科學(xué)探究在物理教學(xué)中的應(yīng)用

王瑞

【摘 要】本文以一節(jié)課堂教學(xué)實(shí)例為例，論述科學(xué)探究對(duì)提升學(xué)生核心素養(yǎng)的作用。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究;核心素養(yǎng);物理教學(xué)

在新課標(biāo)、新課程背景下，教育部指出：新高考背景下，如何把物理核心素養(yǎng)落實(shí)到課堂教學(xué)中，是目前我們應(yīng)首要解決的問題。物理核心素養(yǎng)四要素分別是：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制作方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素?？茖W(xué)探究能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性，并讓學(xué)生親身體驗(yàn)到通過自己努力獲得知識(shí)的快樂。這樣既能開拓學(xué)生的思維領(lǐng)域，又能培養(yǎng)學(xué)生研究問題的科學(xué)方法?？茖W(xué)探究是指在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí)和技巧，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探索物理概念或規(guī)律，從而獲得知識(shí)的方法，其模式可歸納為以下五個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）教師創(chuàng)設(shè)物理情景，提出要解決的問題;

（2）引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)問題進(jìn)行思維活動(dòng)，提出合理的猜想;

（3）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證猜想，共同討論并確定最佳實(shí)驗(yàn)方案;

（4）根據(jù)最佳方案進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，從而得到正確結(jié)論，獲得知識(shí);

（5）引導(dǎo)學(xué)生將從探究中得到的知識(shí)加以應(yīng)用。

下面是“玻意耳定律”的課堂教學(xué)實(shí)例，希望能給大家一點(diǎn)參考。

1.創(chuàng)設(shè)情景

展示一杯染紅的水，一個(gè)兩端開口、粗細(xì)適度的玻璃管，一個(gè)裝有清水的杯。

提出問題：你能否在不移動(dòng)兩個(gè)杯子的情況下將紅色的水送至裝有清水的杯中？

有學(xué)生演示玻璃管插入水中后，用大拇指堵住上端開口，然后奇跡般地將水提出來，再送入空杯后，松開堵住玻璃管上開口的大拇指，水流入杯中。

教師提出問題：是什么原因使剛才的水被提了出來？

學(xué)生大都能據(jù)初中所學(xué)知識(shí)回答是大氣壓的作用。

教師提問：被堵住的氣體有沒有氣壓？

學(xué)生：有！

教師：管外有氣壓，管內(nèi)有氣壓，為什么水還能被提起來？

學(xué)生答：管內(nèi)外氣壓不等。

教師進(jìn)一步提問：管內(nèi)氣壓大還是管外氣壓大？

學(xué)生答：管外氣壓大。

教師：在剛堵住管口而沒有向上提時(shí)其壓強(qiáng)與外氣壓一樣大嗎？

學(xué)生答：一樣大。

教師：為什么提起來后管內(nèi)壓強(qiáng)比管外小了？請(qǐng)大家討論三分鐘，并自由發(fā)言。

教師在學(xué)生發(fā)言的基礎(chǔ)上引導(dǎo)分析：這很可能是由于水有重力作用，往下掉的同時(shí)導(dǎo)致管內(nèi)封閉氣體體積變大而導(dǎo)致其壓強(qiáng)減小的結(jié)果。說明被封閉的一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)與體積是相互聯(lián)系的。再根據(jù)學(xué)生日常熱脹冷縮的生活經(jīng)驗(yàn)指出，如果給管內(nèi)封閉氣體加熱水會(huì)繼續(xù)往下掉，是由于在氣體體積未變時(shí)溫度升高壓強(qiáng)變大的緣故，指出一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)還與溫度有關(guān)。

教師：氣體的壓強(qiáng)P、體積V、溫度T是相互聯(lián)系的，那么要研究這三個(gè)量之間的關(guān)系，思路應(yīng)如何呢？

學(xué)生回答：先保持其中一個(gè)量不變，確定另外兩個(gè)量的關(guān)系，再研究三個(gè)量同時(shí)變化時(shí)所遵循的規(guī)律（控制變量法），教師指出，這節(jié)課要研究的是——一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度不變時(shí)，它的壓強(qiáng)與體積有什么關(guān)系？

