淺談高中物理教學中學生探究能力培養

摘 要：無論是發達國家還是發展中國家的教育工作者，都充分地預見到了提高科學素質對于現代人的重要性，并積極尋求教育解決的辦法。科學素質的涵義集中體現為三個方面：科學觀，科學知識和能力，科學行為習慣。從教育的角度來看，科學素質培養的首要任務是科學知識和能力的培養，而科學能力又集中體現在科學探索和研究能力上。本文闡述在高中物理教學中如何培養學生探索能力。

關鍵詞：物理；教學；探究能力

十八大報告中提出：“全面實施素質教育，深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生創新精神。”目前我國正在開展新一輪課程改革，強調了對學生科學素養的培養和創新能力的提高，新課改積極倡導探究教學。《普通高中物理課程標準》中提出運用探究的方法來研究物理學中的問題，正是當今高中物理教學改革中必須倡導的學習方式。

在高中物理教學中培養學生科學探究能力，可以通過很多途徑，下面是筆者近幾年的教學實踐，提出來與同行們交流。

一、在平時物理教學中滲透

所謂“在平時物理教學中滲透”的教學方式，即教師將科學探究的方法，自覺的融合到教學之中去。教師應當在平時的教學中，將探究的思想貫穿于整個教學計劃之中。在教學內容限定的情形下，應深刻挖掘各種對于探究有用的因素。

1.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發現問題、提出問題。培養學生的問題意識和發現問題的能力，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：在講授超重、失重時，教學中可不用彈簧拉鉤碼，而是用細線拉重錘，當重錘處于靜止狀態時，細線可以提供足夠的拉力來平衡重力。當教師用細線拉著重錘突然向上加速運動時，細線突然斷開，鐵錘便會重重地落地，學生們看后都心里一驚，達到了引發學生思考、激發學生探究欲望的目的，學生經過探究、互動討論，既了解了超重現象，又學會了應用牛頓第二定律解釋超重現象。

2.講授物理概念、規律的建立過程，培養學生推理和判斷的能力

在講授課上，教師可以針對某一概念、規律的建立過程展開講述，讓學生體會到探究活動中，人們的思維是如何圍繞著新發現的科學事實進行推理和判斷。

例如：從亞里士多德當初對力的認識“力是維持物體運動的原因”，到伽利略理想斜面實驗推翻了亞里士多德統治物理學近二千年的權威，形成了“力是改變物體狀態的原因”的正確認識，到牛頓通過實踐和理論的完善，總結出牛頓第一定律。讓學生重新經歷科學研究的過程，經受科學家不受權威限制的創新精神的震撼，又學習了科學探究的方法，讓學生體會到創新其實并不遙遠。

3.強化邏輯思維推理能力和分析解決問題的能力

能力的培養教學中要注意通過歸納、演繹和類比掌握邏輯推理方法，要使學生掌握應用數學為語言和推理論證的工具，提高學生的邏輯思維能力。教師要有意識地設置一些思維訓練的問題，有目的地培養學生應用物理模型分析和解決實際問題的能力。

在科學方法教育實施過程中，教師不但要對教材進行深入鉆研，挖掘教材中的科學方法，而且還要不斷總結積累有關科學方法，并將其滲透于教學過程之中，使學生逐步掌握這些方法，進而運用這些方法大膽地去解決實際問題，提高創新能力。

如在“牛頓第一定律”這一節中，伽利略所用的理想實驗方法是一種非常重要的方法。愛因斯坦對這一方法的評價是：“伽利略的發現以及他所應用的科學推理方法標志著物理學的真正開端，伽利略最大的貢獻并不僅僅是推翻了亞里士多德的觀點，而是他為物理學的發展指明了方向。”教師在教學過程中應對諸如此類的方法介紹一下其歷史背景和發現過程，剖析一下科學家們的思維方式等，使學生真正了解其精髓。掌握這些方法，同時感受這些方法的美妙之處以及科學家們對科學事業的創新精神和情感態度，可加深學生的印象，并對其以后進一步學習和研究其他實際問題有一定啟迪作用。再如控制變量法是物理學中常用的一種方法，這種方法的特點是：當一個物理量與幾個物理量有關系時，我們先研究這個物理量與某一個物理量的關系而把其他的物理量控制住。在教學中學生理解這個特點不難，而關鍵是讓學生運用它解決實際問題。

