如何在高中物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究教育

沈磊

摘要：科學(xué)探究能力是新課改背景下高中物理教學(xué)對學(xué)生提出的新要求，主要包括提出問題、猜想和例證、實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、評估、交流合作等七個(gè)要素。本文以牛頓萬有引力的教學(xué)為例，探索了高中物理教學(xué)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)策略。結(jié)果顯示對于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)需要以學(xué)生為主體，注重培養(yǎng)其大膽猜想假設(shè)的能力以及評估實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)其科學(xué)精神、意識和價(jià)值觀，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和創(chuàng)新科學(xué)探究能力的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)探究；猜想；評估實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0221-02

在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)是學(xué)生的主要學(xué)習(xí)目標(biāo)，也是高中物理教學(xué)過程中需要貫徹的方針，應(yīng)該大力開展能夠發(fā)揮學(xué)生主觀能動性和積極性的科學(xué)探究學(xué)習(xí)方式。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是新時(shí)代學(xué)生發(fā)展的需要，也是一種具有長遠(yuǎn)目光的教學(xué)方式，尤其對于科研性極強(qiáng)的高中物理來說更是極為必要的。一般來說在，科學(xué)探究中所包含的要素主要有：提出問題、猜想和例證、實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、評估、交流合作等。本文以萬有引力定律為例，對高中物理教學(xué)中如何實(shí)施科學(xué)探究教育進(jìn)行了探索。

一、萬有引力定律

萬有引力定律是偉大的科學(xué)家牛頓在1687年發(fā)表在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上的，其基本理論為自然界中所有的物體都具有引力，引力的大小和物體的質(zhì)量乘積成正比，和兩者之間的距離的平方成反比，和物體的物理化學(xué)性質(zhì)無關(guān)。公式如下：F=G。式中：G=6.67×10-11N·m2/Kg2。萬有引力定律是17世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，是牛頓根據(jù)地球和太陽的引力猜想出來的一種關(guān)于地球?qū)χ車矬w之間引力的定律，將開普勒的行星運(yùn)動和伽利略的落體與拋體運(yùn)動規(guī)律聯(lián)系起來，是人類科學(xué)的一次巨大進(jìn)步。在關(guān)于萬有引力定律的科學(xué)探究教育課中，教師應(yīng)該著重帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)牛頓的思想，注重“猜想與假設(shè)”、“分析與論證”、“評估交流與合作”等科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

二、高中物理教學(xué)探究能力培養(yǎng)策略

猜想是科學(xué)探究的基礎(chǔ)，在進(jìn)行學(xué)習(xí)之初，學(xué)生就應(yīng)該通過認(rèn)真的思考來分析問題，給出合理的猜想，然后通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來對猜想進(jìn)行評估和驗(yàn)證，最終得到一個(gè)結(jié)論。在高中物理教學(xué)中，學(xué)生猜想能力和評估交流能力是科學(xué)探究教育的關(guān)鍵因素。

1.培養(yǎng)學(xué)生猜想能力。猜想假設(shè)是進(jìn)行科學(xué)研究的第一步，適當(dāng)?shù)牟孪脒€可以調(diào)動學(xué)生的積極性。萬有引力定律本來就是牛頓通過猜想，然后驗(yàn)證得來的。通過猜想地球和太陽之間的吸引力與地球和周圍物體之間的吸引力是否遵從相同的規(guī)律，猜想的依據(jù)是行星因?yàn)楹吞栔g的引力而難以飛離太陽，而進(jìn)一步猜想物體難以離開地球是否也是因?yàn)榇嬖谝?，然后再猜想這個(gè)力在距離很遠(yuǎn)的地方也不見衰減，所以這個(gè)力必然延伸到很遠(yuǎn)的地方。而在有限的教學(xué)時(shí)間里，牛頓驗(yàn)證的相關(guān)歷史資料可以放在課外閱讀，課上只需要引導(dǎo)學(xué)生如果萬有引力定律的猜想是正確的，那么月球在軌道上運(yùn)動的向心加速度和地面重力加速度的比值，應(yīng)該和地球半徑以及月球軌道半徑有關(guān)，且應(yīng)該是半徑平方的比值，即1/3600。隨即可以讓學(xué)生利用已有的圓周知識來驗(yàn)證猜想，然后繼續(xù)猜想是不是任意兩個(gè)物體之間都存在這樣的力？這樣經(jīng)過一系列的猜想，一個(gè)萬有引力定律雛形就顯現(xiàn)而出了。這些猜想也是建立在適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法上的，首先應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的已有知識，讓其自主聯(lián)想。其次要善于引導(dǎo)學(xué)生說出猜想，不要不敢說，就算錯(cuò)了也要說，讓學(xué)生明白猜想只是一種科學(xué)探究能力，并無對錯(cuò)之分。教師要善于鼓勵(lì)學(xué)生的猜想，提高學(xué)生的自信心。最后就是要營造一個(gè)民主的課堂，讓學(xué)生沒有壓力，暢所欲言，教師善于引導(dǎo)學(xué)生不同的思想進(jìn)行碰撞，循序漸進(jìn)地掌握科學(xué)探究能力。推理、假設(shè)、猜想、檢驗(yàn)就是最基礎(chǔ)的科學(xué)探究能力，既說明了科學(xué)猜想需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，也說明了創(chuàng)造性的假設(shè)加上一定的數(shù)學(xué)邏輯思想也是科學(xué)探究的方法之一。

