高中物理教学方法：多方面培养科学探究能力

2023-08-16 理论教育版权反馈

【摘要】：在物理探究教学中，根据学生的年龄特点和认知能力，科学探究能力的培养应从多方面展开。这时候，教师根据学生的认知情况和已有的知识适当加以点拨，学生再通过进一步思考，便能提出一个有价值的科学问题：液体压强与外界大气压强的关系如何？发现并提出问题是科学探究的前提和基础。

科学探究是学生积极主动地获取物理知识、认识和解决物理问题的重要的实践活动。科学探究能力的培养要从多方面展开，如激发探究欲望、发掘提出问题的能力、形成探究的科学方法等。《物理课程标准》指出，物理课程应改变过分强调知识传授的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。无论是科学家探究物理世界还是学生学习物理知识，都必须运用科学方法，注重科学探究能力的培养。在物理教学中，学生科学探究能力的培养，对于学生知识的学习、能力的发展和情感一态度一价值观的教育有着不可替代的作用。物理课程中的科学探究，是学生积极主动获取物理知识、认识和解决物理问题的重要实践活动。它涉及提出问题、猜想和假设、制订计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。在物理探究教学中，根据学生的年龄特点和认知能力，科学探究能力的培养应从多方面展开。

（一）巧设问题情境，激发科学探究欲望

在探究教学模式中，教师是组织、引导的主体，学生是探究、学习的主体。教师应充分挖掘物理教材中的各种有利因素，通过启发、诱导，让学生亲自参与探究活动，主动去发现概念、规律。在这种形式的学习过程中，学生不仅能学到知识，更重要的是能学到获得知识的方法。可以培养学生的主体意识、科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。问题与疑问是探究式学习的起点，也是探究式学习的一个基本特征。物理探究式课堂教学，必须努力创设物理问题情境，让学生在物理问题情境中不断地发现问题、提出问题，并围绕科学性问题展开探究活动。但探究的问题是否一定要完全由学生提出，或者一定要等到学生能够提出好的探究问题之后才能组织探究性学习活动呢？在课堂教学中，教师设置问题情境，并通过引导优化和集中学生的问题，然后再筛选出那些可能会引发富有成效的探究活动的问题，这与学生提出好的问题同样重要。有时也完全可以由教师直接提出探究的问题。根据老师提出的问题，学生也完全可以进行有高度探究性的学习活动。而且，只要学生真正进入了探究知识的过程，就会提出各种各样的问题。

因此，教师要善于巧设问题的情境，培养学生提出问题的能力，激发其创新意识。例如，设置具有悬念情境的问题。如在讲沸点知识之前，提出一个问题：“从事封建迷信的巫师，常表演双手放入油锅的骗人把戏。他将双手伸进翻滚的油锅里，而手并没有被烫伤，这是为什么呢？”这样学生的好奇之火就被点燃，激起了积极的学习动机。随着学习的深入，对沸腾、沸点等知识的领会就会更加深刻，问题也就有了答案：“油锅里的下层是沸点较低的醋，上层是油，醋沸腾时，油并没有沸腾。”在有的教学中，可虚设一个与真实的物理知识相反的条件，由此推出一系列想象性的荒谬结果，从反面的荒谬获得对正面真实的确认。例如，假如光的传播需要介质，那么太阳发出的光就传不到地球上，世界将一团漆黑，假如没有重力，没有摩擦，没有惯性，没有大气压，没有导体……如此想象开去，使学生展现一幅幅奇妙的景观。课堂中，虚拟情境的创设和展开，就像引人入胜的故事中的一个个片段，随着故事情节的开展，激动人心的场面，学生的学习热情和积极的思维活动就会被唤起。教师可以设计一些开放性的问题。例如，讲物态变化时可以设计这样一个问题：在严寒的冬天（尤其在北方），用手去抓户外的金属时，常会感到金属手。这是什么原因呢？请通过实验来进行研究。巧设问题情境，可以激发学生的探究意识，从而更好地完成探究过程，达到新课标的要求，更快让物理知识走向社会。

（二）引导学生发现有价值的问题，发掘其提出问题的能力

爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技巧而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要具有创造性的想象力。”所以在上课时，要时常注意引导学生从日常生活、自然现象或实验现象中发现有价值的问题，并对这些问题做进一步的思维加工，使其演变为有价值的科学问题。例如，在学习“大气压强”这节课时，用多媒体演示了托里拆利实验，引导学生分析了液体压强里试管倾斜与液体压强的关系，学生往往得出压强变小的结论，但是在托里拆利实验中也同样涉及这个问题，而这个结论却是错误的。这时候，教师根据学生的认知情况和已有的知识适当加以点拨，学生再通过进一步思考，便能提出一个有价值的科学问题：液体压强与外界大气压强的关系如何？

发现并提出问题是科学探究的前提和基础。在教学过程中，教师要引导学生敢于质疑，形成开放的课堂氛围。相信学生经过一定案例和知识的积累，一定能逐步提高自己提出探究问题的能力。

（三）重视科学探究过程，形成探究的科学方法

物理知识结构中，物理实验事实是基础，物理学的理论系统（概念、规律、方法）是主干，数学则起着表述形式的作用。其中的物理实验事实（物理现象）、物理概念、物理规律之间的逻辑联系，是通过科学方法来实现的。科学方法是各知识之间联系的纽带和桥梁，是知识体系中的逻辑语言和逻辑符号。

中学生虽然会简单地提出问题，进行猜想与假设，但不知道怎样制订计划和方案，怎样收集整理数据，并分析论证。在这种背景下，老师应引导学生从模仿原型开始，逐步过渡到学生较为独立、自主地进行科学探究。因此在物理教学中，必须注重学生的实践活动，注重学生的经历、体验和发现的过程。学生运用适当的科学方法是学生学会探究的关键。

