物理教學中滲透科學探究能力的培養

郭潔

摘要：本文以“電容器的充放電”實驗為例，在課堂中通過觀察分析，找出不同電容器構造的特點，合作交流，制定探究電容器充放電的方案，觀察實驗匯報結果，提出問題，合作交流解決問題等方式多方面滲透科學探究能力的培養，以提升學生的學科思維品質，促進物理學科核心素養的形成。

關鍵詞：電容器充放電;科學探究能力;合作交流

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）17-091

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出：“物理學基于觀察與實驗，建構物理模型，應用數學等工具，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系。”通過物理實驗教學和體驗，能夠有效地培養學生的探究能力，使其對物理學科建立科學的態度。這就要求教師在物理教學中注重科學探究，尤其注重物理實驗。本文以人教版必修3《觀察電容器的充放電》為例，探討在物理教學中如何滲透科學探究能力的培養。

一、合作交流，制定方案

電容器的充電、放電過程不能直接看出來，只有通過實驗來觀察。教師可引導學生通過小組合作，根據所學知識和現有條件，緊扣實驗目的來選擇適當的方法，然后構思探究計劃，選擇合適的器材，最后設計電路圖。之后各小組展示實驗計劃，小組間對可能存在的問題再次進行討論，交流修改并完善實驗電路圖，最后制定可行的實驗方案。

二、預設問題，引起討論

教師在課前的實驗準備中發現不同的電壓表和電流表測得的結果有很大差距。為了避免讓學生按教師或者教材的既定步驟進行虛假“探究”，教師在不同小組配置了不同的電流表和電壓表。各小組測得的結果會大相徑庭，不同的實驗結果會讓學生對實驗數據產生不同看法，從而引發討論，學生的求知欲得以激發，提高了學生的學習積極性，課堂氣氛也變得活躍。

三、實驗觀察，匯報結果

小組合作進行實驗，交流討論后，小組匯報實驗結果。學生在實驗中遇到了各種問題，有些小組對電容器進行充電時，電壓表有示數，但電流表幾乎沒有偏轉;有些小組給電容器充完電后斷開開關，理論上電壓表的示數應該保持不變，但示數一直在減小;有些小組觀察到開關閉合瞬間電流較大，但馬上又開始減小到0，開關打到2放電時，發現又有電流了，但電流表指針是反向偏轉的，而且也在減小到0;有些小組發現剛閉合開關，電壓表示數增大得快，后來示數增大變慢了，剛閉合開關，電流表突然有一個值，然后逐漸減小，減小的速度越來越慢;有些組觀察到電容器充電完成后，電壓表的示數只有0.6V，而不是理想中的電源兩端的電壓1.4V左右;有些小組觀察到斷開開關后，電壓表示數一直在緩慢減小。

教師要引導學生在實驗中如實記錄，客觀對待所獲取的實驗數據。通過小組交流提出遇到的問題，讓學生嚴肅認真對待實驗，尊重實驗結果與事實，培養學生實事求是的科學態度和精神。

四、發現問題，提出猜想

為了培養學生邏輯推理和科學論證的能力，教師在不同的小組配置不同的電表，創設問題情境，讓學生從情境中發現和提煉問題，針對不同的實驗結果進行積極的探索發現。學生發現，不同的小組使用的電表不一樣，實驗結果也不一樣。教師進一步引導學生根據發現的問題，討論分析產生不同結果的原因。討論中學生根據實驗現象提出猜想：可能跟空氣濕度有關、跟電表的量程有關、跟電路中變阻箱的電阻有關等等。根據猜想分析討論并再次實驗驗證。不同小組之間的實驗數據相互公開，合作交流，這樣才能獲得更有效、更全面的數據，讓學生體會合作是科學研究中極其重要的環節，增強學生的合作意識。

五、合作交流，解決問題

小組合作交流中發現，不同的電表會產生不同的實驗結果，通過分析、對比實驗結果，排除變阻箱電阻的因素;通過使用吹風機再次實驗排除電容器漏電的因素;通過改變電壓表量程再次實驗排除電壓表量程的因素。最后得出結論：跟電壓表有關。不同電壓表有不同的實驗結果，這一結果顛覆了學生對電壓表的認知。根據初中所學知識，電壓表電阻無窮大，在電路中應看作斷路。電壓表和被測用電器并聯后，通過它的電流為零，不會影響被測電器兩端的電壓。出乎意料的結論引起學生極大的好奇心，增強他們進一步探索的欲望。

教師補充說明兩種電表的異同點。電壓表在電路中可看成一個可以測量自己電壓的電阻。實際電路中電壓表內阻較大，有較小電流通過。如果與電壓表并聯的電阻較小，則通過電壓表的電流較小，可以忽略不計，所以可把電壓表這一路看作斷路。反之與電壓表并聯的電阻較大，電壓表中的電流也大，電壓表這一路就不能看成斷路。實驗室普通電壓表的電阻是3kΩ，數字電表的電阻是1000kΩ。教師再次提問能否解釋不同的電壓表在實驗中會出現不同的結果？

為了觀察到更好的實驗效果，教師用更精密的儀器——DIS演示實驗。學生觀察實驗并記錄實驗結果，交流討論后畫出并展示充電和放電過程I-t圖，學會靈活選用合適的器材獲得數據。根據實驗數據進行整理歸納，找到規律，形成結論并用圖像描繪實驗結果。

核心素養下的物理教學，應注重科學探究的過程，讓探究在思維的碰撞中前行。在探究中培養學生發現和提出問題的能力，通過實驗提高學生制定計劃和觀察收集數據、整理數據的能力，學會提出問題，作出解釋，反思合作交流。

通過物理實驗滲透科學探究能力的培養，學生在探究的過程中能掌握科學的方法，形成合理的思維，提升學科思維品質，從而促進物理學科核心素養的形成，為學生的終身學習與發展奠定基礎。

（作者單位：南京市秦淮中學，江蘇 南京210000）