淺談在物理教學中培養學生的科學探究能力

【摘要】新課程標準指出：將科學探究放到了前所未有的高度，目的在于將學生學習的重心從過分強調知識的傳承與積累向培養學生的探究能力轉化，讓學生從被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養學生實事求是的科學素養、科學探究的能力、敢于探索的創新精神。

【關鍵詞】問題情境實驗探究科學研究方法STS教育

【中圖分類號】G632【文獻標識碼】A【文章編號】1674－4810（2012）11－0142－02

在教學過程中要讓學生積極參與、樂于探究，勇于實驗、勤于思考，必須通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力。如何培養學生的科學探究能力呢？本人在教學實踐中探索出了以下幾種方法：

一 創設問題情境，激發探究興趣，培養學生的問題意識和發現問題的能力

探究要從問題開始，問題可以產生于具體的情境，物理探究式課堂教學，教師必須努力創設豐富的物理問題情境，讓學生在物理問題情境中不斷地提出問題、發現問題，培養學生的問題意識和發現問題的能力，這是提高學生探究能力的首要目標，也是培養創新意識和創新能力的關鍵。

例如，在進行“自由落體運動”的教學時，教師首先演示：讓兩個大小一樣的紙片和金屬片從同一高度由靜止釋放，請學生觀察哪個先落到桌面上。觀察的結果是金屬片先落到桌面上。為什么金屬片先落到桌面上？直覺告訴學生：因為金屬片比紙片重。接著教師將紙片揉成很小的紙團后重復演示一次，結果這次是紙團先落到桌面上。劇烈的思維沖突開始了：到底是重的物體下落快還是輕的物體下落快？這個問題情境促使學生提出一系列問題：物體下落的快慢與物體的質量有關嗎？如果沒有空氣阻力結果會怎樣？這時教師再拿出抽成真空的錢羽管讓一個學生上臺親自做實驗，其他學生一定會瞪大眼睛仔細觀察。從而為學生提供了豐富的感性材料，使其充滿趣味性、挑戰性、探索性，有效激起了學生的好奇心和求知欲，教師引導學生通過對實驗的觀察、研究和分析去思考問題、探索問題，從而揭示物理現象的本質。

又如進行“研究產生感應電流的條件”的教學時，教師演示課本（粵教版選修3－2）中的3個實驗后，啟發和鼓勵學生大膽猜想。學生提出：感應電流的有無與磁場強弱有關，與磁場方向有關，與電路是否閉合有關，與閉合電路在磁場中運動的快慢與方向有關，與閉合電路在磁場中的面積大小有關，與閉合電路的部分導體在磁場中運動快慢和方向有關等等。然后學生通過做實驗、讀課本、查資料，與同學和教師討論交流等多種方式去驗證自己的猜想。最后得出結論：只要使穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有感應電流產生。因此，在教學過程中通過創設情境，讓學生主動探究、發現和體驗，學會對大量信息的收集、分析和判斷，學會互相交流、互相合作的科學研究精神，從而增進學生的思考能力和創造能力，培養了學生的創新精神和合作探究能力，進而提高學生的科學探究能力。

二 在教學中注重實驗與探究，使之成為培養科學探究能力的重要途徑

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學。高中物理新課程的各個模塊均安排了一些典型的物理實驗，對其所要解決的問題進行了精彩的驗證或探索。物理實驗從確立實驗目的到設計實驗直至最后的結果分析，其實驗過程實質就是科學探究的過程，因此物理實驗是培養學生科學探究能力的重要途徑。

然而，過去教師在教學過程中，往往是應用經過幾次消化了的材料來講授，或者經過抽象的理論分析加以表述，把已有的知識進行系統歸納，形成簡明扼要的理論體系。這樣的結論當然是必要的，但是這樣的教學方式，往往會造成學生對科學概念的產生和發展誤解，以為什么結論都可用數學方式推導出來，失去了對實驗觀察的興趣。

