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学习科学方法 体验探究过程 掌握物理结论

作者：周 涌

来源：《物理教学探讨》2008年第19期

摘要：作者在进行高中物理（粤教版）共同必修模块的教学过程中，对“科学探究及物理实验能力要求”进行了思考与实践。文章通过大量的实例说明了“研究教材，用好教材，使‘科学探究及物理实验能力要求’落到实处”的具体做法，并提出了自己的思考。 关键词：高中物理；教学；物理实验；科学探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)10(S)-0029-

《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《标准》)对物理课程的诸方面都做了清晰的定位。在内容标准部分，《标准》把“科学探究及物理实验能力要求”和“必修模块”、“选修模块”并列，而且明确指出了高中学生应该在科学探究和物理实验中达到的要求。这不但确定了高中物理课程中科学探究、物理实验的重要地位，而且对高中物理教学也指出了明确的方向。以《标准》为依据编写的粤教版高中物理教科书，就是为了对高中物理课程总目标的达成所进行的具体实践。本文是作者在粤教版高中物理共同必修模块的教学中，对“科学探究及物理实验能力要求”进行的思考与实践。

1 学习《基础教育课程改革纲要(试行)》和《标准》，强化科学探究理念

以前的教学由教学大纲规范。然而，沿用了几十年的教学大纲现在逐渐悄然隐退了，取而代之的是国家课程标准。教学大纲的重点是对教学工作做出规定，主要表现的是基本的教学目标、内容、要求及若干教学建议，使教师更加关注知识点，关注学习的效果。与教学大纲相比，课程标准最显著的变化是课程目标发生了根本改变，使课程的功能由过去单纯强调知识和技能转向同时关注学生学习的过程和方法，情感、态度与价值观。

众所周知，科学探究和物理实验始终是物理教学的重要内容。教师在教学中发现，粤教版教科书很有特色：将实验做为贯穿在整个教学过程中创造物理情景、探索物理规律的主要手段，由过去教材中的独立设置部份，转变为新教科书中的有机嵌入部份，将实验与理论融为一体，使实验的过程即为学习探索的过程。除几节专门的完

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整探究课外，好几节教科书的内容中都有《实验与探究》的设置，让学生可以随堂动手实验，手脑并重，实施起来效果很好。这种做法，尽量考虑从学生的角度提出探究的课题，保证了实验探究的可行性。此外，该教材所涉及探究的内容渗透在各章节中，并将完整探究与简单探究在形式上统一了起来，保证了学生形成探究的习惯和兴趣的有效性。

科学探究和物理实验是物理学的研究方法，也是高中学生重要的学习方式之一。学生在物理课程和现实生活的情境中，通过提出问题、猜想与假设、制定计划或设计实验、进行实验和收集证据、分析和论证、评估、交流与合作等探究性活动，获得了知识、技能、方法。科学探究关注的目标是让学生经历探究过程、获得理智和情感体验、积累科学知识和方法等，是一种能将三维目标有机融合的很好的学习方式。与传统的接受性学习和训练性学习相比较，探究性学习具有更强的问题性、实践性和开放性。学生在科学探究过程中，既学习了科学知识，又可以学到各种技能。同时，学生在学习时通过过程和方法的有机结合，还学习了科学的方法，培养了科学的精神和科学的态度。

通过对《标准》的领悟，我们认识到了科学探究及物理实验不仅是一个教学内容，也是一种研究方法，还是一种学习方式，更是一种理念、一种精神。

2 研究教材，用好教材，使对科学探究及物理实验能力的要求落到实处

一个完整的探究过程，从提出问题到得出结论，要在一节课完成不容易，有时要两节课才行。这就要求教师在指导学生开展探究活动时，要根据教学内容、学生的知识背景、训练目标和思维的深度来灵活调控，重点应放在要训练的主要目标和探究的问题上。在进行难度较大的探究活动时，采用由浅及深、逐步深入的方式，使探究具有层次性。具体而言，教科书中的《实验与探究》内容可以简单处理，而对于《探究外力做功与物体动能变化的关系》等内容时就需要注重探究要素，力求过程完整。

