如何在高中物理教學中實施科學探究教育

陳安

【摘 要】讓抽象的物理知識形象化，讓學生深刻又清晰地感悟到物理定理定律的簡潔與美，僅僅依靠講解、死記硬背、機械訓練等很難奏效。課堂教學中科學探究的實施，既調動了學生的學習積極性，又使學生在探究實踐中對定理定律有著更為深入的理解。

【關鍵詞】科學探究；“萬有引力定律”；教學探索

一、科學探究教育的目的和意義分析

物理學科作為基礎學科是自然科學和現代科學技術的基礎，因此物理學科對我們的生活與生產都產生著巨大的影響。在高中階段設置物理課程的目的不僅僅是要求高中學生了解和學會運用相關物理知識與物理原理，更是希望學生在物理知識的學習過程中能夠樹立科學的求知態度和嚴謹創新的探索精神。而科學的求知態度和探索精神并不僅僅是在高中物理課堂的教師講授中獲取的，更應該是在教師引導下的學生自主科學探究的過程中逐漸樹立的。

在高中物理教學過程中加強對學生進行科學探究意識的培養以及科學探究能力的鍛煉，不僅能夠使學生更加深刻地了解高中物理中的相關知識，同時還能夠使學生樹立刻苦鉆研、勇于探索的學科素養和科學精神。由此可見，在高中物理課堂教學中對學生進行科學探究教育不僅符合新課標的發展要求，也符合高中生對知識與真理的渴求，同時更能夠對學生進行物理相關能力和素養的培養。

二、科學探究精神在高中物理課堂的培養

為了在課堂教學中更有針對性地對學生進行科學探究教育，本文以人教版新課標教材必修2“萬有引力定律”的幾個教學片段為例進行闡述，希望與廣大的高中物理教師同行們進行交流。

（一）在教學導入環節對學生進行科學探究精神的培養

設疑激趣式的課堂教學導入方式是高中物理學科課堂教學中比較常用的導入方式之一。它符合高中生的心理發展特點，更易激發學生的求知欲與求成欲及探索精神。因而，要想對學生進行科學探究精神的培養，教師在教學導入環節就應多下功夫，對學生進行恰當而又正確的引導，使學生對本節課所學知識產生強烈的好奇心和迫切地探究欲望。

對于“萬有引力定律”的教學，教師不妨以“蘋果成熟掉落在牛頓頭上”這一耳熟能詳的故事為例進行導入。上課伊始，當教師以視頻動畫的形式將“蘋果與牛頓的故事”展示出來以后，學生自然而然地就會聯想到“地球施加重力”的相關知識。這時候即使教師什么都不說，學生也能通過自己的生活經驗說出與地球相關的重力現象，教師就可以以此為切入點進行引導，僅僅知道地球具有重力現象是遠遠不夠的，還應該知道地球施加重力現象背后的本質原理。從地球施加重力原理再自然過渡到萬有引力原理，使學生感受到不只是地球具有吸引力，太陽與行星之間、地球與月球之間……進而引申到任何兩個有質量的物體之間都存在著通過連心線方向上的相互吸引的力。這種相互吸引的力，大小與兩個物體的質量乘積成正比，與兩個物體之間的距離平方成反比，與兩個物體的所處位置、運動狀態以及中間物質等均無關，也就是說無論兩個物體是以何種形態存在的，是如何運動的，它們之間都是存在著相互吸引的力量，而這也就是牛頓所發現的“萬有引力”（當然，這塊知識的介紹是穿插在后面的“萬有引力定律”的內容教學中進行的）。

通過這樣的激趣引入和自然過渡，學生在教師的引導下一步一步、自然而然地走進本節課的學習內容，也就使得學生在自我意識的指引下開始了對相關知識的探索。

（二）在知識展示環節對學生進行科學探究精神的培養

高中物理知識展示環節作為物理課堂教學的重要環節，也是對學生進行科學探究精神培養的重要環節。在這個環節中，教師要想對學生進行學科探究精神的培養，僅僅通過公式的推導與展示是很難達到教學目標的，同時也是不利于學生對相關知識深入理解。而應探物究理，引導學生對定理定律的來龍去脈、產生的歷史背景、科學家們的艱辛而又曲折的研究過程，定理定律的適用范圍、應用步驟及注意事項等等進行深入地探究。

