學(xué)習(xí)科學(xué)方法 體驗(yàn)探究過(guò)程 掌握物理結(jié)論

摘要：作者在進(jìn)行高中物理（粵教版）共同必修模塊的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)“科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蟆边M(jìn)行了思考與實(shí)踐。文章通過(guò)大量的實(shí)例說(shuō)明了“研究教材，用好教材，使‘科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蟆涞綄?shí)處”的具體做法，并提出了自己的思考。

關(guān)鍵詞：高中物理；教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)；科學(xué)探究

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)10(S)-0029-3

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)對(duì)物理課程的諸方面都做了清晰的定位。在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)部分，《標(biāo)準(zhǔn)》把“科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蟆焙汀氨匦弈K”、“選修模塊”并列，而且明確指出了高中學(xué)生應(yīng)該在科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)中達(dá)到的要求。這不但確定了高中物理課程中科學(xué)探究、物理實(shí)驗(yàn)的重要地位，而且對(duì)高中物理教學(xué)也指出了明確的方向。以《標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)編寫(xiě)的粵教版高中物理教科書(shū)，就是為了對(duì)高中物理課程總目標(biāo)的達(dá)成所進(jìn)行的具體實(shí)踐。本文是作者在粵教版高中物理共同必修模塊的教學(xué)中，對(duì)“科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蟆边M(jìn)行的思考與實(shí)踐。 

1 學(xué)習(xí)《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》和《標(biāo)準(zhǔn)》，強(qiáng)化科學(xué)探究理念

以前的教學(xué)由教學(xué)大綱規(guī)范。然而，沿用了幾十年的教學(xué)大綱現(xiàn)在逐漸悄然隱退了，取而代之的是國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)大綱的重點(diǎn)是對(duì)教學(xué)工作做出規(guī)定，主要表現(xiàn)的是基本的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、要求及若干教學(xué)建議，使教師更加關(guān)注知識(shí)點(diǎn)，關(guān)注學(xué)習(xí)的效果。與教學(xué)大綱相比，課程標(biāo)準(zhǔn)最顯著的變化是課程目標(biāo)發(fā)生了根本改變，使課程的功能由過(guò)去單純強(qiáng)調(diào)知識(shí)和技能轉(zhuǎn)向同時(shí)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程和方法，情感、態(tài)度與價(jià)值觀。

眾所周知，科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)始終是物理教學(xué)的重要內(nèi)容。教師在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，粵教版教科書(shū)很有特色：將實(shí)驗(yàn)做為貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)造物理情景、探索物理規(guī)律的主要手段，由過(guò)去教材中的獨(dú)立設(shè)置部份，轉(zhuǎn)變?yōu)樾陆炭茣?shū)中的有機(jī)嵌入部份，將實(shí)驗(yàn)與理論融為一體，使實(shí)驗(yàn)的過(guò)程即為學(xué)習(xí)探索的過(guò)程。除幾節(jié)專(zhuān)門(mén)的完

整探究課外，好幾節(jié)教科書(shū)的內(nèi)容中都有《實(shí)驗(yàn)與探究》的設(shè)置，讓學(xué)生可以隨堂動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，手腦并重，實(shí)施起來(lái)效果很好。這種做法，盡量考慮從學(xué)生的角度提出探究的課題，保證了實(shí)驗(yàn)探究的可行性。此外，該教材所涉及探究的內(nèi)容滲透在各章節(jié)中，并將完整探究與簡(jiǎn)單探究在形式上統(tǒng)一了起來(lái)，保證了學(xué)生形成探究的習(xí)慣和興趣的有效性。

科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的研究方法，也是高中學(xué)生重要的學(xué)習(xí)方式之一。學(xué)生在物理課程和現(xiàn)實(shí)生活的情境中，通過(guò)提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)、分析和論證、評(píng)估、交流與合作等探究性活動(dòng)，獲得了知識(shí)、技能、方法?？茖W(xué)探究關(guān)注的目標(biāo)是讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程、獲得理智和情感體驗(yàn)、積累科學(xué)知識(shí)和方法等，是一種能將三維目標(biāo)有機(jī)融合的很好的學(xué)習(xí)方式。與傳統(tǒng)的接受性學(xué)習(xí)和訓(xùn)練性學(xué)習(xí)相比較，探究性學(xué)習(xí)具有更強(qiáng)的問(wèn)題性、實(shí)踐性和開(kāi)放性。學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中，既學(xué)習(xí)了科學(xué)知識(shí)，又可以學(xué)到各種技能。同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)通過(guò)過(guò)程和方法的有機(jī)結(jié)合，還學(xué)習(xí)了科學(xué)的方法，培養(yǎng)了科學(xué)的精神和科學(xué)的態(tài)度。

通過(guò)對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》的領(lǐng)悟，我們認(rèn)識(shí)到了科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)不僅是一個(gè)教學(xué)內(nèi)容，也是一種研究方法，還是一種學(xué)習(xí)方式，更是一種理念、一種精神。

