科學(xué)探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：物課課堂教學(xué)中，“科學(xué)探究能力”的培養(yǎng)作為物理課程的重要目標(biāo)，已經(jīng)深入到物理教師的教學(xué)過程中，但就課堂教學(xué)現(xiàn)狀來看，科學(xué)探究能力培養(yǎng)方法不多，手段不力，效果不明已成為課程改革的“瓶頸”，也是當(dāng)前課程改革最難的新探索，本文從6個(gè)方面談了科學(xué)探究能力培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；探究能力；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-6148（2013）4（S）-0076-3

物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出“物理課程不僅應(yīng)該注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練。也應(yīng)重視對學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)精神的培養(yǎng)”。本文從六個(gè)方面——問題激趣中、大膽置疑中、科學(xué)猜想中、討論答辯中、親身體驗(yàn)中、獨(dú)立學(xué)習(xí)中談了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的思考和教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 問題激趣中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 探究是從問題、未知開始的，提出必須思考才能解決的問題。提出學(xué)生模糊認(rèn)識(shí)的問題，提出學(xué)生想急于了解的問題，他們的思維才會(huì)活躍起來，才能促進(jìn)學(xué)生的積極思維，從而培養(yǎng)學(xué)生探究的意識(shí)，創(chuàng)造性地思考問題。設(shè)疑激趣。巧設(shè)問題情景，吸引學(xué)生探究要做到以下三步：教師首先要提出帶有探索性的問題，學(xué)生帶著問題觀察或?qū)嶒?yàn)：根據(jù)觀察或?qū)嶒?yàn)結(jié)果。或據(jù)已知理論進(jìn)行推理。提出產(chǎn)生有關(guān)現(xiàn)象的原因、概念和數(shù)量間的關(guān)系，進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)和思考解決問題；學(xué)生在教師指導(dǎo)下。把已有的知識(shí)與研究的問題結(jié)合起來，進(jìn)行分析、抽象、概括，通過學(xué)生的探討，教師的啟發(fā)，得出科學(xué)的結(jié)論。

設(shè)計(jì) 演示微小形變。教師可以拿一個(gè)空橢圓瓶，用力時(shí)肉眼看不到形變。教師提出問題：形變是有的，怎么觀看？這個(gè)有趣的問題，馬上吸引了全班同學(xué)的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的緊張思維。此時(shí)，全班可進(jìn)行討論，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力。讓學(xué)生提出各種各樣的方法，鼓勵(lì)學(xué)生標(biāo)新立異。然后，教師再用一個(gè)瓶口裝有細(xì)管同樣大小的墨水瓶，從細(xì)管中液面的變化，觀察到了微小的形變。從而使學(xué)生恍然大悟，贊嘆方法巧妙。其中的興趣盎然，印象深刻不言而喻。給學(xué)生帶來很多啟迪。

電流為什么流得那么快？學(xué)生初學(xué)電學(xué)時(shí)總提出這樣一個(gè)問題。問題的產(chǎn)生在于他們開始學(xué)習(xí)時(shí)不可能區(qū)別自由電子在導(dǎo)線里作平均速度不同于電流的傳播，因而把電流的傳播速度誤想為自由電子從導(dǎo)線的一端“跑到”了另一端。設(shè)計(jì)一疑問：“電流為什么流得那么快”？為了讓學(xué)生進(jìn)一步理解這一過程，形象比喻為：一隊(duì)列戰(zhàn)士。司令員一聲令下：“齊步走！”。全隊(duì)列戰(zhàn)士幾乎同時(shí)走動(dòng)。每人動(dòng)作雖小，但司令員的“命令”卻由全隊(duì)列的運(yùn)動(dòng)而完成。并不需要一個(gè)戰(zhàn)士由隊(duì)尾跑到隊(duì)首。當(dāng)我們掀壓電鈴按鈕時(shí)，電路中全部自由電子猶如聽命令的戰(zhàn)士，幾乎同時(shí)向著同一方向運(yùn)動(dòng)。正是這瞬間，電流的“信息”已經(jīng)在整個(gè)電路里傳遞。以后，我們可以告訴學(xué)生，電流的傳播速度即是電場的傳播速度，它等于光速。這樣的比喻，解除了學(xué)生的誤解，使學(xué)生很快地理解了這一物理現(xiàn)象的微觀機(jī)制，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的探究意識(shí)。

