如何在高中物理教学中实施科学探究教育

陈安

【摘 要】让抽象的物理知识形象化，让学生深刻又清晰地感悟到物理定理定律的简洁与美，仅仅依靠讲解、死记硬背、机械训练等很难奏效。课堂教学中科学探究的实施，既调动了学生的学习积极性，又使学生在探究实践中对定理定律有着更为深入的理解。

【关键词】科学探究；“万有引力定律”；教学探索

一、科学探究教育的目的和意义分析

物理学科作为基础学科是自然科学和现代科学技术的基础，因此物理学科对我们的生活与生产都产生着巨大的影响。在高中阶段设置物理课程的目的不仅仅是要求高中学生了解和学会运用相关物理知识与物理原理，更是希望学生在物理知识的学习过程中能够树立科学的求知态度和严谨创新的探索精神。而科学的求知态度和探索精神并不仅仅是在高中物理课堂的教师讲授中获取的，更应该是在教师引导下的学生自主科学探究的过程中逐渐树立的。

在高中物理教学过程中加强对学生进行科学探究意识的培养以及科学探究能力的锻炼，不仅能够使学生更加深刻地了解高中物理中的相关知识，同时还能够使学生树立刻苦钻研、勇于探索的学科素养和科学精神。由此可见，在高中物理课堂教学中对学生进行科学探究教育不仅符合新课标的发展要求，也符合高中生对知识与真理的渴求，同时更能够对学生进行物理相关能力和素养的培养。

二、科学探究精神在高中物理课堂的培养

为了在课堂教学中更有针对性地对学生进行科学探究教育，本文以人教版新课标教材必修2“万有引力定律”的几个教学片段为例进行阐述，希望与广大的高中物理教师同行们进行交流。

（一）在教学导入环节对学生进行科学探究精神的培养

设疑激趣式的课堂教学导入方式是高中物理学科课堂教学中比较常用的导入方式之一。它符合高中生的心理发展特点，更易激发学生的求知欲与求成欲及探索精神。因而，要想对学生进行科学探究精神的培养，教师在教学导入环节就应多下功夫，对学生进行恰当而又正确的引导，使学生对本节课所学知识产生强烈的好奇心和迫切地探究欲望。

对于“万有引力定律”的教学，教师不妨以“苹果成熟掉落在牛顿头上”这一耳熟能详的故事为例进行导入。上课伊始，当教师以视频动画的形式将“苹果与牛顿的故事”展示出来以后，学生自然而然地就会联想到“地球施加重力”的相关知识。这时候即使教师什么都不说，学生也能通过自己的生活经验说出与地球相关的重力现象，教师就可以以此为切入点进行引导，仅仅知道地球具有重力现象是远远不够的，还应该知道地球施加重力现象背后的本质原理。从地球施加重力原理再自然过渡到万有引力原理，使学生感受到不只是地球具有吸引力，太阳与行星之间、地球与月球之间……进而引申到任何两个有质量的物体之间都存在着通过连心线方向上的相互吸引的力。这种相互吸引的力，大小与两个物体的质量乘积成正比，与两个物体之间的距离平方成反比，与两个物体的所处位置、运动状态以及中间物质等均无关，也就是说无论两个物体是以何种形态存在的，是如何运动的，它们之间都是存在着相互吸引的力量，而这也就是牛顿所发现的“万有引力”（当然，这块知识的介绍是穿插在后面的“万有引力定律”的内容教学中进行的）。

通过这样的激趣引入和自然过渡，学生在教师的引导下一步一步、自然而然地走进本节课的学习内容，也就使得学生在自我意识的指引下开始了对相关知识的探索。

（二）在知识展示环节对学生进行科学探究精神的培养

高中物理知识展示环节作为物理课堂教学的重要环节，也是对学生进行科学探究精神培养的重要环节。在这个环节中，教师要想对学生进行学科探究精神的培养，仅仅通过公式的推导与展示是很难达到教学目标的，同时也是不利于学生对相关知识深入理解。而应探物究理，引导学生对定理定律的来龙去脉、产生的历史背景、科学家们的艰辛而又曲折的研究过程，定理定律的适用范围、应用步骤及注意事项等等进行深入地探究。

