用物理學家的故事來激勵中學生科學探究學習

黃天平　馬巧麗

摘要：廣安代市中學針對本校物理教師為了應付考試，在教學中疏于對學生探究精神、創新意識以及實踐能力培養等問題，采取教師與學生共同參與的形式編著了《物理學家之科學探究》，并在其日常教學中有效地使用，取得了一定的成效，通過對這一事實的闡述，希望能給更多的人一些參考與借鑒，使更多的人受益。

關鍵詞：物理學家；教學方式；探究性學習

中圖分類號：G632 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0139-03

一、研究背景

物理學是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學，它要求“通過科學探究，使學生經歷基本的科學探究過程，學習科學探究方法，發展初步的科學探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學態度”。可是，在中學物理課程教學中，我們發現，許多物理教師為了應付考試，囿于課本教學，過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練，過分強調書本知識傳承，疏于讓學生經歷科學探究過程，從中學習科學研究方法，忽視了學生探索精神、創新意識以及實踐能力的培養。

為了有效實施《全日制義務教育物理課程標準》、《高中物理課程標準》，改變我校（廣安代市中學）物理教師為了應付考試，囿于課本教學等問題，提倡多樣化的教學方式，以常規課堂教學為契機，結合物理學科本身的特點，引入探究性學習的觀念、方法，在常規課程教學中，真正使學生建立用科學的思維方式主動探究、發現和創新，提高教學實效性，從2010年9月以來，我們開始了“用物理學家故事激勵中學生探究學習的實踐研究”。

二、校本教材的編寫與使用

（一）概念的界定

1.物理學家故事。物理學家故事是學生在教師指導下，通過圖書查閱、網絡媒體等獲得的教材中涉及的“以探索物質的組成和物質世界的運行規律為目的的科學家——物理學家”的生平簡介和科學成就等。

2.科學探究性學習?？茖W探究性學習是指學生在教師的指導下，在學科領域或現實生活的情境中，通過主動地發現問題、體驗感悟、實踐操作、表達交流等探究性活動，獲得知識和技能的學習方式和學習過程。

（二）校本教材的編寫與使用

1.搜集編寫《物理學家之科學探究》校本教材。由老師指導學生收集初高中物理教材中涉及的科學家生平、科學發現的過程、主要科學成就。期間組織學生交流資料信息及收集資料的過程、方法，談心得體會，然后再指導學生深化研究，繼續完善了資料，進一步探索物理學家的科學發現途徑與方法，并由學生撰寫小論文交流。學生把搜集的資料和心得體會交給老師，由老師統一整理編輯成為校本教材《物理學家之科學探究》。

2.指導學生使用《物理學家之科學探究》校本教材。在教學中，指導學生學習《物理學家之科學探究》，培養學生向科學家學習，學習科學家的科學探究精神和獻身精神，以及敢于批判質疑的求真務實精神和科學創新精神。

例如：（1）講萬有引力時可以指導學生查看校本教材中關于牛頓發現引力定律的過程：在17世紀后半葉意大利物理學家阿爾方斯·博雷利（Alphonse Borelli）、英國物理學家羅伯特·胡克（Robert Hooke）、天文學家愛德蒙·哈雷（Edmund Halley）和數學家克里斯托費·雷恩（Christopher Wren）及牛頓本人差不多是同時在從事引力理論的研究。1666年，博雷利在察行星運動和木星的衛星運動時得出結論說：“毫無疑問，天體間必存在著一種使之相互接近的自然傾向力。而旋轉運動在物體中又引起了一種使物體脫離旋轉中心的傾向力。如果這兩個傾向力，一個企圖離開太陽，另一個則力圖接近太陽，而它們又彼此相等，則該行星只能在離太陽一定距離的地方運動。假設在某一瞬時，行星離太陽的距離以及它的運動速度，是在離心力小于向太陽的傾向力時，則該行星便從大半徑的圓轉到小半徑的圓上，并開始接近太陽，直到兩力彼此平衡的位置。”

1666年，胡克曾在皇家學會做了一個實驗報告企圖找出物體重力與物體距地球表面高度間的關系。胡克認為重力與磁力、電力相同，必隨離地球中心的距離增大而減少，后來，他又指出行星運動的軌道曲線必是某種恒力所引起的，行星對太陽的傾向力可從旋轉中心具有某種吸引性質來解釋。經過長期研究，胡克在1679年認為：“一切天體都具有傾向其中心的吸引力，它不僅吸引其本身各部分，并且還吸引其作用范圍內的其他天體。”他還認為：“受到吸引力作用的物體越靠近吸引中心，其吸引力也越大。”1680年1月6日，胡克在給牛頓的一封信中寫道：“假設吸引力是與兩中心間的距離平方成反比的。”實際上，自從荷蘭物理學家惠更斯（Christian Huygens）1673年發表了離心定律后，胡克、哈雷和雷恩等人都于1679年推出了平方反比定律。他們指出：如果行星繞太陽運行于圓形軌道上，而其運轉周期的平方與其到太陽的平均距離的立方成正比，則可證明，作用于各行星的引力必與此距離的平方成反比，但他們都未能證明，行星的橢圓軌道是平方反比定律的結果。

