高中物理发展学生科学探究能力的课例研究

邓晓钧

随着新课程改革的深化，教育的方向慢慢指向发展学生的“能力”.什么是能力？“能力”显然是超过“技能”的一种境界.如果将能力与科学探究相结合，很多教师会误以为就是提高学生的实验技能，其实则不然！科学探究也可以是理论分析与推导，其立脚点在于问题的发现与处理，充分体现着学生科学思维.另外，实验探究能力不仅仅是对教材中实验和传统实验的简单操作，而应该更多地关注实验方案的设计与创新.本文结合具体的课例就如何发展学生的科学探究能力进行分析.

一、从想象角度着手，生成假设型问题

面对某些复杂的物理情境，教师可以通过想象来调整部分条件，进而生成假设型问题，借此来发展学生的科学思维.

比如，一个斜面放在粗糙的水平面上（如图1所示），现有一个物块从斜面上静止释放.已知物块向下加速滑动的过程中，斜面保持静止，请判断斜面与地面之间是否存在静摩擦力？如果存在，请分析其方向.

这个问题的处理本来需要将物块与斜面隔离分析，考虑到二者之间的滑动摩擦力未知，因此，这是一个相对模糊的问题，逐步讨论的工作量较大.但是，教师可以设计以下假设性问题：若地面光滑，请判断斜面体是否滑动？如果滑动，请判断滑动的方向.这个问题的处理过程中，学生无需考虑二者间是否存在摩擦，只要说明水平方向不受外力，则该方向动量守恒.因此，物块向左下方滑动，则斜面向右移动.在这个问题分析清楚之后，学生不难判断出斜面体与地面之间具有相对运动趋势，问题也就得到解决.

二、改进性实验设计，渗透创新意识

我们要借助于高中物理教学中的实验环节来发展学生的科学探究能力，首先就要渗透创新意识，其中最常用的方式就是改进实验设计，甚至可以鼓励学生参与到实验设计中.

例如“电容器的电容”这节课，为了增强学生的感觉体验，笔者从身边的废旧材料着手，自制了“电容储能演示装置”，本实验取材方便，且操作简单，能够获得最为明显的实验现象.

（1）实验器材：阻值为2kΩ左右的电阻两个，电容为2000μF左右的电容器，高亮度的发光二极管LED两只，單刀双掷开关，学生电源，导线等.

（2）实验电路：电路结构如图2所示.

（3）实验过程

按照电路图连接实验电路，先将开关拨到a处，这时6V的电源将LED1立即点亮，同时电源还将对电容器充电，直到其两端电压为6V，然后将开关断开，电容器将进入放电过程，电容器上所储备的电能可以让LED1持续维持点亮状态数十秒，因此现象非常明显.然后将开关拨到b处，电源同样让LED2成功亮起，但是因为没有电容器，断开开关时，LED2迅速熄灭.

为了促进学生对概念的理解，教师可以结合实验提出问题引导学生展开讨论.

问题1：为什么将单刀双掷开关断开后，LED1还会持续亮一阵子？

问题2：电容器是什么时候储备的能量？

（4）设计思路.任何一项物理知识大多起源于人们的直接体验，学生的学习同样如此.在物理基本概念的教学过程中，设计如上所述的实验，其目的就是要以直观而明显的实验现象给学生以强大的视觉冲击，从而为学生的概念建构奠定基础.构思以上实验的核心思路就是用大容量的电容来进行实验，通过这样的改进可以获取时间更长的放电现象，学生只有真正见识到LED长时间发光，他们才能接受电容器能够储备电荷与能量的基本认识.

教学过程中，往往将电容器类比为一个水杯，它像容纳水一样来储存电荷.这一类比非常传神，但学生却未必能够接受，毕竟电荷看不到，也摸不着，一个电容器放在手边，你怎么知道它能够容纳电荷，它是否储存着电荷？这些都是学生在学习中的疑问.为了消除电容器的神秘感，拉近学生与电容器之间的距离，教师有必要通过实验来增强学生的感性体验.