4.利用習題培養學生科學探究能力

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、進行實驗與收集證據、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。新教材中有許多探索題，其解題過程能較好體現科學探究的7個要素。教師在教學過程中多滲透一些這方面的探索題，對培養學生的科學探究能力大有好處。

例如：圖1中是高速攝影機攝的子彈射過撲克牌的照片，子彈的平均速度是900m/s，請你估算子彈穿過撲克牌的時間？

對于這道題目，學生會認為子彈的位移為撲克牌的寬度，此時，教師可提示學生：子彈穿過撲克牌的位移是否是撲克牌的寬度？對于一些愛鉆研、愛探究的學生可能會提出這樣的問題：子彈穿過撲克牌的時間，應該是從子彈頭進入撲克牌到子彈尾穿出撲克牌的時間，那么，對應的位移就應當是子彈的長度和撲克牌的寬度之和。此時，教師應不失時機和學生一塊制定計劃與設計實驗：子彈的大小是不便直接測量的，只好根據圖上的“比例尺”測量，找來一張撲克牌測得實際寬度為5.7cm，量得圖1中撲克牌寬度為2.7cm，算出“比例尺”為 ，再量得圖1中子彈長度為1.2cm，這樣，子彈的實際長度估測為1.2×■ cm=2.5cm。因此可以估算出子彈穿過撲克牌的時間t=■=■s=9×10-5s，這種解法，從提出問題到得出結果，幾乎要經歷科學探究的7個要素。不僅解決了題目要求的時間，更重要的在于使學生體驗了科學探究的過程和方法，培養了分析思考、科學探究的能力。

二、在實驗教學中培養學生探究能力

物理實驗課教學是進行科學探究能力培養的重要途徑。物理學是一門建立在實驗基礎上的科學，而且和其他學科相比，物理學也是最為成熟的一門學科。在它所覆蓋的各個領域中，都有許多非常典型的物理實驗，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到最后的結果分析，其實驗過程本身就是科學探究過程，因此物理實驗是培養學生科學探究能力的重要途徑。以傳統的教學論觀點，按照實驗目的的不同，習慣于將中學物理實驗分為這樣基本四類實驗，即驗證性實驗、探究性實驗、測定性實驗和操作性實驗，如高中物理實驗“驗證牛頓第二定律”就是驗證性實驗，而將“探究影響電阻的因素”定義為探究性實驗。那么是不是只有探究性實驗才能培養學生的探究能力，而驗證性實驗就不能呢？并非如此。在驗證某一定律時，人們往往可以設想各種解決方案，而不一定局限于當初該定律發現時的唯一方法，那么驗證逐個解決設想的過程，本身也是一種探究嘗試，對于培養學生探究能力同樣也是很有作用的，只要我們善于適度的挖掘。而實際上，在任一物理實驗的步驟中，都可以包含探究的因素，只要我們的物理實驗教學不過多地包辦代替。

物理實驗分課堂演示實驗、實驗室學生實驗和課外實驗三種，它們所處的教學環境和功能不盡相同，但都能在培養學生探究能力上起到各自的作用。教師不要局限于教科書上所例舉的實驗，應該積極開發演示實驗和學生實驗。《課程標準》要求“教師應安排足夠的學生實驗和演示實驗；應最大限度地利用實驗室現有的器材，力求利用多年閑置的器材開發新的實驗；充分地開發和利用實驗室的豐富課程資源。”在開發設計實驗時，盡量以探究的方式進行，可提高學生的參與度，利用學生的好奇心培養學生學習的積極性。

在我們的實驗教學實踐中，為了培養學生科學探究能力，盡可能按《物理課程標準》中“科學探究要素”和“對科學探究及物理實驗能力的基本要求”進行實驗設計。下面是在摩擦力一節的教學中設計的一個實驗。

