注重探究體現創新

張正太

(泰州市高港實驗學校 江蘇 泰州 225323)

科學探究是物理課程標準中的基本理念,目的是讓學生經歷探究過程，體現基本物理思想和物理方法的具體運用，培養科學素養.這就需要教者潛心研究教材，聯系生活實際，注意素材的挖掘和積累,認真研究“中考”，從中捕捉好題，精心選編成科學探究題，進行實戰訓練,讓學生在探究中體驗創新，提高能力.筆者就蘇科版教材，談談教學中注重探究性實驗，體現創新能力培養的一些實例.

1 設計創新情境捕捉訓練契機

中考探究性實驗題，十分注重問題研究方法的考查.筆者在教學中發現，有些教材安排，不一定能達到預設的功效；有些實驗，教師若不深入挖掘，很難培養創新思維.

如教材中“功”的建構，一改傳統做法，從學生剛學到的杠桿、滑輪、斜面等機械入手，發現使用機械若省力必費距離；若省距離，必費力.用斜面再一次探究，發現Fs與Gh近似相等，從而定義功.這就是發現式研究方法.筆者體現編者的意圖，但仍采用原滬科版動滑輪提升鉤碼的做法，因為該做法更能創設創新思維的契機.具體探究過程如下.

圖1

【例1】小明發現，利用簡單機械(圖1)雖能省力，但要多移動距離，其中的力與距離的乘積是否存在一定的數量關系？為探其究竟，設計了兩種方法.其一是用同一只動滑輪分別提升不同數目的鉤碼(所提鉤碼逐漸增加)，記錄了數組數據；其二是改換不同的動滑輪(動滑輪自重逐漸減輕)，提升相同的鉤碼，記錄出數組數據.請你幫他分析：

(1)記錄出數據的表中，力與在力的方向上通過的距離乘積存在的一個共同之處是______；請說出產生的主要原因______.

(2) 第一種方法中，若所提鉤碼數逐漸加大，且達到足夠大.你認為得出的結論是______；第二種方法中，若所用動滑輪越來越輕，且輕到幾乎可以忽略，你的結論是______.

本題第2問的正確答案是當鉤碼重G遠遠大于滑輪自重G′，則Fs=Gh(實際處理問題的辦法).若不計滑輪自重，則Fs=Gh(理想化處理問題的辦法).抓主要問題，科學處理.無論是處理實際問題所采取的方法，還是建立在實驗基礎上的科學推理法,都是極好的素材.尤其是在新授課中，“功”的建構，讓學生在實驗中感悟,同時亦為機械效率打下伏筆,收效更大.

【例2】某學生在做“探究光反射定律”的實驗時，進行了下面的操作：(1)將紙板與平面鏡保持垂直，如圖2(a)，讓一束光貼著紙板沿某一個角度射到O點，經平面鏡的反射，沿另一個方向射出.改變光束的入射方向，使入射角i減小，這時反射角r跟著減小，r總是______i；若入射光線垂直于平面鏡，這時反射角為______，你能得出這一角度用的研究方法是______.

(2)如圖2(b)，把半面紙板NOF向前折或向后折，這時，在NOF上看不到______,說明______．

本例第1問的最后一空的研究方法是建立在一定實驗基礎上的科學推理；這是最精彩的一筆.可惜教師教學時，基本無人提及.新課教學時，筆者詢問，結果發現僅個別學生能說出，可見需要加大這方面的訓練力度.

圖2

2 挖掘土法實驗活用研究方法

教材中的土法實驗，簡單、易行、效果好，但要注意挖掘，引導學生以科學的眼光去觀察、探究，切不可死搬硬套.

圖3

【例3】探究活動：讓學生把鉛筆的一端削尖后，用兩只手的食指分別壓住筆的兩端(圖3),擠壓三次，施加不同的壓力. (1)可以發現，每次都是接觸筆尖的手指受壓的感覺比另一手指要強得多，試猜想壓力作用效果與______有關，分析總結得到的結論是______；由接觸筆尖手指的疼痛感不一，猜想壓力作用效果與______有關，分析總結出的結論是______.(2)在上述實驗分析得到相關結論的過程中，你用上了哪些物理知識和研究方法？______.

