初探科学探究能力在物理高考中的考查

俞丽萍

1 科学探究能力

随着新课程的实施，科学探究进入了中学物理教学。《物理课程标准》对科学探究及物理实验能力提出了相应的能力要求，它们属于科学探究能力。对探究能力考查方式之一的探究性试题在2002年上海卷中的出现，预示了高考的新趋势。这类试题在2005年中占的比例更大。近几年其它地区高考卷中也陆续出现，这体现了新课程“注重科学探究，提倡学习方式多样化”的理念。

2 科学探究能力在高考物理中的考查

近三年全国及各省（市）高考物理中对科学探究能力考查情况统计如下表：

可见, 科学探究性试题在各地物理高考卷中出现的比例在逐渐增大，特别是实施新课程的实验省市。同时，发现高考物理中对科学探究能力考查主要体现在实验试题中。

下面根据统计结果，分析高考物理中对科学探究能力考查所采取的不同形式。它在物理实验中的考查，可分为单一探究型和综合探究型。

(1)单一探究型

单一探究型主要考查科学探究中的某个环节，探究过程如图1所示，其中“制定计划与设计实验”是科学探究中必不可少的，在此过程中要求学生尝试选择实验方案及所需器材，考虑实验的变量及如何控制变量，即科学实验的方法。“分析与论证”这个环节要求学生对实验数据进行分析、处理，并得出实验结论。这类探究题可分为科学方法型与分析归纳型。

①科学方法型

例1 为研究影响家用保温瓶保温效果的因素，某同学在保温瓶中灌入热水，先测量初始水温，经过一段时间后再测量末态水温。改变实验条件，先后共做了6次实验，实验数据记录如下表：

下列方案中符合控制变量方法的是（ ）

A.若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第1、3、5次实验数据。

B.若研究瓶内水量与保温效果的关系，可用第2、4、6次实验数据。

C.若研究初始水温与保温效果的关系，可用第1、2、3次实验数据。

D.若研究保温时间与保温效果的关系，可用第4、5、6次实验数据。（2007年北京市高考理综16题）

解析 保温效果主要体现在单位时间内水温降低的多少，它与水的初始温度、水的末态温度以及时间有关。研究初始温度和发生时间都相等的条件下，瓶内水量与末态温度的关系，即可得到结论，故选第1、3、5次实验数据。此实验的处理过程体现了控制变量法。

②分析归纳型

例2 在伽利略羊皮纸手稿中发现的斜面实验数据如表2所示，人们推测第二、三列数据可能分别表示时间和长度。伽利略的一个长度单位相当于现在的29/30mm。假设一个时间单位相当于现在的0.5s，由此可以推算实验时光滑斜面的长度至少为_______m；斜面的倾角约为__________度。（g取10m/s²）（2008年上海市高考第5题）

解析 表中数据为伽利略当年的实验数据，此题要求学生分析实验数据，归纳出这些实验数据中的规律。根据比例关系得到，斜面的长度至少为2.034m，光滑斜面的倾角为1.5°。

单一探究型往往着重考查学生某一方面的能力。在“制定计划与设计实验”这一环节中需要根据实验目的来设计实验，进而选择实验仪器，这考查了分析能力；在“分析与论证”这一环节中需要根据对实验数据进行处理，进而得出实验结论，考查分析能力和推理能力；同时对实验结果进行解释与描述，考查表达能力。

（2）综合探究型

综合探究型包含的探究环节较多，例如某个研究问题，在实验过程中对各个环节进行考查，如图2所示，其思路为：提出问题1→设计实验1→进行实验1→收集实验数据1→分析论证1。有时为了达到最终的探究目的，需要进行两个实验探究。如图2所示，其思路为：问题提出后，分别进行第1个和第2个实验探究，然后将两者的分析论证相结合，得到最终的探究结果。

