把握物理核心，激發(fā)探究精神
——高中物理科學(xué)探究教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)研究

◆

(山東省昌樂(lè)及第中學(xué))

近幾年，隨著新一輪基礎(chǔ)課程改革的持續(xù)深入推進(jìn)，科學(xué)探究教學(xué)模式越來(lái)越引起人們重視，很多一線(xiàn)中學(xué)物理教師也在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了積極探索和深入思考，并且了取得一些成果。以下，筆者擬結(jié)合自身實(shí)踐及體會(huì)，針對(duì)高中物理探究性教學(xué)的核心關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行較為深入地探討，希望對(duì)相關(guān)教學(xué)工作者有所助益。

一、把握科學(xué)家用過(guò)的經(jīng)典研究方法

科學(xué)教學(xué)中的探究活動(dòng)，應(yīng)根據(jù)知識(shí)特點(diǎn)力求在學(xué)生個(gè)體在學(xué)習(xí)中的活動(dòng)過(guò)程中植入科學(xué)家探索相關(guān)規(guī)律時(shí)運(yùn)用的經(jīng)典研究方法，尤其是思維過(guò)程的顯現(xiàn)和強(qiáng)調(diào)。優(yōu)秀的教師應(yīng)當(dāng)力求達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)：讓學(xué)生在一節(jié)數(shù)十分鐘的課內(nèi)思維上“穿越”物理史上幾百年的科學(xué)歷程，從而幫助學(xué)生了解物理學(xué)家獲取經(jīng)驗(yàn)、探索規(guī)律的過(guò)程。這就要求教師給予合理的教育理想級(jí)方法的指導(dǎo)，使學(xué)生在咀嚼科學(xué)家用過(guò)的經(jīng)驗(yàn)的研究方法。比如，在“探究加速度與、力、質(zhì)量的關(guān)系”的活動(dòng)中，利用控制變量發(fā)研究和探討加速度與、力、質(zhì)量的關(guān)系，利用圖像法處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和判斷，得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，這些都是應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生深刻體會(huì)的科學(xué)研究方法。

舉個(gè)具體的例子，在自由落體運(yùn)動(dòng)的概念教學(xué)中，教師可以這樣做：

第一步：制造懸念，引出問(wèn)題。

教師：我們?cè)谏钪卸家?jiàn)過(guò)很多物體的豎直下落想象，并對(duì)之很熟悉。但是大家有沒(méi)有認(rèn)真思考過(guò)，物體為什么為落向地面？

學(xué)生：肯定是因?yàn)槭艿降厍蛑亓Φ淖饔冒　?/p>

教師：說(shuō)得對(duì)，原因是很簡(jiǎn)單的，學(xué)過(guò)物理的人都知道。那么現(xiàn)在來(lái)思考這樣一個(gè)問(wèn)題——不同的物體下落的快慢一樣嗎？

學(xué)生議論紛紛，觀點(diǎn)并不一致。

教師：要這地弄明白這個(gè)問(wèn)題，就需要我們來(lái)利用相關(guān)器材做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一番探索了！

第二步：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師讓沒(méi)對(duì)同桌商量實(shí)驗(yàn)方案如何設(shè)計(jì)。在學(xué)生討論的過(guò)程中，教師巡視并隨機(jī)問(wèn)幾對(duì)同桌他們的討論結(jié)果。大部分學(xué)生會(huì)很自然地選擇最容易想到也容易得出結(jié)果的方案，即讓兩個(gè)不同物理在相同高度處同時(shí)下落，通過(guò)觀察和記錄仔細(xì)比較每一次下落運(yùn)動(dòng)的差異。這就是“比較法”和“控制變量法”在探究實(shí)驗(yàn)中的簡(jiǎn)單體現(xiàn)。

第三步：定性實(shí)驗(yàn)探索。

在學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手操作和觀察的過(guò)程中，往往是剛得到的新結(jié)論會(huì)馬上被新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所否定，于是，在這種不斷的“由破到立”的過(guò)程中，學(xué)生的已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷重建，思維認(rèn)識(shí)不斷更新，探究氣氛也就愈來(lái)愈活躍，從而為保證探究結(jié)果典型了氣氛上的基礎(chǔ)。

第四步：成果交流。

教師：通過(guò)剛才的探究活動(dòng)，大家說(shuō)說(shuō)可以獲得什么結(jié)論？

學(xué)生在經(jīng)過(guò)集體討論后達(dá)成共識(shí)：首先，物理的豎直下落是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)；其次，物體的質(zhì)量或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是起所受重力的大小，并非影響其下落快慢的唯一條件；再次，物理所受的空氣阻力的大小，直接決定著其下落的快慢；最后，當(dāng)空氣阻力很小時(shí)，不同的物體不論形狀、質(zhì)量的差異有多大，其下落的快慢幾乎一致，由此推論，當(dāng)忽略空氣阻力時(shí)，不同物體的下落快慢相同。

接下來(lái)，為進(jìn)一步驗(yàn)證最終結(jié)論的正確性，教師可以在引導(dǎo)學(xué)生做這樣的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：當(dāng)牛頓管中的空氣被抽去形成真空，從而排除空氣阻力這一因素時(shí)，可以觀察到金屬塊和輕羽毛下落的快慢是完全一致的。這時(shí)，學(xué)生看到自己經(jīng)過(guò)探究得出的最終結(jié)論是完全正確的，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都很滿(mǎn)意，教師“趁熱打鐵”，順勢(shì)引出自由落體的概念，最終達(dá)到“水到渠成”的效果。

