基于高中物理課堂培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的教學(xué)思考

摘 要：科學(xué)探究能力是學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理知識(shí)必備的能力，能使學(xué)生真正理解高中物理課程教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)，從而提高教學(xué)效果。基于此，文章概述了科學(xué)探究能力的含義，同時(shí)結(jié)合具體教學(xué)案例從創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、提出物理假設(shè)、組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分享研究結(jié)果五個(gè)層面提出了教學(xué)建議，旨在優(yōu)化高中物理課堂教學(xué)效果、促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)探究；能力培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G427 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：2097-1737（2025）09-0028-03

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）印發(fā)后，高中物理教學(xué)逐漸由知識(shí)本位向素養(yǎng)本位轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科關(guān)鍵能力成為教學(xué)重點(diǎn)。科學(xué)探究能力是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要構(gòu)成部分，包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)并操作實(shí)驗(yàn)等能力。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力順應(yīng)高中物理教學(xué)改革趨勢(shì)，

對(duì)提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平具有積極意義。因此，教師應(yīng)明確科學(xué)探究能力的構(gòu)成要素，并根據(jù)學(xué)生的發(fā)展需求組織相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生提升能力。

一、科學(xué)探究能力概述

（一）科學(xué)探究能力的含義

根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》，科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要構(gòu)成部分，是基于觀察、實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想與假設(shè)，制訂并落實(shí)實(shí)驗(yàn)方案等能力的綜合體現(xiàn)[1]。科學(xué)探究能力主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，發(fā)展性。科學(xué)探究能力并非一成不變的，在長(zhǎng)久的探究活動(dòng)中，學(xué)生的科學(xué)探究能力會(huì)隨著自身認(rèn)知水平的提升、活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的積累而提高。第二，

內(nèi)隱性。科學(xué)探究能力無(wú)法直觀顯現(xiàn)出來(lái)，只有在參與具體探究活動(dòng)時(shí)，學(xué)生的科學(xué)探究能力才能得到彰顯。第三，綜合性。如果學(xué)生只掌握物理學(xué)科的基本概念或物理實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法，就很難完成復(fù)雜的探究活動(dòng)，學(xué)生只有綜合掌握物理理論與實(shí)踐方法，才能提升科學(xué)探究能力。

（二）科學(xué)探究能力的分類(lèi)

科學(xué)探究能力是一種綜合能力，包括科學(xué)觀察、科學(xué)操作、科學(xué)分析、科學(xué)表達(dá)等。其中，科學(xué)觀察能力指的是在現(xiàn)實(shí)生活、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中觀察物理現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)直觀現(xiàn)象內(nèi)隱藏的物理知識(shí)的能力。科學(xué)操作能力指的是正確掌握物理實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和注意事項(xiàng)，并能合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，操作器材完成實(shí)驗(yàn)方案的能力。科學(xué)分析能力指的是在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中有意識(shí)地收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息總結(jié)物理規(guī)律、建構(gòu)物理學(xué)模型的能力。科學(xué)表達(dá)能力也可理解為總結(jié)歸納能力，指的是運(yùn)用分析和綜合的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)推斷出物理學(xué)結(jié)論的能力。需要注意的是，這幾項(xiàng)能力并不是孤立存在的，它們彼此之間相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成科學(xué)探究能力。

二、基于高中物理課堂科學(xué)探究能力培養(yǎng)的教學(xué)策略

（一）借助問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探究意識(shí)

激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的前提。在高中物理課堂教學(xué)中，教師可通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境營(yíng)造啟發(fā)性的教學(xué)氛圍，從而使學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題，產(chǎn)生探究欲望，由此為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力做好鋪墊[2]。教師可以從日常生活出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主探索；也可基于生動(dòng)有趣的物理學(xué)現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)探究。同時(shí)，在教學(xué)中，教師要注意分析教學(xué)需要，選擇恰當(dāng)?shù)姆绞絼?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以巧妙激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)。

以人教版高中物理必修第一冊(cè)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系”的教學(xué)為例。教師可結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的具體現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生對(duì)情境中問(wèn)題的探究，如“大家生活中應(yīng)該都有坐車(chē)出行的經(jīng)歷，剛上車(chē)時(shí)車(chē)子由靜止轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，且速度逐漸增加，一段時(shí)間后維持勻速行駛，將要到達(dá)目的地時(shí)，汽車(chē)減速，最終轉(zhuǎn)化為靜止?fàn)顟B(tài)。在這一過(guò)程中，汽車(chē)加速、減速的速度變化與時(shí)間有怎樣的關(guān)系？”此情境巧妙引出了勻加速、勻減速運(yùn)動(dòng)，可引發(fā)學(xué)生結(jié)合相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)及已掌握的物理探究技巧提出探究性問(wèn)題，如“勻加速運(yùn)動(dòng)的速度都隨著時(shí)間的增加而增加嗎？”“我們是否可以仿照‘探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律’探究加速直線運(yùn)動(dòng)、減速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系呢？”這樣，由問(wèn)題情境激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)，有助于其主動(dòng)挖掘情境中的物理內(nèi)容。