教師新授課時，“手指擠壓鉛筆”實驗，通常只作為壓強引入的例子，讓學生猜想壓力作用效果與哪些因素有關.改編成這道探究題，參考答案是：(1)受力面積的大小.壓力相同時，受力面積越小，作用效果越明確. 壓力大小.受力面積一定，壓力越大，作用效果越明顯.(2)手指擠壓鉛筆，手指感到疼痛且凹陷——力的作用是相互的.后者還說明力的作用效果使物體發生形變.實驗并探究出的結論，所用的研究方法即控制變量法、比較法.每一次用力擠壓時，兩食指所受壓力的大小總是相等的，二力平衡、力的相互作用.手指至少三次增加施加的壓力，觀察或感受其效果，是為了便于發現和總結出規律，使得到的結論更可靠，更具有科學性.筆者以為，第1問中分別提出筆尖對手指壓力效果和兩手指同時對比壓力作用效果，讓學生分析，自然到位，恰到好處.第2問中的物理知識間的因果關系是培養學生運用已有知識獲取新知識的實戰訓練，同時亦加深了對知識點之間的理解和聯系.

又如探究液體壓強知識,教科書81頁體驗液體壓強的存在，用3幅圖讓學生分別感知液體對容器底、側壁、液體內部向上的壓強. 筆者教學時，為進一步挖掘其實驗探究功能，增加了如下實驗：一是讓每個學生將空塑料袋套在手上，且插入水中(水未流入袋內)，實驗現象是塑料袋緊貼在手上，學生能夠分析得到液體內部的壓強向各個方向；二是探究影響液體壓強大小的因素，筆者安排如下實驗，引導學生進行探究.

圖4

【例4】向底部扎有橡皮膜的玻璃管中倒入水，若水的高度越高，橡皮膜凸出得越明顯，如圖4(a)，由此能得到的結論是______；若將裝有水的管緩緩插入水中，當管內外水面相平時，觀察到底部的橡皮膜恰好水平(圖d)，這時又能得出這樣的結論______；為進一步探究出液體的壓強與液體密度的關系,將裝有水的管子，緩緩插入酒精中如圖4(e)的位置時，能得出結論嗎？______(闡明理由)，你認為此時應將管______(選填“上提”或“下移”)至______時，觀察到______現象，方可分析得出結論______.

例4的后半部分，在探究液體壓強與液體密度關系時，巧妙地將控制變量法運用到實驗操作過程中，而不是機械地套用探究方法.管下移后，到達的位置有兩種：一是管內外液面相平，觀察橡皮膜的凹、凸；另一是待管底橡皮膜水平時，觀察管內外液體的高低.再由前半部分剛得到的結論加以分析推理.該過程體現了對物理方法的靈活運用，點燃了學生智慧的火花.筆者以為無論是上課引導學生實驗建構物理知識，還是用于習題訓練，都是一道不可多得的好題.

3 尊重實驗事實引導分析推理

中考實驗題中，有些是為了體現物理規律，有意將生活中的物理現象編制成的. 筆者認為尊重實驗事實，引導分析推理，方能避免因思維定勢而釀成失誤.

【例5】冬天下雪后，小莉發現臟的雪比干凈的雪熔化得快.小莉想：是不是因為深色物體比淺色物體吸收太陽輻射熱的本領強呢？為了驗證這個猜想，她做了如下實驗：將質量、溫度都相同的水分別倒入兩個一樣的牛奶瓶中，用白紙和黑紙包起來.然后將兩個牛奶瓶放在同處，在陽光下直曬，每隔5 min測一下瓶中水的溫度.經過0.5 h的實驗,兩只牛奶瓶中的水溫變化情況如表1所示.

表1 奶瓶中水溫變化情況

小莉驗證了她的猜想是正確的，同時對表中的數據變化進行分析，得出了一些結論.請回答下列問題：(1)由表中相同時間內吸收相同的輻射熱，但升溫變緩. 可推想出溫差越大，高溫體向低溫體散熱將______.(2)推測牛奶瓶的水溫升至一定溫度后不再上升(低于水的沸點).你能說出其中的道理嗎？______.(3)兩只奶瓶中的水最高溫度會相同嗎？為什么？______.(4)某一盛夏夜晚，戶外較為涼爽,為節電，到戶外納涼.你認為此時應該穿淺色還是深色衣服______；漫步至沙灘，當赤腳由沙灘步入海水中，感到海水比沙石熱，這是因為海水的______較大，此時不斷有風吹來，你認為吹的是______(選填“海洋風”或“大陸風”).