另外，在此探究活動(dòng)中，教師還可以結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律介紹“理想實(shí)驗(yàn)”“推理法”，結(jié)合氣體定律介紹“分析法”，結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化和守恒介紹“綜合法”，從而使學(xué)生掌握更多的科學(xué)研究方法，并引導(dǎo)學(xué)生善于運(yùn)用這些方法解決疑難問(wèn)題。

二、體會(huì)科學(xué)家經(jīng)歷的具體探究過(guò)程

教師應(yīng)根據(jù)具體情況，靈活而適當(dāng)?shù)刂v物理學(xué)家從事科學(xué)研究的一些思路和方法滲透到教學(xué)活動(dòng)中去，使每一位學(xué)生代替科學(xué)家的角色，切實(shí)體驗(yàn)科學(xué)家經(jīng)歷過(guò)的探究過(guò)程，讓教學(xué)過(guò)程成為學(xué)生主動(dòng)參與的、形成認(rèn)知體驗(yàn)的再發(fā)現(xiàn)過(guò)程。這樣，學(xué)生不僅可以通過(guò)探究活動(dòng)得到正確的結(jié)論，更重要的是可以更好地掌握知識(shí)形成過(guò)程中所蘊(yùn)含的經(jīng)典的科學(xué)思想和方法(從此點(diǎn)意義上而言，對(duì)上文中的第一點(diǎn)是必要的補(bǔ)充)，并在情感態(tài)度價(jià)值觀領(lǐng)域獲得顯著的提升和進(jìn)步。

例如，在教學(xué)牛頓第一定律時(shí)，教師應(yīng)重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生的心靈經(jīng)歷從亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系感受的理解、伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的粗略描述、笛卡爾對(duì)運(yùn)動(dòng)描述的進(jìn)一步升華，然后重點(diǎn)突出牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，加上自己在力學(xué)的思考和研究，得出了牛頓第一定律。這樣才是以學(xué)生的發(fā)展為中心，令學(xué)生積極主動(dòng)的經(jīng)歷科學(xué)規(guī)律的得出過(guò)程，有助于學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)的培養(yǎng)，為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

再如，在教學(xué)萬(wàn)有引力時(shí)，教師可以采取如下方式：首先提出問(wèn)題，由牛頓月光下觀察到蘋(píng)果落地，聯(lián)想到月亮為何不會(huì)落地？如果再高山頂上水平拋出蘋(píng)果，蘋(píng)果會(huì)落地嗎？然后探究新知，根據(jù)行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律猜想太陽(yáng)隊(duì)行星有吸引作用，他們之間的吸引力不但與蘋(píng)果落地收到的力本質(zhì)上是相同的，而且也符合相同的規(guī)律，讓學(xué)生展開(kāi)想象的翅膀，充分探究事物之間的普遍聯(lián)系，從而推廣到萬(wàn)有引力，最后通過(guò)卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。這樣，就使學(xué)生經(jīng)歷了萬(wàn)有引力的探究發(fā)現(xiàn)過(guò)程，即“假設(shè)—猜想—求證—結(jié)論—驗(yàn)證”的過(guò)程。學(xué)生通過(guò)這一節(jié)的學(xué)習(xí)，對(duì)科學(xué)探究的過(guò)程也就有了更深的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

三、感受物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的批判精神

薩頓曾指出：“向?qū)W生追溯一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的歷史，向?qū)W生指明在發(fā)現(xiàn)或發(fā)明道路上經(jīng)常出現(xiàn)的各種困難，以及科學(xué)家怎樣克服或繞開(kāi)這些困難，從而一步步達(dá)到最后的目的地，獲得科學(xué)的成果，這種做法對(duì)于啟發(fā)學(xué)生的批判意識(shí)、培養(yǎng)其批判精神具有十分顯著的作用?！迸芯竦暮诵氖菓岩删?，表現(xiàn)為不迷信權(quán)威和書(shū)本，在客觀情況的基礎(chǔ)上堅(jiān)持和鉆研真理。從歷史的觀點(diǎn)看，物理學(xué)的發(fā)展史充滿(mǎn)著反思、懷疑、批判、求真、求善、求新的過(guò)程，那是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、批判精神發(fā)揮關(guān)鍵作用的過(guò)程?？梢哉f(shuō)，正是物理學(xué)家們對(duì)真理的追求和堅(jiān)持和對(duì)固有理論的批判，不斷催生新的更完善的理論出現(xiàn)。從光學(xué)到微粒學(xué)、波動(dòng)學(xué)到波粒二象性和光子說(shuō)；從古典力學(xué)再到相對(duì)論，愛(ài)因斯坦與波爾之間就量子力學(xué)是否完備發(fā)生的長(zhǎng)期爭(zhēng)論等，都是讓學(xué)生體驗(yàn)和感受批判精神的生動(dòng)素材。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)善于將相關(guān)素材穿插講解，既增加學(xué)生興趣，也使學(xué)生的科學(xué)批判精神在潛移默化中得以逐步養(yǎng)成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)比之前述兩點(diǎn)是容易做到的，只要留心，相關(guān)素材也不難找到，這里就不再做過(guò)多展開(kāi)。

綜上所述，筆者結(jié)合自身探索實(shí)踐及體會(huì)，較為深入地探討了高中物理探究性教學(xué)實(shí)施的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。事實(shí)上，高中物理探究性教學(xué)是一個(gè)兼具深度和廣度的話(huà)題，要想使探究性教學(xué)充分發(fā)揮其意義和價(jià)值，尚需廣大一線(xiàn)教師在教學(xué)實(shí)踐中積極探索，深入思考，并善于總結(jié)。