在高中物理教学中培养学生科学探究能力的策略

【摘 要】本文从四个方面论述在高中物理新授课教学过程中培养学生科学探究能力的策略，认为要设计精巧问题情境，激起学生科学探究的兴趣;借助课堂演示实验，培养学生猜想与设计能力;利用教材演示实验，培养学生的分析与论证能力;组建学习互助小组，培养学生的分工协作能力;以促进学生科学素养发展，培养学生的科学精神。

【关键词】高中物理 探究式教学 科学探究能力 协作能力

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）01B-0042-03

随着课程改革的逐渐深入，要求高中物理教师要从以往的填鸭式教学模式转变为探究式教学模式，使学生逐步理解科学探究的实质、了解科学探究的一般程序，并在探究物理问题或验证物理规律时使用科学探究的方法，从而使学生的科学探究能力得到培养。探究式教学是以探究为首要特征的教学方式，强调“学生为主体”，以学生的自主探究为核心，在课堂教学过程中创设适当的探究性问题，从而形成学生主动参与的学习过程。探究式教学能使学生了解、学习、使用科学探究方法，养成科学探究的良好习惯，有效培养学生的科学探究能力，增强学生解决实际问题的能力，实现素质教育的教学目的。科学探究式教学要贯穿于整个高中物理教学过程，这就要求我们教师不仅要汲取过去的教学精华，而且要更加系统、更加深入地研究教学理论，找到最适合自己的课堂教学，培养学生的科学探究能力。关于如何培养学生的科学探究能力，笔者从以下四个方面进行探讨。

一、设计精巧问题情境，激起学生科学探究的兴趣

英国著名的作家、戏剧家、诗人莎士比亚说过：“学问必须合乎自己的兴趣，方可得益。”因而如何把新课教学内容转化为精巧问题情境就成为探究式教学的关键，要将抽象深奥的教学内容融入具体浅显的环境中，呈现给学生，激起学生科学探究的兴趣。

在探究式教学中设计精巧问题情境时，教师既要考虑高中生的心理、生理特点和认识水平，又要考虑新课教学内容。只有这样才能设计出体现科学探究实质和适合学生心理、生理特点以及认知水平的精巧问题情境。高中教学对象相对于初中教学对象来说，具有更高水平的抽象逻辑思维和语言表达能力，也初步形成了独立思考的能力，这就为创设问题情境奠定了较好的基础。同时问题情境的创设要注意以下几个要点：①素材要有针对性。要深入分析和挖掘教材内容，利用教材中蕴涵的能力价值和情感价值的知识创设问题情境。②问题要有方向性和操作性。要把问题设在学生有疑问处，问题既要有一定的难度，又让学生经过努力可以解决。

在高中物理新课教学时，一般可以从几个方面设计精巧问题情境来激起学生科学探究的兴趣：①从日常生活和学生熟悉的自然现象入手设计精巧问题情境;②从课堂演示实验中出现的现象尤其是异常现象入手设计精巧问题情境;③从学生课堂、课外的亲身体验（可以是有意组织的，也可以是日常生活体验）入手设计精巧问题情境;④从分析有关物理学家们碰到的困难或问题等事实入手设计精巧问题情境;⑤从阅读有关物理学科发展的前沿新闻入手设计精巧问题情境;⑥从运用多媒体教学等现代教育技术设计出的物理情境入手设计精巧问题情境等。例如，在进行“碰撞”的教学时，可利用多媒体教育技术精确制作两个小球碰撞的物理情境—— 两小球的弹性碰撞和非弹性碰撞（包括小球的形变、坐标和所用时间等）。教师为了使学生更好地理解碰撞，两小球可以完全相同也可以不同。可以制作以下几组实验：①完全相同的两小球以很大的速度相碰撞，学生几乎看不清楚碰撞的过程，让学生猜想碰撞时两小球的情况（两小球的形变、受力、碰撞前后速度大小等）;②完全相同的两小球仍以相同的速度相碰撞，但把两小球的碰撞过程放慢，慢到可以观察到碰撞时的细节，让学生观察碰撞时两小球的情况（两小球的形变、受力、碰撞前后速度大小等），验证学生对第一组实验的猜想;③两完全相同的小球，一小球静止，另一小球以很大的速度碰撞静止小球，让学生继续猜想两小球碰撞时情况，然后放慢碰撞过程验证猜想;④两个不同的小球，一小球静止，另一小球以很大的速度碰撞靜止小球，让学生继续猜想两小球碰撞时情况，然后放慢碰撞过程验证猜想。利用现代技术可以让学生了解日常生活中难以观察到的现象，以有效激起学生科学探究的兴趣。