2 大膽置疑中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 學(xué)起于思。思源于疑，疑則誘發(fā)探索，探索則培養(yǎng)創(chuàng)新。大膽質(zhì)疑，勇于解疑，有所創(chuàng)新是學(xué)生的一種寶貴品質(zhì)。學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)，疑則覺悟之機(jī)也，一番覺悟，一番長進(jìn)。疑問是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中知與不知，是與非矛盾的表現(xiàn)。善于教者，不但要善于答疑，還要善于激疑。更要啟發(fā)學(xué)生大膽置疑。激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

設(shè)計(jì) 用科學(xué)家的事例鼓勵(lì)學(xué)生對已有的一些定論置疑。哥白尼對中古時(shí)期思想家們所崇尚的“地心說”的置疑，導(dǎo)致了“日心地動(dòng)說”理論的提出；伽利略對亞里士多德“自然運(yùn)動(dòng)”的置疑，導(dǎo)致了“落體定律”的發(fā)現(xiàn)：愛因斯坦對牛頓“絕對時(shí)空觀”的置疑，導(dǎo)致了“相對論”的建立和一個(gè)科學(xué)新紀(jì)元的誕生。在教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生對教師的教學(xué)置疑：鼓勵(lì)學(xué)生向教材置疑。對教材中的某些說法置疑：有時(shí)故意引用錯(cuò)誤的概念或用錯(cuò)誤的方式去解題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真分析。探索更準(zhǔn)確的說法和更優(yōu)的解法：教學(xué)中注意講清科學(xué)家探索真理、發(fā)現(xiàn)真理的思路，置疑是物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)動(dòng)力。

學(xué)生學(xué)過“摩擦力”后。對于什么是靜摩擦力。什么是滑動(dòng)摩擦力以及怎樣計(jì)算。有了一定的認(rèn)識(shí)。但是，教學(xué)實(shí)踐證明：不少學(xué)生對摩擦力的理解往往是片面。不深刻的。有的甚至是錯(cuò)誤的。可讓學(xué)生大膽提出如下的疑問：摩擦力總是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的？摩擦力的方向總是和物體的運(yùn)動(dòng)方向相反？摩擦力的大小總是與物體的重量成正比？置疑，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)來說，也是一種高層次的動(dòng)力，是探究意識(shí)的具體體現(xiàn)。

3 科學(xué)猜想中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 科學(xué)猜想就是根據(jù)已有的材料、事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)。抓住事物的某種重要特征，進(jìn)行解決問題的推測。作為科學(xué)的猜想必須以大量的感性和理性認(rèn)知為基礎(chǔ)，不是隨意的假設(shè)。伽利略研究“自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)”。提出假設(shè)：“自由落體是一種最簡單的變速運(yùn)動(dòng)”，并設(shè)想“最簡單的變速運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的”。帶著這樣的猜想進(jìn)行了大量的研究，實(shí)際上也就是在猜想中營造探究情境。

設(shè)計(jì) 奧斯特實(shí)驗(yàn)，是電磁學(xué)部分一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。就這一個(gè)平淡的實(shí)驗(yàn)，開辟了電磁學(xué)研究的新領(lǐng)域。教師在演示前可以介紹一下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的經(jīng)過：1820年4月。奧斯特在一次講座中。將鉑絲接通電流時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)靠近鉑絲的小磁針動(dòng)了，這一不明顯的現(xiàn)象，沒有引起聽眾的注意，而他非常興奮。激發(fā)了他的創(chuàng)新動(dòng)機(jī)，抓住這一現(xiàn)象不放，連續(xù)進(jìn)行了幾個(gè)月研究，進(jìn)行了各種猜想，終于獲得成功。學(xué)生聽簡單介紹后觀察實(shí)驗(yàn)將會(huì)更加認(rèn)真、聚精會(huì)神，也會(huì)更有目的、有意識(shí)地去觀察。

