如何在高中物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究教育

陳安

【摘 要】讓抽象的物理知識(shí)形象化，讓學(xué)生深刻又清晰地感悟到物理定理定律的簡(jiǎn)潔與美，僅僅依靠講解、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練等很難奏效。課堂教學(xué)中科學(xué)探究的實(shí)施，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又使學(xué)生在探究實(shí)踐中對(duì)定理定律有著更為深入的理解。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究；“萬(wàn)有引力定律”；教學(xué)探索

一、科學(xué)探究教育的目的和意義分析

物理學(xué)科作為基礎(chǔ)學(xué)科是自然科學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，因此物理學(xué)科對(duì)我們的生活與生產(chǎn)都產(chǎn)生著巨大的影響。在高中階段設(shè)置物理課程的目的不僅僅是要求高中學(xué)生了解和學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)物理知識(shí)與物理原理，更是希望學(xué)生在物理知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠樹立科學(xué)的求知態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的探索精神。而科學(xué)的求知態(tài)度和探索精神并不僅僅是在高中物理課堂的教師講授中獲取的，更應(yīng)該是在教師引導(dǎo)下的學(xué)生自主科學(xué)探究的過(guò)程中逐漸樹立的。

在高中物理教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究意識(shí)的培養(yǎng)以及科學(xué)探究能力的鍛煉，不僅能夠使學(xué)生更加深刻地了解高中物理中的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)還能夠使學(xué)生樹立刻苦鉆研、勇于探索的學(xué)科素養(yǎng)和科學(xué)精神。由此可見，在高中物理課堂教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究教育不僅符合新課標(biāo)的發(fā)展要求，也符合高中生對(duì)知識(shí)與真理的渴求，同時(shí)更能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行物理相關(guān)能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、科學(xué)探究精神在高中物理課堂的培養(yǎng)

為了在課堂教學(xué)中更有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究教育，本文以人教版新課標(biāo)教材必修2“萬(wàn)有引力定律”的幾個(gè)教學(xué)片段為例進(jìn)行闡述，希望與廣大的高中物理教師同行們進(jìn)行交流。

（一）在教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究精神的培養(yǎng)

設(shè)疑激趣式的課堂教學(xué)導(dǎo)入方式是高中物理學(xué)科課堂教學(xué)中比較常用的導(dǎo)入方式之一。它符合高中生的心理發(fā)展特點(diǎn)，更易激發(fā)學(xué)生的求知欲與求成欲及探索精神。因而，要想對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究精神的培養(yǎng)，教師在教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)就應(yīng)多下功夫，對(duì)學(xué)生進(jìn)行恰當(dāng)而又正確的引導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)本節(jié)課所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心和迫切地探究欲望。

對(duì)于“萬(wàn)有引力定律”的教學(xué)，教師不妨以“蘋果成熟掉落在牛頓頭上”這一耳熟能詳?shù)墓适聻槔M(jìn)行導(dǎo)入。上課伊始，當(dāng)教師以視頻動(dòng)畫的形式將“蘋果與牛頓的故事”展示出來(lái)以后，學(xué)生自然而然地就會(huì)聯(lián)想到“地球施加重力”的相關(guān)知識(shí)。這時(shí)候即使教師什么都不說(shuō)，學(xué)生也能通過(guò)自己的生活經(jīng)驗(yàn)說(shuō)出與地球相關(guān)的重力現(xiàn)象，教師就可以以此為切入點(diǎn)進(jìn)行引導(dǎo)，僅僅知道地球具有重力現(xiàn)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)該知道地球施加重力現(xiàn)象背后的本質(zhì)原理。從地球施加重力原理再自然過(guò)渡到萬(wàn)有引力原理，使學(xué)生感受到不只是地球具有吸引力，太陽(yáng)與行星之間、地球與月球之間……進(jìn)而引申到任何兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間都存在著通過(guò)連心線方向上的相互吸引的力。這種相互吸引的力，大小與兩個(gè)物體的質(zhì)量乘積成正比，與兩個(gè)物體之間的距離平方成反比，與兩個(gè)物體的所處位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及中間物質(zhì)等均無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)無(wú)論兩個(gè)物體是以何種形態(tài)存在的，是如何運(yùn)動(dòng)的，它們之間都是存在著相互吸引的力量，而這也就是牛頓所發(fā)現(xiàn)的“萬(wàn)有引力”（當(dāng)然，這塊知識(shí)的介紹是穿插在后面的“萬(wàn)有引力定律”的內(nèi)容教學(xué)中進(jìn)行的）。

