高中物理發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的課例研究

鄧曉鈞

隨著新課程改革的深化，教育的方向慢慢指向發(fā)展學(xué)生的“能力”.什么是能力？“能力”顯然是超過“技能”的一種境界.如果將能力與科學(xué)探究相結(jié)合，很多教師會誤以為就是提高學(xué)生的實驗技能，其實則不然！科學(xué)探究也可以是理論分析與推導(dǎo)，其立腳點在于問題的發(fā)現(xiàn)與處理，充分體現(xiàn)著學(xué)生科學(xué)思維.另外，實驗探究能力不僅僅是對教材中實驗和傳統(tǒng)實驗的簡單操作，而應(yīng)該更多地關(guān)注實驗方案的設(shè)計與創(chuàng)新.本文結(jié)合具體的課例就如何發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力進(jìn)行分析.

一、從想象角度著手，生成假設(shè)型問題

面對某些復(fù)雜的物理情境，教師可以通過想象來調(diào)整部分條件，進(jìn)而生成假設(shè)型問題，借此來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維.

比如，一個斜面放在粗糙的水平面上（如圖1所示），現(xiàn)有一個物塊從斜面上靜止釋放.已知物塊向下加速滑動的過程中，斜面保持靜止，請判斷斜面與地面之間是否存在靜摩擦力？如果存在，請分析其方向.

這個問題的處理本來需要將物塊與斜面隔離分析，考慮到二者之間的滑動摩擦力未知，因此，這是一個相對模糊的問題，逐步討論的工作量較大.但是，教師可以設(shè)計以下假設(shè)性問題：若地面光滑，請判斷斜面體是否滑動？如果滑動，請判斷滑動的方向.這個問題的處理過程中，學(xué)生無需考慮二者間是否存在摩擦，只要說明水平方向不受外力，則該方向動量守恒.因此，物塊向左下方滑動，則斜面向右移動.在這個問題分析清楚之后，學(xué)生不難判斷出斜面體與地面之間具有相對運動趨勢，問題也就得到解決.

二、改進(jìn)性實驗設(shè)計，滲透創(chuàng)新意識

我們要借助于高中物理教學(xué)中的實驗環(huán)節(jié)來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，首先就要滲透創(chuàng)新意識，其中最常用的方式就是改進(jìn)實驗設(shè)計，甚至可以鼓勵學(xué)生參與到實驗設(shè)計中.

例如“電容器的電容”這節(jié)課，為了增強(qiáng)學(xué)生的感覺體驗，筆者從身邊的廢舊材料著手，自制了“電容儲能演示裝置”，本實驗取材方便，且操作簡單，能夠獲得最為明顯的實驗現(xiàn)象.

（1）實驗器材：阻值為2kΩ左右的電阻兩個，電容為2000μF左右的電容器，高亮度的發(fā)光二極管LED兩只，單刀雙擲開關(guān)，學(xué)生電源，導(dǎo)線等.

（2）實驗電路：電路結(jié)構(gòu)如圖2所示.

（3）實驗過程

按照電路圖連接實驗電路，先將開關(guān)撥到a處，這時6V的電源將LED1立即點亮，同時電源還將對電容器充電，直到其兩端電壓為6V，然后將開關(guān)斷開，電容器將進(jìn)入放電過程，電容器上所儲備的電能可以讓LED1持續(xù)維持點亮狀態(tài)數(shù)十秒，因此現(xiàn)象非常明顯.然后將開關(guān)撥到b處，電源同樣讓LED2成功亮起，但是因為沒有電容器，斷開開關(guān)時，LED2迅速熄滅.

為了促進(jìn)學(xué)生對概念的理解，教師可以結(jié)合實驗提出問題引導(dǎo)學(xué)生展開討論.

問題1：為什么將單刀雙擲開關(guān)斷開后，LED1還會持續(xù)亮一陣子？

問題2：電容器是什么時候儲備的能量？

（4）設(shè)計思路.任何一項物理知識大多起源于人們的直接體驗，學(xué)生的學(xué)習(xí)同樣如此.在物理基本概念的教學(xué)過程中，設(shè)計如上所述的實驗，其目的就是要以直觀而明顯的實驗現(xiàn)象給學(xué)生以強(qiáng)大的視覺沖擊，從而為學(xué)生的概念建構(gòu)奠定基礎(chǔ).構(gòu)思以上實驗的核心思路就是用大容量的電容來進(jìn)行實驗，通過這樣的改進(jìn)可以獲取時間更長的放電現(xiàn)象，學(xué)生只有真正見識到LED長時間發(fā)光，他們才能接受電容器能夠儲備電荷與能量的基本認(rèn)識.

教學(xué)過程中，往往將電容器類比為一個水杯，它像容納水一樣來儲存電荷.這一類比非常傳神，但學(xué)生卻未必能夠接受，畢竟電荷看不到，也摸不著，一個電容器放在手邊，你怎么知道它能夠容納電荷，它是否儲存著電荷？這些都是學(xué)生在學(xué)習(xí)中的疑問.為了消除電容器的神秘感，拉近學(xué)生與電容器之間的距離，教師有必要通過實驗來增強(qiáng)學(xué)生的感性體驗.