探究学习强调学生的自主性，但并不忽视教师的引导作用。在实际教学中存在的现象是，教师对学生了解不够，对科学探究的环节研究不够，对探究性实验的细节雕琢不够，教师为实验而实验，学生只是看热闹或者玩玩而已。

如，必修1第二章第一节《探究自由落体运动》的教学，曾见到这样的课堂：1．老师让同学撕两张大小不等的纸，然后将其揉成团，接着从同一高度释放，学生发现重的先落地。2．老师问原因，学生说是阻力。3.老师用牛顿管演示，说明学生猜测正确。

实际上，这个现象的研究有很多细节可雕琢：1．发现问题：老师让同学撕两张大小不等的纸并揉成团，然后从同一高度释放，学生发现重的先落地。2．分析问题：影响物体下落快慢的原因可能有哪些？在学生回答、辩论的基础上，老师引导学生将原因分类：外部原因和内

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部原因(物体自身的原因，如重量、形状、体积等）。3．研究问题(体现变量控制的思想)：同重量的物体，下落快慢与体积(形状)有关，学生自行实验，然后让学生分析原因，猜测导致该现象的原因是空气阻力引起。4．实验探究(突出实验地位)：用实验验证(牛顿管法)，演示抽去少量空气到抽去大量空气时物体下落的快慢，发现同样重量物体下落快慢与形状(体积)无关，确认是空气阻力引起的。5．解决问题：演示不同质量的物体在牛顿管中的下落过程并得出结论。6．验证结论：1971年，阿波罗飞船登上无大气的月球后，宇航员斯科特所做的羽毛和重锤从同一高度同时释放的实验。

这是学生在学习高中物理后遇到的第一个科学探究实验，也许学生情况的不同会使探究的过程有所差异，但只要我们以良好的物理教学素养和科学探究理念启发、引导学生积极参与、有意培养、强化科学思维，就能使《标准》的要求落到实处。

又如，必修1第四章《力和运动》中，从对F、m、a之间关系的探究到牛顿第二定律的确立，教科书用了3节的版面。如果按传统的思路，按部就班就很难施教，甚至会陷入以前教材上的那个实验到底做不做、考不考的苦恼之中。实际上，对《标准》和教科书加以研究后，这些问题就会迎刃而解。《标准》对实验方案并没有具体界定，只要能达到探究目的且对中学生可行的实验过程都可以。教科书的安排为：第二节定性探究，第三节定量探究，第四节利用高科技设备进行精确探究，直至引出最后的结果。可见，教材不但为教师对其的使用留出了很大的空间，而且针对不同的实验手段以及对数据的处理也采用了不同的方法，特别是利用数据采集器(位移传感器)辅助实验，不仅提高了实验精度，更重要的是让学生感受到了新技术对基础实验的影响，开拓了学生思维的空间。在具体教学中，老师完全可以根据学生的情况和实验设施来选取(设计)一种可行的最佳方案进行探究，进而将其它方案的要素(特色)通过一些措施逐渐贯穿到探究活动中，让学生领会掌握。如，我们在教学中安排学生采用的是“利用气垫导轨和数字计时器”探究F、m、a之间的关系(教科书第三节)。“利用气垫导轨和数据采集器”的方案，由于受到设备的限制，只能在演示的基础上让学生理解其原理，学习数据的处理。“利用斜面、小车、沙袋和打点计时器”探究的方案，则可以在以单元考试题的方式呈现： 某同学在学习了本章内容后，提出了另一种在保持物体质量m不变的条件下，研究物体加速度与合外力之间关系的实验方案：在一块水平放置的平整木板上放一个小木块，对小木块施加不同的水平外力F，使小木块获得不同的加速度a，通过记录数据、处理数据确定出a与F间的关系。他在经过一系列步骤后，得到小车的加速度a和水平拉力F的数据如下表1所示。

请你根据以上数据继续以下工作：

1．根据表1中数据，在图示坐标（图1）上做出图线。