通過(guò)這樣的激趣引入和自然過(guò)渡，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下一步一步、自然而然地走進(jìn)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，也就使得學(xué)生在自我意識(shí)的指引下開始了對(duì)相關(guān)知識(shí)的探索。

（二）在知識(shí)展示環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究精神的培養(yǎng)

高中物理知識(shí)展示環(huán)節(jié)作為物理課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究精神培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師要想對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科探究精神的培養(yǎng)，僅僅通過(guò)公式的推導(dǎo)與展示是很難達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的，同時(shí)也是不利于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)深入理解。而應(yīng)探物究理，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)定理定律的來(lái)龍去脈、產(chǎn)生的歷史背景、科學(xué)家們的艱辛而又曲折的研究過(guò)程，定理定律的適用范圍、應(yīng)用步驟及注意事項(xiàng)等等進(jìn)行深入地探究。

基于上述種種原因，筆者認(rèn)為要想使學(xué)生真正對(duì)萬(wàn)有引力原理產(chǎn)生深刻認(rèn)識(shí)，教師就應(yīng)該深入挖掘教材并對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行改造，或結(jié)合學(xué)生實(shí)際學(xué)情進(jìn)行重新編排，以尋找激發(fā)學(xué)生探究欲望的素材。不僅要用好教材中“月-地檢驗(yàn)”教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，籍此培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理與類比遷移的能力；還要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)與生活常識(shí)入手，給予學(xué)生更加直觀的感受。當(dāng)然在本節(jié)內(nèi)容教學(xué)中，教師任意例舉兩個(gè)毫無(wú)關(guān)聯(lián)的物體來(lái)闡述“萬(wàn)有引力”顯然是行不通的，但這似乎也為教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究提供了靈感，既然是“萬(wàn)有引力”，那就是說(shuō)任何兩個(gè)物體之間都是存在著相互吸引的力的作用的。受到教材中本節(jié)內(nèi)容后附設(shè)的“問題與練習(xí)”中第一小題的啟發(fā)，教師不妨以此作為思考題，引導(dǎo)學(xué)生思考與討論：為什么兩個(gè)同學(xué)站得靠近的時(shí)候，他們無(wú)法感受到彼此間吸引力的相互作用呢（如吸在一起）？同時(shí)要求學(xué)生將這一現(xiàn)象與星球之間相互吸引的現(xiàn)象、尤其是學(xué)生熟知的地球與物體之間的相互吸引力進(jìn)行對(duì)比與反思，自己去尋找問題的答案。當(dāng)學(xué)生們討論不出結(jié)果或意見不能統(tǒng)一的時(shí)候，此時(shí)，教師不妨結(jié)合上節(jié)課的所學(xué)及剛才的“月-地檢驗(yàn)”推導(dǎo)過(guò)程將“萬(wàn)有引力定律”的內(nèi)容及公式水到渠成地展示給學(xué)生，并介紹公式中各個(gè)物理量的意義及定律的適用范圍與應(yīng)用條件等。特別是萬(wàn)有引力常量G，教師可借助物理學(xué)史素材，簡(jiǎn)要介紹牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的100多年以后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許是如何通過(guò)轉(zhuǎn)換思想設(shè)計(jì)出了扭秤裝置，比較準(zhǔn)確地測(cè)定出了引力常量G的數(shù)值的，使得兩個(gè)物體之間的引力大小數(shù)值計(jì)算成為可能。當(dāng)然，限于學(xué)生的已有知識(shí)儲(chǔ)備（如力矩知識(shí)不作要求等），這塊內(nèi)容只作通識(shí)性介紹，不可深究。然后再要求學(xué)生對(duì)兩個(gè)靠得比較近的同學(xué)之間的萬(wàn)有引力大小進(jìn)行簡(jiǎn)化處理、估值計(jì)算，結(jié)合計(jì)算得到的數(shù)值，學(xué)生們就會(huì)意識(shí)到他們之所以無(wú)法感受到彼此之間的引力就在于人體的質(zhì)量與地球質(zhì)量相比太過(guò)渺小了！這也為下一節(jié)的“萬(wàn)有引力理論的成就”教學(xué)做鋪墊。

