“科學(xué)探究”在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用

黃秋鋒

通過“科學(xué)探究”訓(xùn)練學(xué)生物理實驗基本能力，激發(fā)學(xué)生動手完成實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，增強學(xué)生的科學(xué)實驗探究能力，形成科學(xué)素養(yǎng)與科學(xué)精神.本文以三個典型的實驗教學(xué)案例為素材，來闡述“科學(xué)探究”的方法在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用.

1高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的教學(xué)觀念、思想方法和應(yīng)試教育的束縛下，高中物理實驗教學(xué)始終是物理教學(xué)中最薄弱環(huán)節(jié)之一.一方面，高中物理實驗教學(xué)大多停留在呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，觀察物理實驗過程，簡單完成物理實驗操作.學(xué)生實驗停留在驗證性實驗、測量性實驗、基本儀器使用的實驗上，探究性的實驗很少.另一方面，在物理實驗教學(xué)中，學(xué)生仍然是被動地照搬、照抄實驗冊里的實驗方法與步驟，缺乏實驗探究與創(chuàng)新，這樣導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)探究問題的能力得不到訓(xùn)練，自己設(shè)計實驗的能力得不到提高，從而使學(xué)生喪失觀察、思考和做物理實驗的興趣.這樣的教育觀念、教學(xué)方式大大泯滅學(xué)生的探究能力，禁錮學(xué)生的創(chuàng)新思維，這與新課程教育理念是相違背的，十分不利學(xué)生思維和能力的發(fā)展.

2“科學(xué)探究”在高中物理實驗教學(xué)中應(yīng)用舉例

什么是科學(xué)探究？科學(xué)探究就是人們在研究各類科學(xué)特別是自然科學(xué)問題時所采取的方法，它應(yīng)該包括以下幾個步驟：（1）提出問題，明確我們要研究的課題；（2）猜想假設(shè)，根據(jù)已有的理論或經(jīng)驗對問題的模型提出初步的設(shè)想；（3）接受檢驗，想辦法用實驗來驗證我們的假設(shè)和猜想；（4）不斷完善，根據(jù)實驗表現(xiàn)出來的結(jié)果修改我們的設(shè)想，使之能最后能解釋我們所面臨的問題，甚至提出新的正確的理論.在科學(xué)探究中，學(xué)生要學(xué)會問，學(xué)會猜，學(xué)會做，學(xué)會想，還應(yīng)學(xué)會相互合作.

【案例一】認(rèn)知性的“科學(xué)探究”

以高一的靜摩擦力的教學(xué)為例. “科學(xué)探究”的做法是：將同桌的兩人分為一組，自備一根棉線、一塊毛巾，提供一只彈簧秤.

提問：在水平桌面上，用彈簧秤鉤通過棉線水平拉書本，當(dāng)彈簧秤的示數(shù)很小時書不動.書本受到哪幾個力的作用？

猜想：通過受力分析，認(rèn)識一個陌生的力——靜摩擦力.

提問：逐漸增大簧秤秤對書本的拉力，書仍不動，書受到的靜摩擦力大小如何變化？

檢驗：靜摩擦力隨拉力的增大而增大.

提問：繼續(xù)增大拉力到某個值，書剛欲滑動，此時的靜摩擦力的值怎樣？

猜想：達(dá)到最大，認(rèn)識最大靜摩擦力.

提問：在書本上加放重物，觀察書本受到的最大靜摩擦力如何變化？

檢驗：最大靜摩擦力隨壓力的增大而增大.

提問：將毛巾平鋪在桌面上，再把書本放在毛巾上，重復(fù)上面的過程，同學(xué)們有何新發(fā)現(xiàn)？

完善：靜摩擦力大小與壓力、接觸面無關(guān)，最大靜摩擦力與壓力和接觸面都有關(guān).

本實驗以分組實驗進(jìn)行，重點通過“提出問題”激發(fā)學(xué)生求知欲望，教師在采用“科學(xué)探究”的方法時，要引導(dǎo)學(xué)生善于提出問題，鼓勵學(xué)生大膽提出問題.