基于上述種種原因，筆者認為要想使學生真正對萬有引力原理產生深刻認識，教師就應該深入挖掘教材并對教材內容進行改造，或結合學生實際學情進行重新編排，以尋找激發學生探究欲望的素材。不僅要用好教材中“月-地檢驗”教學環節的內容，籍此培養學生邏輯推理與類比遷移的能力；還要通過科學實驗與生活常識入手，給予學生更加直觀的感受。當然在本節內容教學中，教師任意例舉兩個毫無關聯的物體來闡述“萬有引力”顯然是行不通的，但這似乎也為教師引導學生進行科學探究提供了靈感，既然是“萬有引力”，那就是說任何兩個物體之間都是存在著相互吸引的力的作用的。受到教材中本節內容后附設的“問題與練習”中第一小題的啟發，教師不妨以此作為思考題，引導學生思考與討論：為什么兩個同學站得靠近的時候，他們無法感受到彼此間吸引力的相互作用呢（如吸在一起）？同時要求學生將這一現象與星球之間相互吸引的現象、尤其是學生熟知的地球與物體之間的相互吸引力進行對比與反思，自己去尋找問題的答案。當學生們討論不出結果或意見不能統一的時候，此時，教師不妨結合上節課的所學及剛才的“月-地檢驗”推導過程將“萬有引力定律”的內容及公式水到渠成地展示給學生，并介紹公式中各個物理量的意義及定律的適用范圍與應用條件等。特別是萬有引力常量G，教師可借助物理學史素材，簡要介紹牛頓發現萬有引力定律的100多年以后，英國物理學家卡文迪許是如何通過轉換思想設計出了扭秤裝置，比較準確地測定出了引力常量G的數值的，使得兩個物體之間的引力大小數值計算成為可能。當然，限于學生的已有知識儲備（如力矩知識不作要求等），這塊內容只作通識性介紹，不可深究。然后再要求學生對兩個靠得比較近的同學之間的萬有引力大小進行簡化處理、估值計算，結合計算得到的數值，學生們就會意識到他們之所以無法感受到彼此之間的引力就在于人體的質量與地球質量相比太過渺小了！這也為下一節的“萬有引力理論的成就”教學做鋪墊。

在知識展示環節的探究性教學探索，使學生在對知識獲取的過程與方法上增加了體驗、增添了方法論的教育引導，獲得了成就感。同時，對物理學家們研究歷程的介紹和重溫他們的科學品質，也有助于對學生情感、態度、價值觀的教育引導，更有助于培養學生的物理學科核心素養。

（三）在習題演練環節對學生進行科學探究精神的培養

對于物理知識的學習，僅僅知道相關知識的原理，教師并不能算是完成了教學任務，而學生也不能算是真正完成了學習任務。很多時候，學生都會有這樣的困惑：對于教師的講解，自己能夠清晰地認識，同時對相關定律、公式的記憶也并不困難，但當面對相應習題的訓練時，就常會出現無從下手的現象，仿佛教師講解的知識理論與所提供的習題沒有多少聯系。針對這樣的困惑，筆者認為正是由于學生對科學探究過程不夠深入，對所學知識理解不夠深刻的重要表現，當然學生的個體差異也是一個重要因素。

基于對上述現象的思考，筆者認為要想在降低學生對學科知識畏難情緒的基礎上，對學生進行科學探索精神的培養，教師不妨采取小組合作學習的形式引導學生進行相關習題的演練來對所學知識加以深化理解與鞏固提升。如對“萬有引力定律”的適用條件（即公式中兩物體間的距離r的處理）的理解上，教師設計題型讓學生訓練以加深對定律的理解應用方面，可采取小組長負責制的原則以小組為單位進行習題演練。組內采取“兵教兵”的方式操作，即當小組成員中有一人順利完成習題，則負責對小組其他成員進行講解，只有小組成員均能夠對習題相關知識產生正確理解并能熟練應用，方為該小組完成了學習任務。此外，鼓勵組內成員有不同的解題方法，甚至會變通，用一題多變的方式進行發散式創新思維能力的培養。

三、結語

在高中物理課堂教學中，對學生實施科學探究教育，其根本目的在于在科學探究教育中培養學生樹立科學探究的意識、提升科學探究的能力，為了達到這樣的教學效果，教師在課堂教學導入、知識展示講解以及相關習題演練等各個環節都應該給予學生更多的探究機會。

【參考文獻】

[1]張新華.以學習為中心的物理教學設計策略探討[J].物理教師，2016（11）：18-23

[2]人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書物理2教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2010