高中物理如何培养学生科学探究能力

高中物理如何培养学生科学探究能力

温岭二中金玲美

探究性学习是从科学领域或从现实社会生活中选择和确定研究主题，在教学中，创设一种类似于学术（或科学）研究的情境，学生在教师的指导下，通过学生自己自主、独立地发现问题，以及实验、操作、调查、搜集与处理信息，表达与交流等探索活动，获得知识、技能、情感与态度的发展，特别是获得探索精神和创新能力发展的学习方式和学习过程。高中《物理课程标准》更是将科学探究放到了前所未有的高度，目的在于将学生学习的重心从过分强调知识的传承与积累向培养学生的探究能力转化，让学生从被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生实事求是的科学素养、科学探究的能力、敢于探索的创新精神。在物理教学中，教师应该创设多样化的教学情境，重视学生科学探究能力的培养。

1、注重实验教学，使之成为培养科学探究能力的重要途径

物理学是一门以实验为基础的自然科学。高中物理新课程的各个模块均安排了一些典型的物理实验，对其所要解决的问题进行了精彩的验证或探索。物理实验从确立实验目的到设计实验直至最后的结果分析，其实验过程实质就是科学探究的过程，因此物理实验是培养学生科学探究能力的重要途径。然而，过去教师在教学过程中，往往是应用经过几次消化了的材料来讲授，或者经过抽象的理论分析加以表述，把已有的知识进行系统归纳，形成简明扼要的理论体系。比如研究变压器的输出电压与哪些因素有关的问题时，教材即是以变压器的结构与原理为切入点，简明扼要从理论上推导出了的结论。这样的结论当然是必要的，但是这样的教学方式，往往会造成学生对科学概念的产生和发展的误解，以为什么结论都可用数学方式推导出来，失去了对观察实验的兴趣，使学生们不了解科学结论到底来自何方。为了培养学生科学探究的能力，我们可以以实验为载体，把输出电压与哪些因素有关的问题尽可能设计成富有探究性、创造性，并具有可操作性的实验或实践课题。比如：、（1）提出问题：由教师直接提问变压器的输出电压与哪些因素有关？

（2）猜想与假说：由学生思考并互相补充得出输出电压可能会跟输入电压、原副线圈匝数、电流频率、铁芯等因素有关。

（3）制定计划与设计实验：引导学生制定利用控制变量法来进行实验的计划，思考需要测量的数据与可能需要的实验器材，如电源、原副线圈可变的变压器、多用电表等。

（4）进行实验和收集证据：对学生进行分组，并各选择一个因素进行实验研究。

（5）根据证据进行解释：由各组选派代表，提供实验数据并作出解释：与铁芯、频率无关。

（6）交流与检验：引导学生从理论上推导结论，将其与学生的实验结论进行比较，引导学生进行实验误差分析。

事实证明，学生通过实验获得的学习效果与科学探究能力发展，比教师做演示实验或在黑板上讲理论的效果要好得多。只有在实验基础上建立了正确的、经得起实践检验的理论，才能由表及里，达到对客观事物的规律性认识。创造条件加强探究性实验教学，是培养学生实践操作和科学探究的能力、发展新知的重要途径。

2、渗透物理学史，使之成为培养科学探究能力的有力示范

物理学史是人类在物理领域认识自然、改造自然、获得知识的历史记录。无数的科学家为物理学大厦的构筑付出了艰辛的劳动，才结出了今天造福万民的智慧之果。人们在回顾物理学史时总会感慨万千，而在以往的，我们通常更关注物理学科知识对于学生科学态度、科学精神的教育，而忽视了物理学史在培养学生科学探究能力的示范作用。

物理学的每一步发展，都离不开科学探究；物理学的科学观和研究方法的演化、变革与发展就是一个探究的过程。在这过程中，存在着许多有价值的历史争论，尽管在物理教材的知识体系中并未留下太多痕迹，但是如果我们能适度地涉及这些内容，无疑会让学生随着历史的争论而深入当初科学探究的每一环节中去。比如牛顿在1672年发表了《关于光和色的新理论》一文，认为光具有微粒的性质，在当时就引起了物理学界极大的争论，胡克就曾质问牛顿为什么光束相交时不发生碰撞（即“光为什么不为光自身所散射”）。托马斯•杨通过双缝干涉实验证明了“光的波动说”的正确。从“光的微粒说”到“光的波动说”，再到“光的波粒二象性学说”的提出，其中所包含的对于科学的每一次质疑与推敲，都会给学生以极大的智慧启迪。科学家的思路是怎么产生的，他是如何思考的，他用了哪些方法质疑，从哪些角度质疑，而最终这些疑问又是怎样在实验和理论研究中得以深入并最终获得结论的，而这些结论还有哪些疑问等等。

所以，物理学史本身作为科学探究的历史，也应当让其更加突出探究历程，为学生进行自己探究开阔思路，加深对科学探究过程的理解并发展科学探究能力，使教育功能更加完善地得以发挥。

3、授以方法，为培养科学探究能力寻找路径

能力与方法是密切相关的，教师要培养学生科学探究能力，就意味着要帮助他们掌握完成某种科学任务的方法。物理学方法是指人们在学习或研究物理问题的过程中发现问题、提出假说、搜集事实、作出解释论证等所遵循的途径和使用的手段，实际上是思维的方法和程序。物理学研究方法，主要是以观察和实验为基础，经过科学抽象，运用数学工具，概括总结出实验规律，然后经过实践的检验，发展为物理理论。

物理学方法是物理学发展的灵魂，是以知识学习到能力发展的桥梁。物理学方法是指物理学的具体科学方法，通常认为有：观察法、实验法、理想化方法、类比方法、假设方法和数学方法六种。教师如果能以物理学方法为线索组织教学过程，实施知识教学与物理学方法教育的良好结合，必然使教学过程更符合学生的认识规律，也更有利于培养学生的科学探究能力。

例如，在库仑定律的教学中，教师不必要求学生预习，直接在上课之初先让学生进行两个带电体之间相互作用力的大小可能与哪些因素有关的猜想。猜想是探索性实验的前提，学生可能会想到：带电体的形状，大小，两带电体带电的多少，两带电体间的距离，两带电体间的介质等。然后，再让学生考虑这么多的因素怎么研究，有没有主次之分，哪些是主要因素，哪些是次要因素，次要因素在什么条件下可以忽略，等等。当还剩下“电荷量”和“距离”两个因素时，再让学生考虑两个因素对作用力的影响如何思考，并提出控制变量法。这样模拟科学家的探索过程使学生体会与学习物理学方法，达到理想的教学效果。

4、建构物理概念规律，培养学生科学探究的能力