“電磁感應(yīng)”一節(jié)的教學(xué)中，教師提出問題：電流可以產(chǎn)生磁場。磁場能否產(chǎn)生電流？讓學(xué)生帶著問題和猜想在教師所創(chuàng)設(shè)的環(huán)境中進(jìn)行探索和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)一：將一連有電流計(jì)的多匝線圈，從一個(gè)固定的磁場兩極間拉出，觀察現(xiàn)象——電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。然后設(shè)問，還有其它方法可使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)？讓學(xué)生展開豐富的想象。得出答案：讓線圈固定不動(dòng)。而移動(dòng)磁鐵，得到同樣的結(jié)果。此時(shí)學(xué)生會(huì)得出這樣的結(jié)論：只要閉合線圈和磁場有相對運(yùn)動(dòng)，在線圈中必然會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的結(jié)論。這時(shí)教師不要忙于否定學(xué)生答案，再創(chuàng)設(shè)另一情景：類似原實(shí)驗(yàn)裝置，加大磁場寬度。同樣使線圈運(yùn)動(dòng)。但不出磁場。觀察現(xiàn)象——電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，學(xué)生一下子明白上述結(jié)果不確切，然而學(xué)生的探索工作初見成效，那么閉合線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么呢？這樣不斷探索會(huì)得出完整而正確的結(jié)論。巧設(shè)問題情景，讓學(xué)生在猜想中進(jìn)行探索并思考，營造探究的情境，有利于發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力、探索能力和創(chuàng)造能力。

4 討論答辯中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 經(jīng)常組織學(xué)生就某些方面或容易混淆的問題進(jìn)行討論，爭辯，勢必引起學(xué)生多思、多想。群體中的個(gè)性易受他人見解的刺激和啟發(fā)。產(chǎn)生群體感應(yīng)和共生效應(yīng)，從而誘發(fā)發(fā)散思維、拓展思維的疆域。調(diào)動(dòng)積極因素，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。營造活躍的課堂氛圍，引導(dǎo)學(xué)生豐富的想象力，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，并使之在課堂上得到鞏固和發(fā)展，求知之火越燒越旺。

設(shè)計(jì) 進(jìn)行牛頓第二定律教學(xué)做好演示實(shí)驗(yàn)是關(guān)鍵，展開了如下的討論：

問題：有一輛小車，原來靜止，分別用大一些的力和小一些的力拉它。問小車的運(yùn)動(dòng)狀況會(huì)有什么不同？

學(xué)生：用力大，小車得到的速度亦大（對此結(jié)論暫不評論）。

問題：用力大，若作用時(shí)間很短；用力小，若作用時(shí)間很長，則情況怎樣？

學(xué)生：只要時(shí)間足夠長。用力小的照樣可以使小車得到大的速度。

問題：若一次是從靜止（或較小的速度）開始運(yùn)動(dòng)，另一次是從足夠大的初速度開始運(yùn)動(dòng)，則情況怎樣？

通過討論，可以看出，力對小車的作用效果，不能一味地只從力作用后物體所具有的速度來估量。而應(yīng)全面考慮小車的初速度、末速度以及力的作用時(shí)間。

然后教師進(jìn)一步指出。經(jīng)驗(yàn)上認(rèn)為作用力大，物體就運(yùn)動(dòng)得快，把F和v直接聯(lián)系起來，這是一種錯(cuò)覺。至于F和a的關(guān)系，應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行研究。

由于以上的討論提示了矛盾，提出了問題，喚起了學(xué)生的注意力和解答要求，在整個(gè)教學(xué)過程中讓學(xué)生作為“探索者”發(fā)現(xiàn)了知識(shí)，發(fā)展了學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力。培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，優(yōu)化了學(xué)生的創(chuàng)新品格。

5 親身體驗(yàn)中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 “力的分解”概念教學(xué)中，由于同學(xué)們初次接觸到力的分解問題，對合力與它的分力的等效代替關(guān)系。還沒有全面理解，學(xué)習(xí)力的分解的概念時(shí)同學(xué)們感到比較困難。因此，開始不要急于進(jìn)行具體的數(shù)學(xué)運(yùn)算，教學(xué)前，可先布置如下的三個(gè)親身體驗(yàn)的簡易實(shí)驗(yàn)，有利于難點(diǎn)的突破。培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

設(shè)計(jì) “力的分解”親身體驗(yàn)

方法一：二位同學(xué)配合，如圖1a所示，一人手撐腰，形成圖示形狀。另一人在膀的拐彎處用一豎直向下的力，感受向下的力所產(chǎn)生的“效果”。然后再相互調(diào)換。

方法二：準(zhǔn)備器材——長為60cm的輕木桿（或竹桿）。大約為1千克的重物，細(xì)線一根。讓木桿頂住腹部，形成如圖1b所示的形狀，感受由于重物作用所產(chǎn)生的“效果”。