在開普勒“三大定律”、胡克等“引力問題探索”、惠更斯“離心定律”、皮卡兒“地球半徑”、牛頓“微積分”后，牛頓于1684年8月完成了“平方反比定律”的證明。萬有引力定律建立后獲得了極大的成功，解決了當時地球形狀的爭論；根據萬有引力定律，法國數學家克雷羅計算出了木星和衛星對哈雷彗星的攝動作用、并預言了哈雷彗星經過近日點的時刻（1759年）；1846年法國天文學家萊維利葉和英國天文學家亞當斯利用萬有引力定律用計算的方法發現了海王星；1930年3月14日用同樣的方法發現了冥王星；20世紀以來對幾百萬光年宇宙結構的研究都證明了萬有引力定律的正確性。

通過學習讓學生了解牛頓發現萬有引力定律并非簡單地從蘋果落地而得，這是他善于繼承前人的成果、奮發好學、勤于思考的結果，他完成這一巨大綜合工程是基于中世紀以來世世代代從事科學研究的前人的累累成果。

例如：（2）講電磁感應時指導學生學習“電磁學之父”法拉第的有關知識：我國早在三、四千年前就有了雷電現象的記載，春秋時期《管子》“地數篇”中出現“慈石”說明，古希臘的泰勒斯（Thales，公元前640～546年）

發現琥珀摩擦起電和磁石吸鐵的現象。然而，直到19世紀人們仍然認為磁和電是完全不同的物質，對它們的觀察還停留在現象階段。1802年安培說“我愿意去證明磁和電相互獨立的兩種不同流體”。庫侖甚至斷言：“磁和電是兩種完全不同的實體，它們不可能相互轉化。”1820年奧斯特發現電流的磁效應揭開了物理學的新篇章，后來安培、菲涅耳、科拉頓等科學家都在試圖尋找磁場產生電流的條件，但他們都失敗了。法拉第也開始了這一探索工作，經過整整十年的不懈探索，經歷了失敗、試驗、再失敗、再試驗，最終于1831年發現了電磁感應現象，法拉第被譽為“電磁學之父”。同時為學生介紹物理學家法拉第在逆境中頑強奮斗的一生等。

三、產生的實際效果

《物理學家之科學探究》校本教材的有效使用，促進了學生的科學探究意識的增強，激發了學生熱愛物理學科興趣，提高了學生參與物理探究活動的熱情，提升了學生科學探究的能力，取得了明顯的效果。

1.增強了學生科學探究興趣。2008～2009年，由黃天平指導的高2009級、高2008級學生參加四川省中小學生科技創新大賽，被學校選送作品4件參加區市展評，有1件作品獲廣安區二等獎，1件作品獲廣安市三等獎。

2.學生的科學探究意識明顯增強。通過讓學生參與校本教材的編寫引領學生通過多途徑了解物理學家對自然規律的發現、分析、總結、應用的過程，掌握進行科學探究的基本技能，包括觀察、實驗、推理方面的技能及收集信息、處理信息、傳遞信息的技能。讓學生體會和經歷探究過程，獲得情感體驗，培養了學生探究科學的興趣和對物理現象的好奇心，激發學生獨立思考、勇于完成、敢于實踐、勇于創新的科學精神，逐步形成科學態度和科學的價值觀。同時，也促進了學生文化成績的提高。如高一學生陳雪峰寫到：“錢學森——中國偉大的數學家，物理學家。當我看到錢學森的豐功偉績，我的全身都熱血沸騰。錢學森在外留學時，學習非?？炭?，可以說是三月不知肉味，可是，我呢，非常貪玩。當我看了錢學森的生平之后，我了解到一個人的成功，不在于他這一時一刻的奮斗，而是一點點的積累，由量轉換為質的這樣一個過程。不論是哪一位成功的人，他的發展過程是緩慢的，而他們的專心、耐心、求知心引導他去探索未知的世界。所以我決定向所有的科學家們學習，擇其善者從之。以此來慢慢完善自己的思想觀念，整體提高自己的思想素質，做他們的追隨者！”

3.學生的物理學科成績不斷提升。從下表可以看出，隨校本教材的有效使用，教學實驗班成績逐漸提高，特別是課改年級（現在的2011級）實驗班成績比學校和全區成績有更大優勢，學校高中物理成績也提高很快，探究性學習正在我校學生中全面開展并取得階段性成果。表1“代市中學原2008級2班、2011級2班、現2011級1班與區市統考成績比較表”

四、總結

在物理課程中，科學探究既是學生的學習目標，又是一種重要的教學方式。作為目標，基礎教育階段的科學探究是一種精心設計的，為培養學生的科學探究能力服務的教學活動?！段锢韺W家之科學探究》校本教材在廣安代市中學的有效使用，取得了一定的成效，希望能夠給在教學中有同樣問題的老師們提供一些參考與借鑒，使更多的人受益。

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