在教学活动中，教师应尽可能地创造条件，引导学生通过自主活动，在科学探究中体验、学习、感悟。比如在电路连接方式的探究实验中，让学生进行分组实验，每组3—4人，分给每组3—4个电键开关、3盏小灯及灯座、电池组、若干导线，只提1个实验要求，就是让3盏灯亮起来。这样一来，学生在轻松而愉快的氛围中获得科学知识、科学方法和基本技能，而教师只需教给学生掌握科学探究的一些基本方法。掌握方法是发展能力的前提和基础，实际上能力与方法是一一对应的。要发展观察实验能力，就必须掌握观察实验方法，在观察中做到通过感觉器官或借助仪器有目的、有计划地感知客观现象，在实验中做到了解实验目的，会正确使用实验仪器，会记录、整理实验数据并得出必要的结论。要发展思维能力，就必须学会科学思维的方法。要学会分析与综合，能将复杂事物分解开来分别研究，进而找出各部分之间的联系，形成对事物更全面、更本质的看法。例如，由分析电流与电压的关系、电流与电阻的关系，综合出欧姆定律的内容；通过分析铜、铝、银都导电，归纳出金属导电这一观点。

重视实验中出现的问题，给学生充足的时间思考和解决。让学生带着问题去实践、操作，组织学生去分析问题出现的原因，让学生不断发现问题和不断解决问题。例如，在做凸透镜成像实验时，有的小组不能找到完整清晰的像，可以让学生自己根据成像规律分析讨论，在不同的物距下像距的大小变化、像的位置；也可与其他成功的小组进行交流讨论，再次实验。这样不断发现问题并解决问题，直到实验成功。

注重引导学生把探究式学习向课外延伸。科学探究的形式是多种多样的，教师应根据《物理课程标准》的要求，有目的地组织学生在课堂内外进行科学探究实验，从而真正实现“从生活走向物理，从物理走向社会”这一教学宗旨。例如，在学习“长度的测量”这一节后，可以让学生用直尺测课本的长度，还可以让学生使用卷尺测量教室的长度和操场的长度，以及玻璃的厚度等。学生在实际测量中能够找到适当的测量工具和测量方法，从而达到学以致用，同时在探究过程中增长知识，发展能力。

（四）注重交流、评价的互动空间，给学生提供展示的机会

得出实验的结论并不意味着科学探究的完成，科学探究还包括对结果的评估、科学解释，以及对实验的反思。创造心理学理论认为：倘若你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流，我们两个人将有两种思想，这是扩散性。信息扩散思想交换的结果，不只是各自有几种思想，还可以通过组合改造已有的思想产生新的思想，或者在新信息的刺激下通过联想作用激发一些有价值的观念，这就是创造。所以千万不能忽视这个环节。评估与交流可以是自我反思、小组互评、组内互评、师生互评。例如，在完成平面镜成像实验探究后，有学生认为蜡烛点燃后烟雾污染教室、蜡烛熔化后的“油”污染桌面、蜡烛不容易固定等，用小手电筒代替蜡烛是比较恰当的。又如，在“探究杠杆的平衡条件”时，实验完毕后，请学生讲述自己的探究过程和得失。由于体验因人而异，所以每个同学的发言总是不同。有的学生讲了自己探究得到的结果：动力乘以动力臂的积等于阻力乘以阻力臂；有的讲了自己在实验中的失败之处；有的甚至讲到了改用弹簧测力计做实验的体会，认为测力计的方向一定要与杠杆垂直。在听取他人的讨论后，学生们的体验也在不断地发生变化，各自的感受不尽相同，从而碰撞出思想的火花。每个学生在交流中听取、评价他人的体验，把自己已有的经验与之进行衔接、贯通，从而产生新的体验。主动交流的学生由于自己的体验得到了别的同学的认可而获得快乐，使进一步体验成为可能；体验行为不够深入的同学从交流中学到更多的知识，使体验的不足得以弥补。在这样的科学探究过程中，学生培养了创新精神和实践能力，形成良好的科学品质，并逐步养成敢于质疑、善于交流、乐于合作的良好科学态度，为终身学习奠定基础。

苏联教育家苏霍姆林斯基说过，在人们的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。而在青少年的精神世界中，这种需要则特别强烈。现代教学论也认为，任何教学内容都可以用一个个问题呈现出来，学习的发生起源于情境变化的刺激。重视探究实验、重视科学探究才能达到提高全体学生的科学素养的目的，实现人本化教育。

（五）发挥物理学史在培养科学探究能力中的价值

物理学史蕴含着丰富的科学方法，我们可以在教学中利用介绍物理学史或物理学家的成果进行科学方法教育。例如，在电与磁教学中介绍电磁感应发现史。1820年，奥斯特以其“有准备的头脑”获得“机遇”，通过实验证明了电流的周围存在磁场，即电能生磁。此后，法拉第根据对称性原则，利用逆向思维方法提出磁能生电的猜想，后经过十年坚持不懈的努力，终于发现电磁感应现象。再如，富兰克林在做静电实验研究“地电”时，他的夫人不小心碰到莱顿瓶，意外地发生了闪电，这使他把天空中的闪电与之进行类比联想，从而对自然界中电的本质的认识有了重大进展，进而证实并建立了电荷守恒定律。这就是科学联想引导的灵感与创新。

总之，中学物理科学探究能力的培养，有助于学生学会发现问题、研究问题及解决问题的方法，有益于学生个性的发展，有利于培养学生的创新精神和合作精神，有益于培养学生科学的世界观。

高中物理教学方法：多方面培养科学探究能力

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