基于上述种种原因，笔者认为要想使学生真正对万有引力原理产生深刻认识，教师就应该深入挖掘教材并对教材内容进行改造，或结合学生实际学情进行重新编排，以寻找激发学生探究欲望的素材。不仅要用好教材中“月-地检验”教學环节的内容，籍此培养学生逻辑推理与类比迁移的能力；还要通过科学实验与生活常识入手，给予学生更加直观的感受。当然在本节内容教学中，教师任意例举两个毫无关联的物体来阐述“万有引力”显然是行不通的，但这似乎也为教师引导学生进行科学探究提供了灵感，既然是“万有引力”，那就是说任何两个物体之间都是存在着相互吸引的力的作用的。受到教材中本节内容后附设的“问题与练习”中第一小题的启发，教师不妨以此作为思考题，引导学生思考与讨论：为什么两个同学站得靠近的时候，他们无法感受到彼此间吸引力的相互作用呢（如吸在一起）？同时要求学生将这一现象与星球之间相互吸引的现象、尤其是学生熟知的地球与物体之间的相互吸引力进行对比与反思，自己去寻找问题的答案。当学生们讨论不出结果或意见不能统一的时候，此时，教师不妨结合上节课的所学及刚才的“月-地检验”推导过程将“万有引力定律”的内容及公式水到渠成地展示给学生，并介绍公式中各个物理量的意义及定律的适用范围与应用条件等。特别是万有引力常量G，教师可借助物理学史素材，简要介绍牛顿发现万有引力定律的100多年以后，英国物理学家卡文迪许是如何通过转换思想设计出了扭秤装置，比较准确地测定出了引力常量G的数值的，使得两个物体之间的引力大小数值计算成为可能。当然，限于学生的已有知识储备（如力矩知识不作要求等），这块内容只作通识性介绍，不可深究。然后再要求学生对两个靠得比较近的同学之间的万有引力大小进行简化处理、估值计算，结合计算得到的数值，学生们就会意识到他们之所以无法感受到彼此之间的引力就在于人体的质量与地球质量相比太过渺小了！这也为下一节的“万有引力理论的成就”教学做铺垫。

在知识展示环节的探究性教学探索，使学生在对知识获取的过程与方法上增加了体验、增添了方法论的教育引导，获得了成就感。同时，对物理学家们研究历程的介绍和重温他们的科学品质，也有助于对学生情感、态度、价值观的教育引导，更有助于培养学生的物理学科核心素养。

（三）在习题演练环节对学生进行科学探究精神的培养

对于物理知识的学习，仅仅知道相关知识的原理，教师并不能算是完成了教学任务，而学生也不能算是真正完成了学习任务。很多时候，学生都会有这样的困惑：对于教师的讲解，自己能够清晰地认识，同时对相关定律、公式的记忆也并不困难，但当面对相应习题的训练时，就常会出现无从下手的现象，仿佛教师讲解的知识理论与所提供的习题没有多少联系。针对这样的困惑，笔者认为正是由于学生对科学探究过程不够深入，对所学知识理解不够深刻的重要表现，当然学生的个体差异也是一个重要因素。

基于对上述现象的思考，笔者认为要想在降低学生对学科知识畏难情绪的基础上，对学生进行科学探索精神的培养，教师不妨采取小组合作学习的形式引导学生进行相关习题的演练来对所学知识加以深化理解与巩固提升。如对“万有引力定律”的适用条件（即公式中两物体间的距离r的处理）的理解上，教师设计题型让学生训练以加深对定律的理解应用方面，可采取小组长负责制的原则以小组为单位进行习题演练。组内采取“兵教兵”的方式操作，即当小组成员中有一人顺利完成习题，则负责对小组其他成员进行讲解，只有小组成员均能够对习题相关知识产生正确理解并能熟练应用，方为该小组完成了学习任务。此外，鼓励组内成员有不同的解题方法，甚至会变通，用一题多变的方式进行发散式创新思维能力的培养。

三、结语

在高中物理课堂教学中，对学生实施科学探究教育，其根本目的在于在科学探究教育中培养学生树立科学探究的意识、提升科学探究的能力，为了达到这样的教学效果，教师在课堂教学导入、知识展示讲解以及相关习题演练等各个环节都应该给予学生更多的探究机会。

【参考文献】

[1]张新华.以学习为中心的物理教学设计策略探讨[J].物理教师，2016（11）：18-23

[2]人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理2教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010