一节比较成功的探究式教学课，应该是使教学主体带着强烈的探究欲望，活泼又紧张地全程参与到教学过程中去，让整个课堂能够围绕教学主题步步深入，层层推进，直至使教学主体获得新知的课堂。

二、借助课堂演示实验，培养学生猜想与设计能力

教育心理学认为，学习兴趣一般是由“好奇—求知—爱好—入迷追求”的过程形成的。在探究式课堂教学中，教师应该在了解学生的认识水平和心理特点的基础上按照这一过程的要求设计好课堂教学的过程。由于学生在猜想的时候提出的假设不可能完全按照老师的思路，这就要求教师对学生可能提出的假设提前做好相应的准备。提前准备好可供验证或反证学生可能提出的假设的实验器材、相关资料或图片等，适时适量地提供与揭示科学概念有关的、有吸引力的、使用时有安全感并适合学生自行探索的材料。同时也要知道，帮助学生猜想，也是体现新课标理念下教师为“主导”的作用，因此教师在教学中要善于刺激和帮助学生进行猜想。

在实际课堂教学时，教师如果没有做好“主导”作用，那么学生提出的猜想就可能五花八门或者根本就提不出猜想。怎样避免这两种情况发生呢？这就要求教师对平时教学工作进行不断摸索和总结。如在探究静摩擦力的大小可能与什么因素有关时，学生是在学习了滑动摩擦力之后才学习的，如果教师没有做好引导，那么学生的猜想就很可能受到滑动摩擦力的影响。学生可能会猜想静摩擦力跟滑动摩擦力一样，可能与压力大小有关，与摩擦面的粗糙程度有关，可能与材料有关，等等。如果所有的猜想都要设计实验进行验证，那么在有限的课堂时间内是不可能做到的，这时可以用简单的课堂演示实验进行引导。例如，验证静摩擦力与压力大小是否有关时，让两个质量不同的物体放置在相同的水平桌面上，用弹簧秤对两物体施加相同大小的水平拉力，让学生利用简单的水平方向二力平衡分析是否与压力有关。这样学生的猜想就有了明确的导向性。教师要适当地引导学生进行猜想，并逐步验证，只有这样才能顺利达到课堂教学目标。

再如，学生在学习物体的動能之后，探究物体重力势能的大小可能与哪些因素有关时，可以类比探究物体的动能的大小可能与哪些因素有关的方法。给出重力势能的定义“物体由于被举高而具有的能叫重力势能”，定义中的关键词为物体、被举高和重力。这样就可以根据关键词进行猜想，关于“物体”可能猜想到的有密度、体积、质量等，关于“被举高”可能猜想到高度等，关于“重力”可能猜想到的不仅仅是物体的密度、体积、质量，还应该与物体所处的地理位置（重力加速度）有关。然后进一步分析，物体的密度相同时体积越大质量越大;而物体的体积相同时，密度越大质量越大，因此密度和体积都是与质量有关。被举高是指什么高度呢？是指物体相对于地面的高度还是物体相对于原来位置的高度？可简单分析，如果是相对于地面的高度，那么一个物体如果就位于地面，并没有被举高，那么如何计算它的重力势能呢？这样就可以得到“被举高”并不是简单地指相对于地面的高度，而是指物体相对于原来位置的高度，或者说是高度差;再考虑是否与重力加速度有关。这样才能设计合理的实验进行验证，水到渠成地得到结论。

在课堂演示实验教学过程中，可能会出现相互矛盾的实验现象或者没有达到实验目的的失败性实验，失败性实验常常更能设计出激发学生探索兴趣的问题。爱迪生说过，失败也是我所需要的，它和成功一样对我有价值。因此教师可以在教学过程中选取失败性实验作为素材，引导学生运用科学探究的方法分析、解释失败性实验，从而达到培养学生的科学探究能力的目的。