【案例二】驗證性的 “科學(xué)探究”

以“力的合成”教學(xué)為例.傳統(tǒng)的做法是：教師用演示實驗的方法告訴學(xué)生“力的合成遵循平行四邊形定則”，然后再用一節(jié)學(xué)生分組實驗課來驗證該定則.這種的教材處理法容易使學(xué)生產(chǎn)生應(yīng)付做實驗的思想，影響對做物理實驗的興趣.而“科學(xué)探究”的做法是：把“驗證力的平行四邊形定則”的實驗整合到“力的合成”規(guī)律理論教學(xué)的過程中.

提問：如何求互成角度兩個分力的合力？

猜想：用等效的思想設(shè)計實驗，即用一個力拉動橡皮筋到某一位置，作出這個力F的圖示，再用兩個力拉動橡皮筋到同一位置，作出這兩個力F1、F2的圖示.

提問：F、F1、F2三個力圖示起點相同的情況下，它們的圖示有什么幾何關(guān)系？

檢驗：畫輔助線，連接三個箭頭末端.

提問：F、F1、F2分別是這個平行四邊形的什么邊？

猜想：分力F1、F2是鄰邊，合力F是對角線，自己猜想得出力的平行四邊形定則.

通過學(xué)生邊做邊想，大膽猜測，由學(xué)生自己探索出“力的合成遵循平行四邊形定則”，學(xué)生經(jīng)歷了新知識的形成過程中理論思維與物理實驗整合互補的過程，不僅加深了對新知識的理解，更重要的的是訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)探究能力.

【案例三】基本儀器使用中的“科學(xué)探究”

以《練習(xí)用多用表測電阻》教學(xué)為例.傳統(tǒng)的做法是：教師先入為主，反復(fù)強調(diào)“歐姆檔換檔后再測電阻必須重新調(diào)零”、“歐姆檔有×1，×10，×100，×1K的四個檔”，以及測量的讀數(shù)方法，學(xué)生是被迫接受新知識，學(xué)得很不開心.這種注入式教學(xué)是最不成功的.如果按“科學(xué)探究”的方法來設(shè)計實驗，可大大提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生強烈的求知欲.

提問：學(xué)生動手把選擇旋紐置于“×1K”檔，調(diào)零后，換為“×100”檔再短接兩根表筆觀察表針是否仍停在零歐姆處？

檢驗：表針不再停在零歐姆處，明白歐姆表換檔必須重新調(diào)零.

提問：多用表的電壓、電流表各檔和歐姆表的四檔量程有何不同？

檢驗：電壓、電流表的不同檔位的量程是不同的，歐姆表四檔的量程相同，均為0～∞.

提問：歐姆檔為何設(shè)置為×1，×10，×100，×1K的四個檔呢？測量時選檔的原則是什么？

設(shè)計方案：學(xué)生用電阻箱設(shè)置四個阻值各為幾千歐、幾百歐、幾十歐、幾歐的標(biāo)準(zhǔn)電阻，每個電阻分別用“×1，×10，×100，×1K”的四個檔測量，從中測出十六個數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)分析與處理：四個不同的檔測量同一個標(biāo)準(zhǔn)電阻，測量誤差大小不同，有的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相差較遠(yuǎn).學(xué)生立刻明白要設(shè)置四個檔的原理，檔位選擇的原則是測量誤差最小的檔.

提問：測量誤差最小時表針?biāo)傅奈恢迷谀模?/p>

結(jié)論：表針在中央刻度附近時誤差最小，是測量電阻值的選檔依據(jù).