上述案例中，教師通過(guò)結(jié)合生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)了生動(dòng)的教學(xué)情境，引領(lǐng)學(xué)生迅速進(jìn)入了探究學(xué)習(xí)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想與分析，使其主動(dòng)提出探究性問(wèn)題，為其科學(xué)探究能力的發(fā)展做好了準(zhǔn)備。

（二）鼓勵(lì)學(xué)生假設(shè)，激發(fā)學(xué)生探究潛能

指導(dǎo)學(xué)生基于已掌握的物理知識(shí)與探究經(jīng)驗(yàn)對(duì)問(wèn)題提出假設(shè)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力具有積極作用[3]。因此，教師可先在課上與學(xué)生進(jìn)行對(duì)話交流，以營(yíng)造民主、自由的教學(xué)氛圍，然后鼓勵(lì)學(xué)生基于物理現(xiàn)象和問(wèn)題內(nèi)容大膽提出假設(shè)，使

其在提出觀點(diǎn)、交流討論的過(guò)程中挖掘自身的探究潛能。

以人教版高中物理必修第一冊(cè)“牛頓第一定律”的教學(xué)為例。教師可以列舉生活中人推箱子、拖拽木塊等案例與學(xué)生進(jìn)行交流，如“通過(guò)觀察上述現(xiàn)象，你有什么發(fā)現(xiàn)，你能提出怎樣的猜想？”如果學(xué)生的反饋不夠積極，教師還可繼續(xù)引導(dǎo)，如“不要怕說(shuō)錯(cuò)，物理學(xué)家在得到正確物理結(jié)論前也犯過(guò)大量的錯(cuò)誤，比如這節(jié)課就介紹了古代一位科學(xué)家所犯的研究錯(cuò)誤”。這樣，教師通過(guò)詼諧生動(dòng)的語(yǔ)言調(diào)動(dòng)了學(xué)生的探究熱情，使其能夠主動(dòng)提出“我猜測(cè)力的運(yùn)動(dòng)需要力的維持”“我猜測(cè)力會(huì)影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”等假設(shè)。

這樣，教師通過(guò)列舉案例、引導(dǎo)猜想并給予鼓勵(lì)，能為學(xué)生創(chuàng)造自主發(fā)言的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生主動(dòng)提出假設(shè)并圍繞假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案提供平臺(tái)，有利于激發(fā)其科學(xué)探究潛能。

（三）豐富實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，鍛煉學(xué)生探究能力

1.組織實(shí)驗(yàn)觀察活動(dòng)，鍛煉觀察能力

科學(xué)觀察能力是科學(xué)探究能力的重要構(gòu)成部分[4]。

在高中物理教學(xué)中，教師可組織實(shí)驗(yàn)觀察活動(dòng)，先提出問(wèn)題，再要求學(xué)生帶著這些問(wèn)題去觀察物理實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物的變化。通過(guò)多角度觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生不僅能掌握實(shí)驗(yàn)觀察方法，還能積累豐富的觀察經(jīng)驗(yàn)，從而逐步提升觀察能力。

以人教版高中物理必修第二冊(cè)“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的教學(xué)為例。為使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，形成科學(xué)觀察能力，教師可參考教材第11頁(yè)給出的實(shí)驗(yàn)案例，用小錘、彈性金屬片、A與B兩個(gè)小球、鐵架臺(tái)等儀器組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并演示實(shí)驗(yàn)：用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做平拋運(yùn)動(dòng)；B球被釋放，做自由落體運(yùn)動(dòng)。教師可要求學(xué)生觀察兩個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，比較它們落地時(shí)間的先后。通過(guò)組織學(xué)生反復(fù)觀察，他們能發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動(dòng)的特征：平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)這兩種運(yùn)動(dòng)方式。

上述案例中，教師通過(guò)演示物理實(shí)驗(yàn)為學(xué)生呈現(xiàn)直觀的物理現(xiàn)象，指導(dǎo)學(xué)生在觀察的過(guò)程中說(shuō)明物理發(fā)現(xiàn)，能夠鍛煉學(xué)生的物理觀察能力，間接提高其科學(xué)探究水平。

2.布置實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)，鍛煉動(dòng)手能力

只有讓學(xué)生親身經(jīng)歷組裝實(shí)驗(yàn)裝置、控制實(shí)驗(yàn)變量等學(xué)習(xí)過(guò)程，才能真正提升學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)器材的應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué)生的科學(xué)探究水平。為此，教師應(yīng)在高中物理教學(xué)中安排實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成物理實(shí)驗(yàn)，使其在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中鍛煉動(dòng)手能力，從而間接提高科學(xué)探究能力。

以人教版高中物理必修第二冊(cè)“實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的教學(xué)為例。為更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，教師可安排實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如：應(yīng)用鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)

器、重物、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)器材組裝實(shí)驗(yàn)裝置，探究自由下落物體的機(jī)械能；應(yīng)用氣墊導(dǎo)

軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶有遮光條的滑塊等實(shí)驗(yàn)器材組裝實(shí)驗(yàn)裝置，研究沿斜面下滑物體的機(jī)械能。在布置任務(wù)之后，教師還應(yīng)為學(xué)生合作組裝實(shí)驗(yàn)裝置、控制實(shí)驗(yàn)變量等提供指導(dǎo)。

上述案例中，教師通過(guò)布置實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)探究，能使其在組裝實(shí)驗(yàn)裝置、控制變量的過(guò)程中感悟科學(xué)探究的真諦，同時(shí)提高動(dòng)手操作能力。

（四）組織數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)數(shù)據(jù)處理能力

要想得到概括性、準(zhǔn)確性強(qiáng)的物理結(jié)論，離不開(kāi)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析[5]。鑒于數(shù)據(jù)分析的重要性，教師在高中物理教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，組織數(shù)據(jù)分析活動(dòng)。通過(guò)組織學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用比較法、表格法、圖像法等多種方法深入分析物理數(shù)據(jù)，教師能引導(dǎo)學(xué)生深入探究，使其越過(guò)數(shù)據(jù)的表象總結(jié)深層次的物理學(xué)原理。這一過(guò)程不僅有助于鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，還能提高學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知水平。

以人教版高中物理必修第三冊(cè)“導(dǎo)體的電阻”的教學(xué)為例。此課教學(xué)重點(diǎn)在于通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積及材料間的關(guān)系，難點(diǎn)是對(duì)電阻率的理解。為此，教師應(yīng)采取實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)。具體而言，教師可組織三組實(shí)驗(yàn)，分別探究電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度、導(dǎo)體橫截面積、導(dǎo)體材料之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可為學(xué)生提供數(shù)據(jù)記錄表，并要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如實(shí)填寫(xiě)在表上。隨后，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生分析表中數(shù)據(jù)的正比例和反比例關(guān)系，以此鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和判斷能力。最后，教師還可為學(xué)生提供幾種不同導(dǎo)體材料在20℃時(shí)的電阻率，引導(dǎo)學(xué)生分析不同金屬的導(dǎo)電情況，以進(jìn)一步提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。

上述案例中，教師通過(guò)組織實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，要求學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生在記錄、對(duì)比、分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，進(jìn)而總結(jié)物理原理，能從根本上培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)而提高其科學(xué)探究水平。

（五）倡導(dǎo)分享總結(jié)，培養(yǎng)總結(jié)歸納能力

在高中物理課堂教學(xué)中，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，教師應(yīng)為其創(chuàng)造更多發(fā)表見(jiàn)解的機(jī)會(huì)，并指導(dǎo)其主動(dòng)應(yīng)用物理符號(hào)、概念和公式來(lái)總結(jié)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，以此鍛煉學(xué)生的科學(xué)表達(dá)能力。

以人教版高中物理必修第三冊(cè)“實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”的教學(xué)為例。教師可按照“提出問(wèn)題—猜想與假設(shè)—制訂計(jì)劃—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)—分享結(jié)論”的思路組織教學(xué)。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)探究并得出結(jié)論后，教師可組織學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并說(shuō)出自己的觀點(diǎn)，以鍛煉其科學(xué)總結(jié)能力。對(duì)此，有的學(xué)生分享：本實(shí)驗(yàn)以閉合電路的歐姆定律為實(shí)驗(yàn)原理，電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)阻r、路端電壓U和電流I的關(guān)系為“如果能測(cè)出U和I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出關(guān)于E與r的方程，從而解出E和r的值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)勢(shì)集合內(nèi)阻的測(cè)量”。

上述案例中，教師通過(guò)組織分享與總結(jié)活動(dòng)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生回顧科學(xué)探究原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有助于學(xué)生在總結(jié)與分享的過(guò)程中夯實(shí)科學(xué)探究基礎(chǔ)，在提高科學(xué)表達(dá)能力的同時(shí)提高科學(xué)探究水平。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)探究能力包括觀察、動(dòng)手、數(shù)據(jù)處理與分析、總結(jié)歸納等能力，是學(xué)生理解物理現(xiàn)象、探究物理學(xué)原理所必備的能力。在高中物理課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力需以學(xué)生的發(fā)展為本，科學(xué)組織多樣化的教學(xué)活動(dòng)。在具體教學(xué)中，教師可先創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，由啟發(fā)性的教學(xué)環(huán)境激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)，再通過(guò)師生間的良好互動(dòng)鼓勵(lì)學(xué)生提出假設(shè)，挖掘?qū)W生的科學(xué)探究潛能。此外，教師還可組織實(shí)驗(yàn)觀察、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析以及物理規(guī)律的歸納與分享活動(dòng)，通過(guò)多種類(lèi)型的教學(xué)活動(dòng)賦予學(xué)生豐富的探究式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，

從而逐步提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

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作者簡(jiǎn)介：代朝榮（1989.7-），女，云南保山

人，就職于保山教育研究院，一級(jí)教師，本科學(xué)歷。