三、利用教材演示实验，培养学生的分析与论证能力

分析就是对已有的资料和数据进行归类、整理，通过分析、归纳等思维方法，找出在这些资料和数据背后的规律和实质。论证就是把已有的资料、数据和猜想与假设联系起来，分析它们之间有无关系或有何关系，能否由已有的资料、数据证明或者证伪猜想与假设。培养学生的分析与论证能力是培养科学探究能力的重要组成部分。例如，在高中物理的电阻定律教学中，学生可在教师的引导下设计并完成以下几组实验：①测量同种材料、同样粗细、不同长度导线的电阻值;②测量同种材料、同样长度、不同粗细导线的电阻值;③测量粗细相同、同样长度、不同材料导线的电阻值。通过实验获得了以下几个结论：①同种材料、同样粗细的导线，长度越大，电阻值越大;②同种材料、同样长度的导线，越粗电阻值越小，越细电阻值大;③粗细相同、同样长度、不同材料导线的电阻值，一般不同。学生通过对这几组实验结果进行分析和归纳后，最终得到影响导体电阻的因素（定性分析），然后在教师的进一步引导下得出电阻定律。

再如，在探究弹力和弹簧伸长的关系实验中，学生和老师设计、演示以下实验并记录数据：①测量弹簧竖直悬挂静止时的长度;②测量弹簧竖直悬挂且下端悬挂一个钩码静止时的长度;③测量弹簧竖直悬挂且下端悬挂 2 个钩码静止时的长度。刚开始学生分析时可能发现各长度与悬挂钩码个数（弹簧受到的拉力）没有简单的正比例关系，再进一步分析才可能发现弹簧伸长的长度（伸长量）与悬挂钩码个数（弹簧受到的拉力）有简单的正比例关系。这种结合实验的探究式教学，使学生的分析与论证能力得到培养，达到本节课的教学目标。

四、组建学习互助小组，培养学生的分工协作能力

法国著名的寓言诗人拉封丹说：“若不团结，任何力量都是弱小的。”现在社会分工越来越细，单靠一个人的力量往往难以胜任一些工作，必须要有分工协作的精神，因此培养学生的分工协作能力也是培养学生科学探究能力的有机组成部分。在高中物理新课教学过程中组建学习互助小组，是一种比较适合实际的培养学生分工协作能力的方式。实际操作时要具体情况具体分析，一般说来，教师事先展示本节课要达到的学习目标、探究的主要内容（由于时间限制，探究内容一定要精），并要求各学习互助小组形成自己的结论等。然后以学习互助小组为单位进行实验设计和操作，并对实验得到的实验数据及结论进行讨论和交流。比如，在高中物理的牛顿第二定律教学中，探究物体的质量和物体受到的合外力对物体加速度的影响时，可以采用学习互助小组探究的方法。不同的学习互助小组分别探究物体的质量和物体受到的合外力对物体加速度的影响，然后各小组对实验结果进行讨论、交流。如此，不仅学生动手解决问题的能力得到了提高，分工协作能力也得到了很好的培养。

再如，在高中物理的电场线教学中，探究三种典型电场的电场线分布时，也可以采用学习小组分工合作的方式，以小组为单位分别描绘出点电荷电场、等量同种电荷和等量异种电荷的电场线分布。然后让小组之间进行交流、讨论，看各小组所描绘的电场线正确与否，电场线的分布为什么是这样的，三种电场线之间有无内在联系，等等。这样既能培养学生的分析论证能力，又能培养他们的分工协作能力。

总而言之，探究式教学在高中物理新授课中的应用，可使教学方式从着重知识的灌输、传承和积累向积极主动地探究学习转变，更好地激发学生科学探究的兴趣。在探究式教学中，能够更好地借助课堂演示实验，培养学生猜想与设计能力;利用教材演示实验，培养学生的分析与论证能力;组建学习互助小组，培养学生的分工协作能力。在教学中如果能从这四个能力培养着手，那么就可更有效地培养学生的科学探究能力。

【作者简介】李水泉（1977— ），男，汉族，江西赣州人，中学一级，现就职于广东省罗定中学。

（责编 卢建龙）