在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的策略

【摘 要】本文從四個(gè)方面論述在高中物理新授課教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的策略，認(rèn)為要設(shè)計(jì)精巧問題情境，激起學(xué)生科學(xué)探究的興趣;借助課堂演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生猜想與設(shè)計(jì)能力;利用教材演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力;組建學(xué)習(xí)互助小組，培養(yǎng)學(xué)生的分工協(xié)作能力;以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

【關(guān)鍵詞】高中物理 探究式教學(xué) 科學(xué)探究能力 協(xié)作能力

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）01B-0042-03

隨著課程改革的逐漸深入，要求高中物理教師要從以往的填鴨式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴浇虒W(xué)模式，使學(xué)生逐步理解科學(xué)探究的實(shí)質(zhì)、了解科學(xué)探究的一般程序，并在探究物理問題或驗(yàn)證物理規(guī)律時(shí)使用科學(xué)探究的方法，從而使學(xué)生的科學(xué)探究能力得到培養(yǎng)。探究式教學(xué)是以探究為首要特征的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)“學(xué)生為主體”，以學(xué)生的自主探究為核心，在課堂教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)奶骄啃詥栴}，從而形成學(xué)生主動(dòng)參與的學(xué)習(xí)過程。探究式教學(xué)能使學(xué)生了解、學(xué)習(xí)、使用科學(xué)探究方法，養(yǎng)成科學(xué)探究的良好習(xí)慣，有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的教學(xué)目的?？茖W(xué)探究式教學(xué)要貫穿于整個(gè)高中物理教學(xué)過程，這就要求我們教師不僅要汲取過去的教學(xué)精華，而且要更加系統(tǒng)、更加深入地研究教學(xué)理論，找到最適合自己的課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。關(guān)于如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，筆者從以下四個(gè)方面進(jìn)行探討。

一、設(shè)計(jì)精巧問題情境，激起學(xué)生科學(xué)探究的興趣

英國著名的作家、戲劇家、詩人莎士比亞說過：“學(xué)問必須合乎自己的興趣，方可得益。”因而如何把新課教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為精巧問題情境就成為探究式教學(xué)的關(guān)鍵，要將抽象深?yuàn)W的教學(xué)內(nèi)容融入具體淺顯的環(huán)境中，呈現(xiàn)給學(xué)生，激起學(xué)生科學(xué)探究的興趣。

在探究式教學(xué)中設(shè)計(jì)精巧問題情境時(shí)，教師既要考慮高中生的心理、生理特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)水平，又要考慮新課教學(xué)內(nèi)容。只有這樣才能設(shè)計(jì)出體現(xiàn)科學(xué)探究實(shí)質(zhì)和適合學(xué)生心理、生理特點(diǎn)以及認(rèn)知水平的精巧問題情境。高中教學(xué)對(duì)象相對(duì)于初中教學(xué)對(duì)象來說，具有更高水平的抽象邏輯思維和語言表達(dá)能力，也初步形成了獨(dú)立思考的能力，這就為創(chuàng)設(shè)問題情境奠定了較好的基礎(chǔ)。同時(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：①素材要有針對(duì)性。要深入分析和挖掘教材內(nèi)容，利用教材中蘊(yùn)涵的能力價(jià)值和情感價(jià)值的知識(shí)創(chuàng)設(shè)問題情境。②問題要有方向性和操作性。要把問題設(shè)在學(xué)生有疑問處，問題既要有一定的難度，又讓學(xué)生經(jīng)過努力可以解決。