高中物理新課標給出了科學探究的7個要素：提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與搜集證據、分析與論證、評估、交流與合作。這是高中學生應該在科學探究中達到的要求。例如在探討決定電阻的因素中，為了培養學生科學探究的能力，我們可以以實驗為載體，把影響電阻大小與哪些因素有關的問題盡可能設計成富有探究性、創造性，并具有可操作性的實驗或實踐課題。比如：（1）提出問題：由教師直接提問影響電阻大小與哪些因素有關？（2）猜想與假設：教師引導學生定量地提出假設。（電阻可能與導線長度成正比、與導線長度平方成正比……）（3）制訂計劃與設計實驗：先引導和提示學生運用“伏安法”來設計實驗電路。然后，對猜想的諸多因素，采用“控制變量法”來進行探究。材料、截面積相同，探究電阻與長度的關系。（4）進行實驗與分析論證：讓學生按自己的實驗方案，完成教材中數據的記錄及分析。（5）評估與交流：首先，讓個別學生簡要匯報實驗結果以及概括結論，然后教師對各組實驗結果的差異進行分析，引導學生進行實驗誤差分析。

事實證明，學生通過實驗獲得的學習效果與科學探究能力，比教師做演示實驗或在黑板上講理論的效果要好得多。只有在實驗基礎上建立了正確的、經得起實踐檢驗的理論，才能由表及里，達到對客觀事物的規律性認識。在物理教學中，創造條件加強探究性實驗教學，是培養學生實踐操作和科學探究的能力、發展新知的重要途徑。

三 探究教學法中滲透科學研究方法，培養學生的科學探究能力

能力與方法密切相關，教師要培養學生科學探究能力，就意味著要幫助他們掌握完成某種科學任務的方法。物理學方法是指人們在學習或研究物理問題的過程中發現問題、提出假說、搜集事實、作出解釋論證等所遵循的途徑和使用的手段，實際上是思維的方法和程序。物理學研究方法，主要是以觀察和實驗為基礎，經過科學抽象，運用數學工具，概括總結出實驗規律，然后經過實踐的檢驗，發展為物理理論。

物理學方法是物理學發展的靈魂，是知識學習到能力發展的橋梁。物理學方法是指物理學的具體科學方法，通常有：觀察法、實驗法、理想化方法、類比方法、假設方法和數學方法六種。教師如果能以物理學方法為線索組織教學過程，實施知識教學與物理學方法教育的良好結合，必然使教學過程更符合學生的認知規律，也更有利于培養學生的科學探究能力。

例如，在庫侖定律的教學中，教師不必要求學生預習，直接在上課之初先讓學生進行兩個帶電體之間相互作用力的大小可能與哪些因素有關的猜想。猜想是探索性實驗的前提，學生可能會想到：帶電體的形狀、大小，兩帶電體帶電的多少，兩帶電體間的距離，兩帶電體間的介質等。然后，再讓學生考慮這么多的因素怎么研究，有沒有主次之分，哪些是主要因素，哪些是次要因素，次要因素在什么條件下可以忽略，等等。當還剩下“電荷量”和“距離”兩個因素時，再讓學生考慮兩個因素對作用力的影響，并提出控制變量法。這樣模擬科學家的探索過程使學生體會到學習物理學的方法，達到理想的教學效果。

四 嘗試STS教育，使生活成為培養科學探究能力的良好素材

STS是一門研究科學、技術和社會相互關系的新興學科，它強調科學技術在社會生產、生活中的應用。在教授物理知識的同時，滲透STS教育，在拓寬知識的過程中，有利于學生提高對科學的過程與方法的認識，增強對科學的情感、態度與價值觀的體驗，加深對科學、技術與社會關系的理解。

例如，學習原子能的知識，教師既要讓學生了解核技術可以用作醫療、能源，同時也必須向學生介紹核污染、核放射可以殺傷人類甚至毀滅地球；了解聲學知識時，可以讓學生調查身邊的噪音污染情況，并嘗試提出減小噪音污染的有效措施等。這些都超出了物理學科自身的研究范圍，然而是教師培養學生的科學探究能力的良好素材。