教師應(yīng)用科學(xué)探究的方法，充分發(fā)揮了該實驗的探究功能，正確引導(dǎo)學(xué)生對實驗現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，從而使學(xué)生掌握了科學(xué)探究的實驗方法，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

3應(yīng)用“科學(xué)探究”的方法進(jìn)行實驗教學(xué)要遵循的原則

3.1構(gòu)建和諧寬松的“科學(xué)探究”實驗教學(xué)課堂環(huán)境

傳統(tǒng)教育把向?qū)W生傳授知識作為教育的唯一目標(biāo)，現(xiàn)代教育則以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為重點、以學(xué)生終生發(fā)展為教學(xué)行為的準(zhǔn)則.只有轉(zhuǎn)變教育思想觀念，才能使實驗教學(xué)功能的發(fā)掘、開發(fā)得以實現(xiàn).教師只有破除“師道尊嚴(yán)”的舊觀念，構(gòu)建和諧寬松的實驗教學(xué)課堂環(huán)境，樹立以人為本，以學(xué)生為中心主動參與的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，給學(xué)生創(chuàng)造和諧寬松的課堂環(huán)境，才能使學(xué)生敢于提問、敢于猜想、敢于動手實驗.

3.2精心設(shè)計“科學(xué)探究”實驗教學(xué)方案

第一、要有科學(xué)的教學(xué)目標(biāo).例如，在案例三中，教學(xué)目標(biāo)從傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)記憶使用規(guī)則、使用要點，會用多用電表測電阻的單一技能目標(biāo)，擴展為通過自身探究活動，從中受到科學(xué)方法和思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)提出問題、分析問題、收集處理信息、創(chuàng)造性解決問題的能力，以及通過自身探究活動培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實事求是的科學(xué)態(tài)度.第二、精心選擇探究課題，構(gòu)建學(xué)生主動學(xué)習(xí)平臺.學(xué)生不是裝知識的容器，而是主動學(xué)習(xí)，獨立思考，勇于嘗試，大膽質(zhì)疑的學(xué)習(xí)主體；教師也應(yīng)由“傳道、授業(yè)、解惑”的滿堂灌、一言堂的角色轉(zhuǎn)化為為學(xué)生選擇設(shè)計科學(xué)探究實驗課題，構(gòu)建學(xué)生主動學(xué)習(xí)、全面發(fā)展的平臺.第三、要充分訓(xùn)練學(xué)生的思維.三個案例的實踐教學(xué)過程，始終貫徹啟發(fā)式的教學(xué)原則，以科學(xué)的設(shè)問對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣.在教師精心設(shè)計、導(dǎo)演、調(diào)控下，大膽鼓勵學(xué)生探究新知識，從中體驗科學(xué)探究方法在不同問題中的應(yīng)用.

3.3正確把握“教學(xué)”與“探究”的關(guān)系

學(xué)生在科學(xué)探究中需要有自主性，學(xué)生自主性的體現(xiàn)就是具有獨立的探究行為，學(xué)生的探究行為的發(fā)生是其探究能力發(fā)展的關(guān)鍵.同時，學(xué)生探究活動的開展也要得到教師的引導(dǎo).這樣一來，教師的引導(dǎo)和學(xué)生的探究之間就構(gòu)成了一對矛盾：學(xué)生要有自主性，教師就不宜過多引導(dǎo)；但教師不引導(dǎo)，探究有時就很難進(jìn)展下去.

教師“教學(xué)”與學(xué)生“探究”的矛盾關(guān)系就是內(nèi)因和外因的辯證關(guān)系，“教學(xué)”是外因，“探究”是內(nèi)因，外因要靠內(nèi)因起作用，強調(diào)教師主導(dǎo)作用就是為了保證學(xué)生的主體作用得到充分的發(fā)揮.中學(xué)生思維活躍，不受傳統(tǒng)的定勢思維束縛，敢于標(biāo)新立異.在探究時，隨時會提出一些有價值的問題.對這些問題，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實際情況放手讓學(xué)生去討論，不要急于表態(tài)，應(yīng)讓他們主動補充或爭論.但教師絕不能放手不管，要仔細(xì)聆聽，從學(xué)生的發(fā)言中捕捉一些新的哪怕是錯誤的信息給予及時的評判和解釋，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與科學(xué)態(tài)度.