在高中物理新課教學(xué)時(shí)，一般可以從幾個(gè)方面設(shè)計(jì)精巧問題情境來激起學(xué)生科學(xué)探究的興趣：①從日常生活和學(xué)生熟悉的自然現(xiàn)象入手設(shè)計(jì)精巧問題情境;②從課堂演示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象尤其是異常現(xiàn)象入手設(shè)計(jì)精巧問題情境;③從學(xué)生課堂、課外的親身體驗(yàn)（可以是有意組織的，也可以是日常生活體驗(yàn)）入手設(shè)計(jì)精巧問題情境;④從分析有關(guān)物理學(xué)家們碰到的困難或問題等事實(shí)入手設(shè)計(jì)精巧問題情境;⑤從閱讀有關(guān)物理學(xué)科發(fā)展的前沿新聞入手設(shè)計(jì)精巧問題情境;⑥從運(yùn)用多媒體教學(xué)等現(xiàn)代教育技術(shù)設(shè)計(jì)出的物理情境入手設(shè)計(jì)精巧問題情境等。例如，在進(jìn)行“碰撞”的教學(xué)時(shí)，可利用多媒體教育技術(shù)精確制作兩個(gè)小球碰撞的物理情境—— 兩小球的彈性碰撞和非彈性碰撞（包括小球的形變、坐標(biāo)和所用時(shí)間等）。教師為了使學(xué)生更好地理解碰撞，兩小球可以完全相同也可以不同?？梢灾谱饕韵聨捉M實(shí)驗(yàn)：①完全相同的兩小球以很大的速度相碰撞，學(xué)生幾乎看不清楚碰撞的過程，讓學(xué)生猜想碰撞時(shí)兩小球的情況（兩小球的形變、受力、碰撞前后速度大小等）;②完全相同的兩小球仍以相同的速度相碰撞，但把兩小球的碰撞過程放慢，慢到可以觀察到碰撞時(shí)的細(xì)節(jié)，讓學(xué)生觀察碰撞時(shí)兩小球的情況（兩小球的形變、受力、碰撞前后速度大小等），驗(yàn)證學(xué)生對(duì)第一組實(shí)驗(yàn)的猜想;③兩完全相同的小球，一小球靜止，另一小球以很大的速度碰撞靜止小球，讓學(xué)生繼續(xù)猜想兩小球碰撞時(shí)情況，然后放慢碰撞過程驗(yàn)證猜想;④兩個(gè)不同的小球，一小球靜止，另一小球以很大的速度碰撞靜止小球，讓學(xué)生繼續(xù)猜想兩小球碰撞時(shí)情況，然后放慢碰撞過程驗(yàn)證猜想。利用現(xiàn)代技術(shù)可以讓學(xué)生了解日常生活中難以觀察到的現(xiàn)象，以有效激起學(xué)生科學(xué)探究的興趣。

一節(jié)比較成功的探究式教學(xué)課，應(yīng)該是使教學(xué)主體帶著強(qiáng)烈的探究欲望，活潑又緊張地全程參與到教學(xué)過程中去，讓整個(gè)課堂能夠圍繞教學(xué)主題步步深入，層層推進(jìn)，直至使教學(xué)主體獲得新知的課堂。

二、借助課堂演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生猜想與設(shè)計(jì)能力

教育心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)興趣一般是由“好奇—求知—愛好—入迷追求”的過程形成的。在探究式課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該在了解學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和心理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上按照這一過程的要求設(shè)計(jì)好課堂教學(xué)的過程。由于學(xué)生在猜想的時(shí)候提出的假設(shè)不可能完全按照老師的思路，這就要求教師對(duì)學(xué)生可能提出的假設(shè)提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。提前準(zhǔn)備好可供驗(yàn)證或反證學(xué)生可能提出的假設(shè)的實(shí)驗(yàn)器材、相關(guān)資料或圖片等，適時(shí)適量地提供與揭示科學(xué)概念有關(guān)的、有吸引力的、使用時(shí)有安全感并適合學(xué)生自行探索的材料。同時(shí)也要知道，幫助學(xué)生猜想，也是體現(xiàn)新課標(biāo)理念下教師為“主導(dǎo)”的作用，因此教師在教學(xué)中要善于刺激和幫助學(xué)生進(jìn)行猜想。

