如何在高中物理教学中实施科学探究教育

沈磊

摘要：科学探究能力是新课改背景下高中物理教学对学生提出的新要求，主要包括提出问题、猜想和例证、实验、收集证据、分析实验结果、评估、交流合作等七个要素。本文以牛顿万有引力的教学为例，探索了高中物理教学中科学探究能力的培养策略。结果显示对于学生科学探究能力的培养需要以学生为主体，注重培养其大胆猜想假设的能力以及评估实验的能力，培养其科学精神、意识和价值观，真正实现学生独立学习和创新科学探究能力的养成。

关键词：高中物理；科学探究；猜想；评估实验

中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）39-0221-02

在《普通高中物理课程标准》中明确指出，科学探究能力的培养是学生的主要学习目标，也是高中物理教学过程中需要贯彻的方针，应该大力开展能够发挥学生主观能动性和积极性的科学探究学习方式。培养学生的科学探究能力是新时代学生发展的需要，也是一种具有长远目光的教学方式，尤其对于科研性极强的高中物理来说更是极为必要的。一般来说在，科学探究中所包含的要素主要有：提出问题、猜想和例证、实验、收集证据、分析实验结果、评估、交流合作等。本文以万有引力定律为例，对高中物理教学中如何实施科学探究教育进行了探索。

一、万有引力定律

万有引力定律是伟大的科学家牛顿在1687年发表在《自然哲学的数学原理》上的，其基本理论为自然界中所有的物体都具有引力，引力的大小和物体的质量乘积成正比，和两者之间的距离的平方成反比，和物体的物理化学性质无关。公式如下：F=G。式中：G=6.67×10-11N·m2/Kg2。万有引力定律是17世纪最伟大的发现之一，是牛顿根据地球和太阳的引力猜想出来的一种关于地球对周围物体之间引力的定律，将开普勒的行星运动和伽利略的落体与抛体运动规律联系起来，是人类科学的一次巨大进步。在关于万有引力定律的科学探究教育课中，教师应该着重带领学生体验牛顿的思想，注重“猜想与假设”、“分析与论证”、“评估交流与合作”等科学探究能力的培养。

二、高中物理教学探究能力培养策略

猜想是科学探究的基础，在进行学习之初，学生就应该通过认真的思考来分析问题，给出合理的猜想，然后通过相关的实验来对猜想进行评估和验证，最终得到一个结论。在高中物理教学中，学生猜想能力和评估交流能力是科学探究教育的关键因素。

1.培养学生猜想能力。猜想假设是进行科学研究的第一步，适当的猜想还可以调动学生的积极性。万有引力定律本来就是牛顿通过猜想，然后验证得来的。通过猜想地球和太阳之间的吸引力与地球和周围物体之间的吸引力是否遵从相同的规律，猜想的依据是行星因为和太阳之间的引力而难以飞离太阳，而进一步猜想物体难以离开地球是否也是因为存在引力，然后再猜想这个力在距离很远的地方也不见衰减，所以这个力必然延伸到很远的地方。而在有限的教学时间里，牛顿验证的相关历史资料可以放在课外阅读，课上只需要引导学生如果万有引力定律的猜想是正确的，那么月球在轨道上运动的向心加速度和地面重力加速度的比值，应该和地球半径以及月球轨道半径有关，且应该是半径平方的比值，即1/3600。随即可以让学生利用已有的圆周知识来验证猜想，然后继续猜想是不是任意两个物体之间都存在这样的力？这样经过一系列的猜想，一个万有引力定律雏形就显现而出了。这些猜想也是建立在适当的教学方法上的，首先应该根据学生的已有知识，让其自主联想。其次要善于引导学生说出猜想，不要不敢说，就算错了也要说，让学生明白猜想只是一种科学探究能力，并无对错之分。教师要善于鼓励学生的猜想，提高学生的自信心。最后就是要营造一个民主的课堂，让学生没有压力，畅所欲言，教师善于引导学生不同的思想进行碰撞，循序渐进地掌握科学探究能力。推理、假设、猜想、检验就是最基础的科学探究能力，既说明了科学猜想需要实验验证，也说明了创造性的假设加上一定的数学逻辑思想也是科学探究的方法之一。

2.评估交流。猜想是否正确，实验验证是一个方法，通过实验来验证猜想是一种应用非常广泛的科研方法，但是实验毕竟实验，无论是实验方案还是实验过程都是人为，和理想的理论模型还存在很大的差距，实验结果和理论难免存在一定的偏差，所以在科学探究能力的培养中，需要合理看待评估的数据偏差，注意鉴别实验的合理性，对实验结果去伪存真，尽可能得到合理的结果。（1）建立理想模型。牛顿万有引力定律的研究并不是从开始的时候就按照自然界的真实情况来的，而是从物理现象衍生出来的反映事物本质的理想模型，从而便于进行计算研究，探索物体的运动规律。随后通过将理想模型和实际事物进行比较，进行修正就可以得到基本符合真实世界的物理模型。万有引力定律一开始研究的是客观物体，后来演变成质点，最后又变成客观物体，这样的修正过程正是科学探究能力培养模式。（2）善于评估实验。实验是验证猜想的途径，通过设计实验来进行猜想的验证，尽可能保证实验环境和计划的合理性，得出较为合理的结果。然而评估实验的结论和学习的知识理论肯定存在一定的差异，通过对实验进行评估，首先查找实验中是否有不合理的地方，是否过于单一、片面，然后要学会找出出现差异的原因，评估这种差异对于实验结果的影响，通过评估对知识理论具有更深的印象，要多多评估，切记以偏概全，提高科学探究的严谨性。

三、结论

科学探究能力是新形势下对于学生培养的新要求，在高中物理教学中要注重学生对于物理现象敢于猜想的能力，引导他们一层一层猜想事物的本质，随后通过理想模型和实验结果的差异来评估交流，找到科学探究的本质。当然对于科学探究的能力培养，教师要以学生为主体，假设、猜想、验证、实验、评估的过程也不能变，物理学习的科学意识、精神和价值观的培养需要大胆的洞察力和猜想，就像牛顿一样，在进行万有引力定律的研究中历经很多挫折，但是都顽强进行科学实践，这样一种情感价值观也是科学探究能力培养的一个重要方面。真正实现学生创造力和科研精神的培养，让学生养成良好的科研价值观，激励自我，不断进步。