2.評估交流。猜想是否正確，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是一個(gè)方法，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想是一種應(yīng)用非常廣泛的科研方法，但是實(shí)驗(yàn)畢竟實(shí)驗(yàn)，無論是實(shí)驗(yàn)方案還是實(shí)驗(yàn)過程都是人為，和理想的理論模型還存在很大的差距，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論難免存在一定的偏差，所以在科學(xué)探究能力的培養(yǎng)中，需要合理看待評估的數(shù)據(jù)偏差，注意鑒別實(shí)驗(yàn)的合理性，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果去偽存真，盡可能得到合理的結(jié)果。（1）建立理想模型。牛頓萬有引力定律的研究并不是從開始的時(shí)候就按照自然界的真實(shí)情況來的，而是從物理現(xiàn)象衍生出來的反映事物本質(zhì)的理想模型，從而便于進(jìn)行計(jì)算研究，探索物體的運(yùn)動規(guī)律。隨后通過將理想模型和實(shí)際事物進(jìn)行比較，進(jìn)行修正就可以得到基本符合真實(shí)世界的物理模型。萬有引力定律一開始研究的是客觀物體，后來演變成質(zhì)點(diǎn)，最后又變成客觀物體，這樣的修正過程正是科學(xué)探究能力培養(yǎng)模式。（2）善于評估實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證猜想的途徑，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行猜想的驗(yàn)證，盡可能保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境和計(jì)劃的合理性，得出較為合理的結(jié)果。然而評估實(shí)驗(yàn)的結(jié)論和學(xué)習(xí)的知識理論肯定存在一定的差異，通過對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評估，首先查找實(shí)驗(yàn)中是否有不合理的地方，是否過于單一、片面，然后要學(xué)會找出出現(xiàn)差異的原因，評估這種差異對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，通過評估對知識理論具有更深的印象，要多多評估，切記以偏概全，提高科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

三、結(jié)論

科學(xué)探究能力是新形勢下對于學(xué)生培養(yǎng)的新要求，在高中物理教學(xué)中要注重學(xué)生對于物理現(xiàn)象敢于猜想的能力，引導(dǎo)他們一層一層猜想事物的本質(zhì)，隨后通過理想模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異來評估交流，找到科學(xué)探究的本質(zhì)。當(dāng)然對于科學(xué)探究的能力培養(yǎng)，教師要以學(xué)生為主體，假設(shè)、猜想、驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)、評估的過程也不能變，物理學(xué)習(xí)的科學(xué)意識、精神和價(jià)值觀的培養(yǎng)需要大膽的洞察力和猜想，就像牛頓一樣，在進(jìn)行萬有引力定律的研究中歷經(jīng)很多挫折，但是都頑強(qiáng)進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，這樣一種情感價(jià)值觀也是科學(xué)探究能力培養(yǎng)的一個(gè)重要方面。真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)造力和科研精神的培養(yǎng)，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的科研價(jià)值觀，激勵(lì)自我，不斷進(jìn)步。