2 研究教材，用好教材，使對(duì)科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊舐涞綄?shí)處

一個(gè)完整的探究過(guò)程，從提出問(wèn)題到得出結(jié)論，要在一節(jié)課完成不容易，有時(shí)要兩節(jié)課才行。這就要求教師在指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展探究活動(dòng)時(shí)，要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的知識(shí)背景、訓(xùn)練目標(biāo)和思維的深度來(lái)靈活調(diào)控，重點(diǎn)應(yīng)放在要訓(xùn)練的主要目標(biāo)和探究的問(wèn)題上。在進(jìn)行難度較大的探究活動(dòng)時(shí)，采用由淺及深、逐步深入的方式，使探究具有層次性。具體而言，教科書(shū)中的《實(shí)驗(yàn)與探究》內(nèi)容可以簡(jiǎn)單處理，而對(duì)于《探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系》等內(nèi)容時(shí)就需要注重探究要素，力求過(guò)程完整。

探究學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，但并不忽視教師的引導(dǎo)作用。在實(shí)際教學(xué)中存在的現(xiàn)象是，教師對(duì)學(xué)生了解不夠，對(duì)科學(xué)探究的環(huán)節(jié)研究不夠，對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)雕琢不夠，教師為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只是看熱鬧或者玩玩而已。

如，必修1第二章第一節(jié)《探究自由落體運(yùn)動(dòng)》的教學(xué)，曾見(jiàn)到這樣的課堂：1．老師讓同學(xué)撕兩張大小不等的紙，然后將其揉成團(tuán)，接著從同一高度釋放，學(xué)生發(fā)現(xiàn)重的先落地。2．老師問(wèn)原因，學(xué)生說(shuō)是阻力。3.老師用牛頓管演示，說(shuō)明學(xué)生猜測(cè)正確。

實(shí)際上，這個(gè)現(xiàn)象的研究有很多細(xì)節(jié)可雕琢：1．發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：老師讓同學(xué)撕兩張大小不等的紙并揉成團(tuán)，然后從同一高度釋放，學(xué)生發(fā)現(xiàn)重的先落地。2．分析問(wèn)題：影響物體下落快慢的原因可能有哪些？在學(xué)生回答、辯論的基礎(chǔ)上，老師引導(dǎo)學(xué)生將原因分類(lèi)：外部原因和內(nèi)部原因(物體自身的原因，如重量、形狀、體積等）。3．研究問(wèn)題(體現(xiàn)變量控制的思想)：同重量的物體，下落快慢與體積(形狀)有關(guān)，學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)，然后讓學(xué)生分析原因，猜測(cè)導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是空氣阻力引起。4．實(shí)驗(yàn)探究(突出實(shí)驗(yàn)地位)：用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(牛頓管法)，演示抽去少量空氣到抽去大量空氣時(shí)物體下落的快慢，發(fā)現(xiàn)同樣重量物體下落快慢與形狀(體積)無(wú)關(guān)，確認(rèn)是空氣阻力引起的。5．解決問(wèn)題：演示不同質(zhì)量的物體在牛頓管中的下落過(guò)程并得出結(jié)論。6．驗(yàn)證結(jié)論：1971年，阿波羅飛船登上無(wú)大氣的月球后，宇航員斯科特所做的羽毛和重錘從同一高度同時(shí)釋放的實(shí)驗(yàn)。

這是學(xué)生在學(xué)習(xí)高中物理后遇到的第一個(gè)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，也許學(xué)生情況的不同會(huì)使探究的過(guò)程有所差異，但只要我們以良好的物理教學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究理念啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極參與、有意培養(yǎng)、強(qiáng)化科學(xué)思維，就能使《標(biāo)準(zhǔn)》的要求落到實(shí)處。

又如，必修1第四章《力和運(yùn)動(dòng)》中，從對(duì)F、m、a之間關(guān)系的探究到牛頓第二定律的確立，教科書(shū)用了3節(jié)的版面。如果按傳統(tǒng)的思路，按部就班就很難施教，甚至?xí)萑胍郧敖滩纳系哪莻€(gè)實(shí)驗(yàn)到底做不做、考不考的苦惱之中。實(shí)際上，對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)》和教科書(shū)加以研究后，這些問(wèn)題就會(huì)迎刃而解?！稑?biāo)準(zhǔn)》對(duì)實(shí)驗(yàn)方案并沒(méi)有具體界定，只要能達(dá)到探究目的且對(duì)中學(xué)生可行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程都可以。教科書(shū)的安排為：第二節(jié)定性探究，第三節(jié)定量探究，第四節(jié)利用高科技設(shè)備進(jìn)行精確探究，直至引出最后的結(jié)果?？梢?jiàn)，教材不但為教師對(duì)其的使用留出了很大的空間，而且針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)手段以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理也采用了不同的方法，特別是利用數(shù)據(jù)采集器(位移傳感器)輔助實(shí)驗(yàn)，不僅提高了實(shí)驗(yàn)精度，更重要的是讓學(xué)生感受到了新技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的影響，開(kāi)拓了學(xué)生思維的空間。在具體教學(xué)中，老師完全可以根據(jù)學(xué)生的情況和實(shí)驗(yàn)設(shè)施來(lái)選取(設(shè)計(jì))一種可行的最佳方案進(jìn)行探究，進(jìn)而將其它方案的要素(特色)通過(guò)一些措施逐漸貫穿到探究活動(dòng)中，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)掌握。如，我們?cè)诮虒W(xué)中安排學(xué)生采用的是“利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計(jì)時(shí)器”探究F、m、a之間的關(guān)系(教科書(shū)第三節(jié))。“利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)據(jù)采集器”的方案，由于受到設(shè)備的限制，只能在演示的基礎(chǔ)上讓學(xué)生理解其原理，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的處理。“利用斜面、小車(chē)、沙袋和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”探究的方案，則可以在以單元考試題的方式呈現(xiàn)：