上題中每一問的分析推理過程都能體現出具體情況具體分析，彰顯學生的發現意識和創新能力. 筆者以為，尊重客觀事實，引導分析探究，推理得出結論,既培養科學品質，又增強了探究意識和創新能力.

4 直面易混問題進行科學探究

教材中有些知識點的理解及運用極易混淆.這就需要教師創設問題情境，直面應對，澄清模糊認識，引導學生觀察分析，準確理解，靈活運用. 以“動能”、“慣性”解釋“限速”規定等相關現象為例，筆者自編了一道實驗分析題.

【例6】小華、小強看到高速路旁的車距警示牌(車距200m)、限速牌(圖5),發現有這樣一條規律：不同車輛，保持的車距要求是一樣的，但限速是車輛的______越大，限速越小，解釋上述規律.

圖5

小華認為，車輛動能大小可能與車輛的質量、速度的大小有關.質量越大、速度越大，它的動能越大.

小強認為，質量大，慣性大.急剎車時，質量大的車輛，即便是相同的車速，滑行的會更遠些.

倆人的解釋，似乎都合情合理.為探其究竟，現選用較為光滑的斜面、質量不等的鐵球、平鋪上粗糙毛巾的水平工作臺.設計如下實驗探究方案.

方法：小球在斜面上釋放，改變小球的質量、速度，通過比較在水平粗糙毛巾表面上滑行路程s的長短，反映小球動能的大小.該研究方法是______.

步驟：(1)探究與速度的關系.將同一小球從斜面上______處釋放，觀察水平滑行的距離s.

(2)探究與質量的關系.將質量不等的小球從斜面上______處釋放.為驗證小球按要求釋放，是否能得到同樣速度，小強將質量不等的兩小球按步驟(2)的位置同時釋放后，若能觀察到______現象，就證明球剛滾到坡底時有相同的速度；同時觀察發現它們在同一水平面上滾動的路程s亦相同.

綜上實驗及現象分析，可以斷定______(選填“小華”或“小強”)的解釋是不妥的.這一現象能夠證明“速度相同，質量越大動能越大嗎？”______，請闡明理由____________.

就解釋限速牌而言，二人似乎均有理有據.所以要設計實驗情境，讓事實來評判，體現物理思想、科學精神. 最后一問正確解釋是質量大的車輛壓力大，因而摩擦力大，以相同的初速度滑行，即使滑行相同路程s，做功亦多，即動能大.

5 充實探究性實驗彌補教材不足

教材有些章節中的重要知識點，在建構的過程中，缺少有價值的探究性實驗.這就需要教師進一步挖掘實例中有價值，且可設計成探究實驗的素材，讓學生感悟物理的思想、方法.

如“光現象”中的光的直線傳播是本章的重要考點之一，然而，教材中沒有實質性的科學探究.筆者就光的直線傳播的實例，小孔成像、影子的形成，自編了兩道實驗題.

【例7】小明同學為了探究小孔成像規律，在較暗的房間中利用一支點燃的蠟燭，挖有不同形狀小孔的硬紙板NN′，白屏MM′，刻度尺等進行探究，如圖6.

圖6

(1)小孔成像的原理是 ______ ;小孔成像的形狀與小孔的形狀 ______.

(2)為探究影響成像大小的因素，小明設計好實驗，記錄的數據如表1、表2所示，實驗中物長均為L=6cm.根據表1中的數據，請你分析小明是研究像長l與______的關系，應得出的結論是______.

(3)綜合表1和表2，你能幫他總結出像的放大、縮小與影響它的兩個因素的大小關系嗎？______.

表1 相同物距的實驗數據

本題若作為復習用，可直接引導學生，從研究方法，即控制變量法入手，讓學生分別控制和改變物AB及屏MM′的位置，通過作圖、對比得到結論.

控制變量法是研究物理問題的基本思想方法.無論是設計思路還是分析數據，歸納出結論，在每一份中考卷上都有體現.

上述例題，均為原創或改編的.雖是以題目的形式出現，但都是筆者在建構知識和運用知識解決實際問題的過程中，引導學生進行科學探究活動的案例.教師要讓學生做實驗，在實驗中體現智慧與創新，享受成功的快樂.