方法三：準(zhǔn)備器材——質(zhì)量M=50克的砝碼，一頭削尖DIgSG/iF2olnT3onHAhAUrShy2vzkfF3z2s9Hge995Q=的鉛筆（或園珠筆），細(xì)線一根。讓尖的一端頂住掌心。另一端掛砝碼并系到中拇指上，形式如圖1c的形狀，感受“效果”。

6 獨(dú)立學(xué)習(xí)中培養(yǎng)科學(xué)探究能力

思考 所謂獨(dú)立學(xué)習(xí)。是指學(xué)生能掌握一定的認(rèn)知策略，善于學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動(dòng)中不斷激發(fā)獨(dú)立自主意識(shí)、發(fā)揮主體能動(dòng)性與創(chuàng)造性的一種學(xué)習(xí)過程或?qū)W習(xí)方式。愛因斯坦說：“發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位”。學(xué)習(xí)是一個(gè)求知的過程，在這一過程中，學(xué)生總會(huì)遇到各種各樣的困難，作為教師，是直接將學(xué)習(xí)的答案交給學(xué)生。還是引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地去探索？有人曾對學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)作過一個(gè)形象的比喻：兩個(gè)孩子吃核桃，一個(gè)孩子用自己的工具，想方設(shè)法（實(shí)際上就是創(chuàng)新的過程）敲開核桃殼，取得核桃仁來吃：另一個(gè)孩子則吃現(xiàn)成的核桃仁。同樣吃核桃，前者往往比后者對核桃有更深刻的認(rèn)識(shí)，覺得核桃的味道格外好。教學(xué)中，一定要時(shí)時(shí)刻刻注意引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地學(xué)習(xí)，時(shí)時(shí)注意引導(dǎo)學(xué)生用自己的手去打破“核桃殼”，取出“核桃仁”，讓學(xué)生品嘗到自己勞動(dòng)的果實(shí)。

設(shè)計(jì) 在家庭電路中，用一塊磁鐵去靠近不亮的燈泡，燈絲不變化。用磁鐵去靠近亮著的燈泡會(huì)觀察到燈絲變粗。學(xué)生觀察現(xiàn)象很容易就能提出問題：燈絲為什么會(huì)變粗。如果學(xué)生對這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行對比分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，引起燈絲變化的原因有兩個(gè)：一是燈泡通電，二是在磁場中，由此學(xué)生可能就會(huì)想到，這個(gè)現(xiàn)象與電流的磁效應(yīng)有關(guān)，進(jìn)一步想到，燈絲不是真的變粗，而是電流的方向改變了。由此學(xué)生可能就會(huì)提出問題：通電導(dǎo)體在磁場中所受力的方向是否與電流的方向有關(guān)？這個(gè)問題更有價(jià)值。

大自然、日常生活和生產(chǎn)技術(shù)是學(xué)習(xí)物理的廣闊課堂，有意識(shí)地組織、引導(dǎo)學(xué)生觀察、參與各種社會(huì)活動(dòng)。有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力和科學(xué)探究能力。例如：游樂園中的“翻滾列車”，雨后的彩虹。五彩晶瑩的薄膜等等。指導(dǎo)學(xué)生做課外小實(shí)驗(yàn)。如：用各種不同的方法測重力加速度，用各種不同的方法測聲速，用各種不同的方法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。讓學(xué)生自制一些簡單儀器：彈簧秤、桿秤、小電動(dòng)機(jī)，簡易萬用表等，讓學(xué)生在制作過程中有所創(chuàng)新、有所突破。開展一些科技活動(dòng)。成立科技活動(dòng)小組，如：微機(jī)小組、無線電小組、航模小組等。課外活動(dòng)以其小型、靈活、生動(dòng)、多樣的特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。有利于因材施教。發(fā)展學(xué)生個(gè)性，開發(fā)學(xué)生智力，培養(yǎng)探究意識(shí)。

總之，學(xué)生的科學(xué)探究能力的發(fā)展不是“自然而然”就能完成的，它需要教師精心設(shè)計(jì)和培養(yǎng)。在物理課堂教學(xué)中，教師要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。為同學(xué)們創(chuàng)設(shè)良好的探究氛圍，消除學(xué)生對于科學(xué)探究的神秘感，促使學(xué)生進(jìn)行切實(shí)有效的探究。為學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)打好基礎(chǔ)。

（欄目編輯 鄧?yán)冢?/p>