在實(shí)際課堂教學(xué)時(shí)，教師如果沒有做好“主導(dǎo)”作用，那么學(xué)生提出的猜想就可能五花八門或者根本就提不出猜想。怎樣避免這兩種情況發(fā)生呢？這就要求教師對(duì)平時(shí)教學(xué)工作進(jìn)行不斷摸索和總結(jié)。如在探究靜摩擦力的大小可能與什么因素有關(guān)時(shí)，學(xué)生是在學(xué)習(xí)了滑動(dòng)摩擦力之后才學(xué)習(xí)的，如果教師沒有做好引導(dǎo)，那么學(xué)生的猜想就很可能受到滑動(dòng)摩擦力的影響。學(xué)生可能會(huì)猜想靜摩擦力跟滑動(dòng)摩擦力一樣，可能與壓力大小有關(guān)，與摩擦面的粗糙程度有關(guān)，可能與材料有關(guān)，等等。如果所有的猜想都要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，那么在有限的課堂時(shí)間內(nèi)是不可能做到的，這時(shí)可以用簡(jiǎn)單的課堂演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)。例如，驗(yàn)證靜摩擦力與壓力大小是否有關(guān)時(shí)，讓兩個(gè)質(zhì)量不同的物體放置在相同的水平桌面上，用彈簧秤對(duì)兩物體施加相同大小的水平拉力，讓學(xué)生利用簡(jiǎn)單的水平方向二力平衡分析是否與壓力有關(guān)。這樣學(xué)生的猜想就有了明確的導(dǎo)向性。教師要適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，并逐步驗(yàn)證，只有這樣才能順利達(dá)到課堂教學(xué)目標(biāo)。

再如，學(xué)生在學(xué)習(xí)物體的動(dòng)能之后，探究物體重力勢(shì)能的大小可能與哪些因素有關(guān)時(shí)，可以類比探究物體的動(dòng)能的大小可能與哪些因素有關(guān)的方法。給出重力勢(shì)能的定義“物體由于被舉高而具有的能叫重力勢(shì)能”，定義中的關(guān)鍵詞為物體、被舉高和重力。這樣就可以根據(jù)關(guān)鍵詞進(jìn)行猜想，關(guān)于“物體”可能猜想到的有密度、體積、質(zhì)量等，關(guān)于“被舉高”可能猜想到高度等，關(guān)于“重力”可能猜想到的不僅僅是物體的密度、體積、質(zhì)量，還應(yīng)該與物體所處的地理位置（重力加速度）有關(guān)。然后進(jìn)一步分析，物體的密度相同時(shí)體積越大質(zhì)量越大;而物體的體積相同時(shí)，密度越大質(zhì)量越大，因此密度和體積都是與質(zhì)量有關(guān)。被舉高是指什么高度呢？是指物體相對(duì)于地面的高度還是物體相對(duì)于原來位置的高度？可簡(jiǎn)單分析，如果是相對(duì)于地面的高度，那么一個(gè)物體如果就位于地面，并沒有被舉高，那么如何計(jì)算它的重力勢(shì)能呢？這樣就可以得到“被舉高”并不是簡(jiǎn)單地指相對(duì)于地面的高度，而是指物體相對(duì)于原來位置的高度，或者說是高度差;再考慮是否與重力加速度有關(guān)。這樣才能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，水到渠成地得到結(jié)論。

在課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)相互矛盾的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖⌒詫?shí)驗(yàn)，失敗性實(shí)驗(yàn)常常更能設(shè)計(jì)出激發(fā)學(xué)生探索興趣的問題。愛迪生說過，失敗也是我所需要的，它和成功一樣對(duì)我有價(jià)值。因此教師可以在教學(xué)過程中選取失敗性實(shí)驗(yàn)作為素材，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)探究的方法分析、解釋失敗性實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力的目的。

三、利用教材演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力

分析就是對(duì)已有的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、整理，通過分析、歸納等思維方法，找出在這些資料和數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和實(shí)質(zhì)。論證就是把已有的資料、數(shù)據(jù)和猜想與假設(shè)聯(lián)系起來，分析它們之間有無關(guān)系或有何關(guān)系，能否由已有的資料、數(shù)據(jù)證明或者證偽猜想與假設(shè)。培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力是培養(yǎng)科學(xué)探究能力的重要組成部分。例如，在高中物理的電阻定律教學(xué)中，學(xué)生可在教師的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)并完成以下幾組實(shí)驗(yàn)：①測(cè)量同種材料、同樣粗細(xì)、不同長度導(dǎo)線的電阻值;②測(cè)量同種材料、同樣長度、不同粗細(xì)導(dǎo)線的電阻值;③測(cè)量粗細(xì)相同、同樣長度、不同材料導(dǎo)線的電阻值。通過實(shí)驗(yàn)獲得了以下幾個(gè)結(jié)論：①同種材料、同樣粗細(xì)的導(dǎo)線，長度越大，電阻值越大;②同種材料、同樣長度的導(dǎo)線，越粗電阻值越小，越細(xì)電阻值大;③粗細(xì)相同、同樣長度、不同材料導(dǎo)線的電阻值，一般不同。學(xué)生通過對(duì)這幾組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和歸納后，最終得到影響導(dǎo)體電阻的因素（定性分析），然后在教師的進(jìn)一步引導(dǎo)下得出電阻定律。