在知識(shí)展示環(huán)節(jié)的探究性教學(xué)探索，使學(xué)生在對(duì)知識(shí)獲取的過(guò)程與方法上增加了體驗(yàn)、增添了方法論的教育引導(dǎo)，獲得了成就感。同時(shí)，對(duì)物理學(xué)家們研究歷程的介紹和重溫他們的科學(xué)品質(zhì)，也有助于對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度、價(jià)值觀的教育引導(dǎo)，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）在習(xí)題演練環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究精神的培養(yǎng)

對(duì)于物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，僅僅知道相關(guān)知識(shí)的原理，教師并不能算是完成了教學(xué)任務(wù)，而學(xué)生也不能算是真正完成了學(xué)習(xí)任務(wù)。很多時(shí)候，學(xué)生都會(huì)有這樣的困惑：對(duì)于教師的講解，自己能夠清晰地認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)相關(guān)定律、公式的記憶也并不困難，但當(dāng)面對(duì)相應(yīng)習(xí)題的訓(xùn)練時(shí)，就常會(huì)出現(xiàn)無(wú)從下手的現(xiàn)象，仿佛教師講解的知識(shí)理論與所提供的習(xí)題沒有多少聯(lián)系。針對(duì)這樣的困惑，筆者認(rèn)為正是由于學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過(guò)程不夠深入，對(duì)所學(xué)知識(shí)理解不夠深刻的重要表現(xiàn)，當(dāng)然學(xué)生的個(gè)體差異也是一個(gè)重要因素。

基于對(duì)上述現(xiàn)象的思考，筆者認(rèn)為要想在降低學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)畏難情緒的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索精神的培養(yǎng)，教師不妨采取小組合作學(xué)習(xí)的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)習(xí)題的演練來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)加以深化理解與鞏固提升。如對(duì)“萬(wàn)有引力定律”的適用條件（即公式中兩物體間的距離r的處理）的理解上，教師設(shè)計(jì)題型讓學(xué)生訓(xùn)練以加深對(duì)定律的理解應(yīng)用方面，可采取小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制的原則以小組為單位進(jìn)行習(xí)題演練。組內(nèi)采取“兵教兵”的方式操作，即當(dāng)小組成員中有一人順利完成習(xí)題，則負(fù)責(zé)對(duì)小組其他成員進(jìn)行講解，只有小組成員均能夠?qū)α?xí)題相關(guān)知識(shí)產(chǎn)生正確理解并能熟練應(yīng)用，方為該小組完成了學(xué)習(xí)任務(wù)。此外，鼓勵(lì)組內(nèi)成員有不同的解題方法，甚至?xí)兺ǎ靡活}多變的方式進(jìn)行發(fā)散式創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

在高中物理課堂教學(xué)中，對(duì)學(xué)生實(shí)施科學(xué)探究教育，其根本目的在于在科學(xué)探究教育中培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)探究的意識(shí)、提升科學(xué)探究的能力，為了達(dá)到這樣的教學(xué)效果，教師在課堂教學(xué)導(dǎo)入、知識(shí)展示講解以及相關(guān)習(xí)題演練等各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該給予學(xué)生更多的探究機(jī)會(huì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張新華.以學(xué)習(xí)為中心的物理教學(xué)設(shè)計(jì)策略探討[J].物理教師，2016（11）：18-23

[2]人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理2教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2010