在滑動摩擦力的教學中，對摩擦力的方向和大小教材上只有簡短的文字說明，學生對“滑動摩擦力的方向與相對運動方向相反”難于理解。對于滑動摩擦力的大小跟壓力成正比，從定性來看學生不難接受，但對定量的正比關系直接得出也難讓學生信服。教學中我采用如下實驗來研究摩擦力（實驗原型選自林輝慶《新課程高中互動教學設計》）。

實驗裝置如圖2所示，將一木塊放在水平的傳送帶上，用一根繩子通過定滑輪把木塊和彈簧秤相連。

（1） 探究滑動摩擦力的方向

① 提出問題：當皮帶沿順時針方向轉動時，木塊是否受到摩擦力作用？如有，所受的摩擦方向向哪？

② 猜想與假設：學生通過討論提出各種不同的想法，請學生說出他們的猜想和理由。

③ 進行實驗與收集證據：轉動皮帶，學生觀察得出摩擦力方向向右。

④ 分析與論證：理論分析，因木塊處于靜止狀態合力為零，所以摩擦力與向左的彈簧拉力平衡，故摩擦力方向向右。

⑤ 得出結論：通過分析引導學生得滑動摩擦力方向與相對運動方向相反。

（此處還可進一步讓學生探究如下問題：滑動摩擦力一定是阻力嗎？受滑動摩擦力的物體一定是運動的嗎？受靜摩擦力的物體一定是靜止的嗎？）

（2）探究滑動摩擦力的大小

上面的實驗，學生已知道滑動摩擦力大小可由彈簧秤讀出，下面探究滑動摩擦力的大小。

① 提出問題：滑動摩擦力的大小與哪些因素有關呢？

② 猜想與假設：學生通討論提出各種猜想和假設。學生不難得出摩擦力與壓力有關，與接觸面的粗糙程度有關。但很多學生也會得出摩擦力與相對運動的速度有關或與接觸面積有關等。

③ 制定計劃與設計實驗：對學生提出的猜想不置可否，提議學生通過實驗來檢驗自己的猜想，并能進一步得出定量的關系。教師對學生提出的實驗方法進行總結，進行實驗驗證和記錄數據。

④ 進行實驗與收集證據：教師事先測量出木塊的重量，然后在木塊上加砝碼改變壓力測出不同壓力下的滑動摩擦力，將記錄數據填入由學生設計的表格中。

保持木塊不變，改變皮帶的速度，要學生觀察滑動摩擦力的大小變化；將木塊不同的面放在皮帶上（接觸面積不同）觀察滑動摩擦力的變化情況。

⑤ 分析與論證：要求學生對表1中記錄的數據進行分析，學生不難找出滑動摩擦力與壓力的關系（學生采用的方法有比值法、作圖法等）。

⑥ 得出結論：在以上實驗基礎上，由學生總結出滑動摩擦力與壓力成正比；從實驗可得出滑動摩擦力與相對運動的速度和物體的接觸面積無關。

（說明：本實驗可采用力傳感器測量數據通過計算機做圖一次完成。）

通過實驗由學生積極參與來探究摩擦力，能使學生正確建立摩擦力的概念，糾正一些錯誤的認識，同時實驗體現了科學探究的過程，讓學生在觀察、思考中、在矛盾沖突中加深對知識的理解并真正體驗科學研究過程，感悟探究的方法，提高科學探究的能力。

對于演示實驗，教師應該努力創造條件，增加學生主動參與實驗的機會，對于一些演示實驗，教師通過精心設計將其轉化為探索性實驗。比如：“楞次定律”是電磁學一個重要定律，教師普遍感到難教，學生感到難學，盡管老師在課堂演示，但學生由于被動接受使感性認識不深刻，造成對定律理解不透，時常出錯。如果在課堂上讓學生親自動手探索其中奧妙，既能達到即提高教學質量，又能培養學生思維能力。

古人云：“授之以魚，只供一飯之需，授之以漁則終身受益無窮。”培養學生的科學探究能力，使學生能掌握學習知識的技能和方法，是當代物理教學的重要環節，是素質教育的發展要求。因此，在新課標下，要想方設法培養學生的探究能力，提高學生的綜合素質，這是每個物理教師義不容辭的責任和義務。

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