2.進(jìn)行猜想

有學(xué)生說：氣體的體積增大，壓強(qiáng)也隨之增大，它們之間可能成正比;有的持相反意見，認(rèn)為氣體體積增大，壓強(qiáng)會(huì)減小，壓強(qiáng)與體積可能成反比等。

教師不表態(tài)，指出：“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來研究?！?/p>

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

要求各組（四人為一組）獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要考慮以下幾個(gè)問題：

（1）如何獲得一定質(zhì)量的氣體;

（2）如何保持其溫度不變;

（3）如何多次改變氣體的體積與壓強(qiáng)，并能測(cè)出每次體積與壓強(qiáng)的數(shù)值。

學(xué)生根據(jù)老師的提示，設(shè)計(jì)了多組實(shí)驗(yàn)，教師在多組實(shí)驗(yàn)中選出甲、乙、丙三組實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行總結(jié)、評(píng)估。

甲、乙、丙回答問題（1）：氣體體積可先量出管內(nèi)氣體長(zhǎng)度，乘以橫截面積即可。

甲組回答問題（3）：通過氣壓計(jì)讀出外界壓強(qiáng)，再通過兩管水銀柱高度差算出封閉氣體壓強(qiáng)，由于是軟管，可以多次實(shí)驗(yàn)，讀出多組數(shù)據(jù)。

乙組回答問題（3）：提高或降低管頂?shù)母叨?，封閉氣體的體積會(huì)改變，從而壓強(qiáng)也改變，平衡后，可從管內(nèi)和槽中水銀面高度差及氣壓計(jì)算出封閉氣體壓強(qiáng)，多次這樣提高或降低管頂?shù)母叨龋勺x出多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

丙組回答問題（3）：傾斜U型管，可多次改變氣體體積及壓強(qiáng)，壓強(qiáng)可由兩管水銀面高度差及氣壓計(jì)讀出的大氣壓算出。

此外，三組實(shí)驗(yàn)只要每個(gè)實(shí)驗(yàn)都同時(shí)操作，均能保持溫度不變。

4.評(píng)價(jià)

教師：上面幾組的設(shè)計(jì)非常精妙，也符合實(shí)驗(yàn)要求。但哪個(gè)測(cè)量得更準(zhǔn)確，操作更簡(jiǎn)便呢？

學(xué)生討論，發(fā)表見解，最后確定甲方案在測(cè)量上更準(zhǔn)確、操作上更簡(jiǎn)單，為最佳實(shí)驗(yàn)方案。

5.分組實(shí)驗(yàn)，取得數(shù)據(jù)

h——兩管水銀面高度差 P——密閉氣體壓強(qiáng)

L——密閉氣體長(zhǎng)度

6.由于氣體的體積V增大時(shí)，壓強(qiáng)P就減少，所以首先想到它們之間可能成反比，隨即提出兩種驗(yàn)證方法

（1）看P、V乘積是否為一恒量;

（2）畫出p—1/V的圖像，看看是否為一條過原點(diǎn)的直線。

7.得出結(jié)論并應(yīng)用

從數(shù)據(jù)中得到玻意耳定律并再次強(qiáng)調(diào)它得出的實(shí)驗(yàn)條件，應(yīng)用時(shí)要注意是否滿足這些條件。

在物理教學(xué)中，還有很多知識(shí)可采用科學(xué)探究的方式，如 “胡克定律”“電阻率”等，從教學(xué)實(shí)踐效果來看，這種教學(xué)模式不僅使得課堂變得活躍，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力、動(dòng)手能力、自我解決問題的能力、合作精神，以及對(duì)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的提高，都行之有效，學(xué)生的核心素養(yǎng)也會(huì)隨之提高。