某同學(xué)在學(xué)習(xí)了本章內(nèi)容后，提出了另一種在保持物體質(zhì)量m不變的條件下，研究物體加速度與合外力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案：在一塊水平放置的平整木板上放一個(gè)小木塊，對(duì)小木塊施加不同的水平外力F，使小木塊獲得不同的加速度a，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)確定出a與F間的關(guān)系。他在經(jīng)過(guò)一系列步驟后，得到小車(chē)的加速度a和水平拉力F的數(shù)據(jù)如下表1所示。

請(qǐng)你根據(jù)以上數(shù)據(jù)繼續(xù)以下工作：

1．根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，在圖示坐標(biāo)（圖1）上做出圖線。



2．根據(jù)所做出的圖線，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的主要問(wèn)題是。

3．針對(duì)存在的問(wèn)題你對(duì)他的實(shí)驗(yàn)方案的修改建議。

4．根據(jù)表中數(shù)據(jù)及所做出的圖線，可推出小車(chē)的質(zhì)量為kg左右。

研究教材，還要求教師必須對(duì)具體的科學(xué)探究及物理實(shí)驗(yàn)的要素進(jìn)行系統(tǒng)研究，然后根據(jù)具體的教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)地、有計(jì)劃地在課堂中進(jìn)行落實(shí)。完成一節(jié)一節(jié)孤立的實(shí)驗(yàn)，不是《標(biāo)準(zhǔn)》的要求，也會(huì)使物理課程失去應(yīng)有的光澤。如，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中許多地方利用了物體的重力，為什么?因?yàn)槲矬w的重力是中學(xué)實(shí)驗(yàn)中最好用的恒力。有了這個(gè)意識(shí)，恒力作用下物體運(yùn)動(dòng)的研究，學(xué)生自然會(huì)想到利用重力進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)的研究；F一定時(shí)，物體的a、m關(guān)系的研究；外力做功和物體動(dòng)能變化關(guān)系的研究；機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證等。又如，“利用圖象處理數(shù)據(jù)、根據(jù)圖象得出結(jié)論”是重要的物理方法，教科書(shū)明確寫(xiě)出的有：用s-t圖象研究勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度；用m一定時(shí)，物體的a-F圖象確定a、F間的關(guān)系；用F一定時(shí)物體的a-1/m圖象確定a、m間的關(guān)系。教學(xué)中可以根據(jù)實(shí)際選用的有：將落體法得到的紙帶數(shù)據(jù)，用s-t圖象研究，得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；將落體法得到的紙帶數(shù)據(jù)，用v-t圖象研究，得出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；用F-x圖處理“探究形變與彈力的關(guān)系”的數(shù)據(jù)，得出結(jié)論；用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)中，繪出物體下落過(guò)程中多點(diǎn)的1/2mv²-mgh圖象，得出結(jié)論等。

3 進(jìn)行科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)更有利于掌握物理知識(shí)



科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)要占用較多的教學(xué)時(shí)間，如果我們以傳統(tǒng)的思維來(lái)對(duì)待，好像會(huì)影響物理概念的理解、結(jié)論的掌握、規(guī)律的應(yīng)用。其實(shí)不然，《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)的重視，其實(shí)是還原了物理課程的本來(lái)面目。

在胡克定律的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)形變量x的理解較易出錯(cuò)，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、作圖、分析，就會(huì)大大減少這種錯(cuò)誤；在摩擦力的教學(xué)中，靜摩擦力是一個(gè)難點(diǎn)，但通過(guò)對(duì)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的決定因素探究，就可突破這個(gè)難點(diǎn)。牛頓運(yùn)動(dòng)定律、平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律這些高中物理共同必修模塊的重點(diǎn)，在新教材中展示了科學(xué)探究的全過(guò)程。科學(xué)探究過(guò)程的展現(xiàn)和讓學(xué)生親歷探究過(guò)程，改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動(dòng)發(fā)展，對(duì)物理課程的熱情和興趣的增強(qiáng)，更有利于物理知識(shí)的掌握，物理方法的獲得，物理態(tài)度的形成。

(欄目編輯鄧 磊)