鐵片都是鐵磁性物質(zhì)，它們的磁導(dǎo)率很高，磁感線通過(guò)鐵盒、鋼鐵片形成閉合回路，無(wú)法向外界泄露，從而使磁場(chǎng)被限制在屏蔽體內(nèi)，屏蔽起來(lái)，整體外部無(wú)磁場(chǎng)，故小訂書針跌落下來(lái)，如圖6所示.

點(diǎn)評(píng) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)非常有趣，屬于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，它成功實(shí)現(xiàn)了從無(wú)磁屏蔽現(xiàn)象緩慢過(guò)渡到有磁屏蔽現(xiàn)象，對(duì)比明顯，矛盾沖突激化，學(xué)生印象深刻，可以培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的動(dòng)手能力、觀察能力、分析綜合能力.整個(gè)過(guò)程創(chuàng)新點(diǎn)閃亮，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生在玩中學(xué)，在愉快中感悟，在濃厚的興趣中提升，實(shí)施自主探究，親身感受，將使物理學(xué)變得更加親切.

沒(méi)有探究，就沒(méi)有科學(xué).如果學(xué)生初接觸探究性課題，探究性學(xué)習(xí)可在教師指導(dǎo)下進(jìn)行；如果學(xué)生多次做探究性課題，探究性學(xué)習(xí)可由學(xué)生自己設(shè)計(jì)完成，以更好的激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，啟迪創(chuàng)新思維.總之，教師在教學(xué)過(guò)程中要深挖教材中的探究性因素，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源，精心多多設(shè)計(jì)或啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)新的探究方案，盡最大可能給學(xué)生提供必要的科學(xué)探究機(jī)會(huì)，讓學(xué)生自主思維、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、社會(huì)調(diào)查、查閱文獻(xiàn)等等，體驗(yàn)探究過(guò)程的曲折和樂(lè)趣，發(fā)展科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能， 實(shí)施科學(xué)探究教育.科學(xué)因探究而美麗，探究以創(chuàng)新而更精彩.教育改革呼喚更多具有創(chuàng)新思維的教師，以更好地激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新意識(shí).