再如，在探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生和老師設(shè)計(jì)、演示以下實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)：①測(cè)量彈簧豎直懸掛靜止時(shí)的長度;②測(cè)量彈簧豎直懸掛且下端懸掛一個(gè)鉤碼靜止時(shí)的長度;③測(cè)量彈簧豎直懸掛且下端懸掛 2 個(gè)鉤碼靜止時(shí)的長度。剛開始學(xué)生分析時(shí)可能發(fā)現(xiàn)各長度與懸掛鉤碼個(gè)數(shù)（彈簧受到的拉力）沒有簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，再進(jìn)一步分析才可能發(fā)現(xiàn)彈簧伸長的長度（伸長量）與懸掛鉤碼個(gè)數(shù)（彈簧受到的拉力）有簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系。這種結(jié)合實(shí)驗(yàn)的探究式教學(xué)，使學(xué)生的分析與論證能力得到培養(yǎng)，達(dá)到本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

四、組建學(xué)習(xí)互助小組，培養(yǎng)學(xué)生的分工協(xié)作能力

法國著名的寓言詩人拉封丹說：“若不團(tuán)結(jié)，任何力量都是弱小的?！爆F(xiàn)在社會(huì)分工越來越細(xì)，單靠一個(gè)人的力量往往難以勝任一些工作，必須要有分工協(xié)作的精神，因此培養(yǎng)學(xué)生的分工協(xié)作能力也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的有機(jī)組成部分。在高中物理新課教學(xué)過程中組建學(xué)習(xí)互助小組，是一種比較適合實(shí)際的培養(yǎng)學(xué)生分工協(xié)作能力的方式。實(shí)際操作時(shí)要具體情況具體分析，一般說來，教師事先展示本節(jié)課要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)、探究的主要內(nèi)容（由于時(shí)間限制，探究內(nèi)容一定要精），并要求各學(xué)習(xí)互助小組形成自己的結(jié)論等。然后以學(xué)習(xí)互助小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，并對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論進(jìn)行討論和交流。比如，在高中物理的牛頓第二定律教學(xué)中，探究物體的質(zhì)量和物體受到的合外力對(duì)物體加速度的影響時(shí)，可以采用學(xué)習(xí)互助小組探究的方法。不同的學(xué)習(xí)互助小組分別探究物體的質(zhì)量和物體受到的合外力對(duì)物體加速度的影響，然后各小組對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論、交流。如此，不僅學(xué)生動(dòng)手解決問題的能力得到了提高，分工協(xié)作能力也得到了很好的培養(yǎng)。

再如，在高中物理的電場(chǎng)線教學(xué)中，探究三種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布時(shí)，也可以采用學(xué)習(xí)小組分工合作的方式，以小組為單位分別描繪出點(diǎn)電荷電場(chǎng)、等量同種電荷和等量異種電荷的電場(chǎng)線分布。然后讓小組之間進(jìn)行交流、討論，看各小組所描繪的電場(chǎng)線正確與否，電場(chǎng)線的分布為什么是這樣的，三種電場(chǎng)線之間有無內(nèi)在聯(lián)系，等等。這樣既能培養(yǎng)學(xué)生的分析論證能力，又能培養(yǎng)他們的分工協(xié)作能力。

總而言之，探究式教學(xué)在高中物理新授課中的應(yīng)用，可使教學(xué)方式從著重知識(shí)的灌輸、傳承和積累向積極主動(dòng)地探究學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，更好地激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣。在探究式教學(xué)中，能夠更好地借助課堂演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生猜想與設(shè)計(jì)能力;利用教材演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力;組建學(xué)習(xí)互助小組，培養(yǎng)學(xué)生的分工協(xié)作能力。在教學(xué)中如果能從這四個(gè)能力培養(yǎng)著手，那么就可更有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

【作者簡(jiǎn)介】李水泉（1977— ），男，漢族，江西贛州人，中學(xué)一級(jí)，現(xiàn)就職于廣東省羅定中學(xué)。

（責(zé)編 盧建龍）