①“探究与探究”型

例3 某研究性学习小组发现河水在缓慢流动时有一个规律，河中央流速最大，岸边速度几乎为零。为了研究河水流速与从岸边到中央距离的关系，小明同学设计了这样的测量仪器：如图3所示，两端开口的“L”型玻璃管的水平部分置于待测的水流中，竖直部分露出水面，且露出水面部分的玻璃管足够长。当水流以速度 v 正对“L”型玻璃管的水平部分开口端匀速流动时，管内外液面的高度差为 h，且h 随水流速度的增大而增大。为了进一步研究水流速度v 与管内外水面高度差h的关系，该组同学进行了定量研究，得到了如下的实验数据，并根据实验数据得到了v-h 图像，如图4所示。

① 根据上表的数据和图4中图像的形状，可猜想v和h之间的关系为______；为验证猜想，请在图5中确定纵轴所表示的物理量，并另作图像，若该图像的形状为______，说明猜想正确。

②现利用上述测速器，由河流南岸开始，每隔1米测一次流速，得到数据如下表所示：

根据v和h之间的关系完成上表的最后一行，对比上表中的数据，可以看出河中水流速度 v 与从南岸到河流中央距离x的关系为：_____。（2007年广东物理卷第14题）

解析 为研究河水流速与从岸边到中央距离的关系，先研究水流速度与管内外水面高度差的关系，再研究测试点距岸距离与管内外高度差的关系，最后得出河中水流速度v与从南岸到河流中央距离x的关系为：v ∝ x（或v=0.4x）。

②“探究之探究”型

例4 某同学想了解导线在质量相同时，电阻与截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：

①用螺旋测微器测量某一导线的直径（略）

②该同学经实验测量及相关计算得到如下表所示数据：请你根据表中数据判断，该种导线的电阻R与截面积S是否满足反比关系?若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系。

③若导线的电阻率ρ=5.1×10^-7Ω•m，则表中阻值为3.1Ω的导线长度l=_____m。（2008年江苏卷第10题）

解析 此题首先提出探究问题：了解导线在质量相同时，电阻与截面积的关系。根据图中实验数据，我们得出R与S²成反比。接下来开始一个新的探究：若导线的电阻率已知，根据第一个探究的结论来确定导线的长度为19m，其探究过程如图6所示。

综合就是在分析的基础上，把研究对象的各个组成部分或要素在思维中重新结合为一个整体，从而在整体上把握事物的本质和规律。综合型探究题所涉及的步骤较多，考查学生理解分析和综合能力等，近年来出现的形式也多样化。

综上所述，目前科学探究能力在高考物理中的考查内容主要在实验探究部分。实验探究能力的考查丰富了高考试题的类型，逐步成为高考物理中的一个亮点。考题的形式逐步从单一探究走向综合探究，从简单探究走向复杂探究。

3 高中物理教学中科学探究能力的培养

3.1经历科学探究的过程

目前人教版教材中安排了一系列科学探究内容，可分为实验探究和理论探究。教师在教学过程中要充分利用这些教学素材进行探究活动。有些内容，教师在对教材进行“二次开发”时，也可考虑探究式的教学模式。学生经历科学探究的过程后，对科学探究的各环节会有更深入的理解，科学探究能力会得到逐步提高。

3.2 关注科学探究学习目标的达成

学生在科学探究的各个环节所发展的能力往往是不平衡的。就群体而言，有些科学探究的环节学生能力较强，而在另一些环节上，学生感觉比较困难，甚至无从下手。个体而言，有的学生在某些环节的探究行为中自主性较强，而在另外一些环节中，教师需要作必要的引导。因此，教师在设计科学探究时，应该对不同内容的具体教学目标进行认真分析，以便针对学生在探究经历中的薄弱环节，及时采取改进措施。

3.3 提倡不言放弃的精神

综合型实验探究题往往题目内容较多，而且所出现的问题往往是学生以前没有接触过的，即所谓“生题”。遇到此类问题，教师首先应鼓励学生不要畏惧，不轻言放弃。只有在不断的练习和总结中，分析综合能力和科学探究能力才能不断提高。

参考文献：

［1］李远蓉，朱霞，邓磊. 物理探究式教学设计与案例分析［M］. 北京：高等教育出版社，2003

［2］夏兆省，刘旭红. 中考物理探究题类型探究［J］. 物理教师，2007（7）

［3］中华人民共和国教育部．物理课程标准［M］．北京：人民教育出版社

(栏目编辑赵保钢)