高中生物理学科科学思维能力和创新能力培养的探索与实践

张清振 祁振权

【摘 要】创建创新性国家需要创新性人才，作为基础教育工作者责无旁贷。普通高中阶段如何进行创新教育，是个见仁见智的问题。我们根据近十年教学的实践与经验，认为通过组织课外探究小组的学习形式，让有兴趣、有余力的同学对选定课题定期举行自主探究活动是一条有效的创新能力教育的途径和方法。

【关键词】高中生；创新能力；培养；方法；途径

党的十八届三中全会通过的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中作出了加快建设创新型国家的决策，这是事关社会主义现代化建设全局的重大战略决策，也是我们面临的时代命题。创建创新性国家需要创新性人才，作为基础教育工作者责无旁贷。普通高中阶段如何进行创新教育，是个见仁见智的问题。我们根据近十年课堂教学的探索与实践，认为通过课外探究活动的形式，组织有兴趣、有余力的同学对选定课题定期举行自主探究活动是一条有效的创新教育的方法和途径。

教学活动中所选探究课题寓于课本又超越课本，是课本知识的延续和拓展，是一些具有思想性、趣味性、启发性的问题。课题分三大类，即理论性探究课题、实验性探究课题、知识应用性探究课题。现举例如下：

1.这些点构成的线有什么规律

在学习机械波的干涉时，通常要用这样一幅图（右图1）。此时就问学生知道这些线像什么、能找出规律吗？

为此，我们假设图2中的F■和F■为两个振动情况完全一样的波源，距离为2c，以F■F■的连线中点为平面直角坐标系的原点，取F■F■所在直线为x轴，F■F■的中垂线为y轴。在第1象限任找一点P，连接F■P和F■P即为两波源发出的波到P点的波程，设长度分别为r■、r■，波程差为D，则有r■-r■=±D…①又有：r■=■…②

r■=■…③

化简后得■-■=1…④

若D=nλ，即加强点构成的曲线方程是■-■=1…⑤

若D=（2n-1）λ/2，即减弱点构成的曲线方程是

■-■=1…⑥

以上两式中⑤式说明加强点在一簇双曲线上，⑥式说明减弱点也在一簇双曲线上，其中nλ/2和（2n-1）λ/4是实半周长。

2.正弦式交流电峰值与有效值关系的实验验证

正弦式交流电峰值与有效值的关系，在教学中不要求推导，为了使这一结果更具说服力，我们能不能设计一个实验验证其正确性呢？

在这个问题中，交流电电压的有效值可以用交流电压表测量，问题的关键在于电压峰值的测量上。所谓峰值就是其波峰或波谷对应的值，在学习正弦式交流电时，我们曾用示波器演示过交流电的波形，利用这一情景，我们顺势引出用示波器测量交流电电压峰值方法。

用示波器测峰值，就必须要知道荧光屏上每一格刻度代表的电压是多少，因此实验可按如下步骤进行。

2.1对纵坐标轴进行标度

用一个阻值为10的滑动变阻器，一个量程为0～6V的直流电压表，一台学生用示波器，接一如图3所示的电路。

将滑动变阻器接成分压式，电路的左端接到综合电学实验台6V的直流输出上，右端接到示波器的y输入端。接通电源后，首先通过调节滑动变阻器使直流电压表指在2V上，再调节示波器的y衰减旋钮，使显示电压的波形直线刚好处于y轴的一整格处。由此可知标度为2V/格，此后不再动y衰减旋钮。

2.2测正弦式交流电的峰值和有效值

将图3中的直流电压表换成同量程的交流电压表，其余不变，接成如图4所示的电路。接着再将电路的左端接到综合电学实验台6V的交流輸出上，右端接在示波器y输入上。调节滑动变阻器，并观察交流电在示波器上的波形，当波形的峰峰值之间刚好4格时，不在调节滑动变阻器。然后读出交流电压表的读数U≈2.8V，U2就是输入示波器的正弦式交流电电压的有效值，而其峰值为U2m=（1/2）×4格×（2V/格）=4V。

2.3计算验证：通过计算验证，U=U■/■是成立的

通过这个实验，使学生不仅掌握了一种验证正弦式交流电峰值和有效值关系的试验方法，加深对这一关系的开解和记忆，更在于对示波器的功能和使用有了全新的认识，提高了操作技能，完善了知识结构。

古语有云：“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海”。创新能力的培养不会是一蹴而就的事，必须经过长期脚踏实地地探索性研究与实践，才能逐步提高，有所收获，欣慰的是我们已经迈出了创新能力培养探索的第一步，毕竟在这种探究中有收获、有喜悦，尤其是这种经历难能可贵的，获得了同学们的一致认可。

【参考文献】

[1]祁振权.两个解法，各有所长.《数理天地》，2011年04期

[2]张清振，祁振权.正弦式交流电有效值与峰值关系教学新探.《物理教学探讨》，2015年第十期

[3]祁振权.地球对内部质点的万有引力.《数理天地》，2011年12期

（本文为甘肃省“十三五”规划课题《普通高中教育阶段物理学科科学思维能力和创新能力培养的方法、途径研究》概要。课题立项号：[2017]GHB2645）