把握物理核心，激发探究精神——高中物理科学探究教学的关键点研究

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(山东省昌乐及第中学)

近几年，随着新一轮基础课程改革的持续深入推进，科学探究教学模式越来越引起人们重视，很多一线中学物理教师也在教学实践中进行了积极探索和深入思考，并且了取得一些成果。以下，笔者拟结合自身实践及体会，针对高中物理探究性教学的核心关键点进行较为深入地探讨，希望对相关教学工作者有所助益。

一、把握科学家用过的经典研究方法

科学教学中的探究活动，应根据知识特点力求在学生个体在学习中的活动过程中植入科学家探索相关规律时运用的经典研究方法，尤其是思维过程的显现和强调。优秀的教师应当力求达到这样的标准：让学生在一节数十分钟的课内思维上“穿越”物理史上几百年的科学历程，从而帮助学生了解物理学家获取经验、探索规律的过程。这就要求教师给予合理的教育理想级方法的指导，使学生在咀嚼科学家用过的经验的研究方法。比如，在“探究加速度与、力、质量的关系”的活动中，利用控制变量发研究和探讨加速度与、力、质量的关系，利用图像法处理数据，进行分析和判断，得出加速度与力、质量的关系，这些都是应当让学生深刻体会的科学研究方法。

举个具体的例子，在自由落体运动的概念教学中，教师可以这样做：

第一步：制造悬念，引出问题。

教师：我们在生活中都见过很多物体的竖直下落想象，并对之很熟悉。但是大家有没有认真思考过，物体为什么为落向地面？

学生：肯定是因为受到地球重力的作用啊。

教师：说得对，原因是很简单的，学过物理的人都知道。那么现在来思考这样一个问题——不同的物体下落的快慢一样吗？

学生议论纷纷，观点并不一致。

教师：要这地弄明白这个问题，就需要我们来利用相关器材做实验进行一番探索了！

第二步：设计实验方案。

教师让没对同桌商量实验方案如何设计。在学生讨论的过程中，教师巡视并随机问几对同桌他们的讨论结果。大部分学生会很自然地选择最容易想到也容易得出结果的方案，即让两个不同物理在相同高度处同时下落，通过观察和记录仔细比较每一次下落运动的差异。这就是“比较法”和“控制变量法”在探究实验中的简单体现。

第三步：定性实验探索。

在学生进行动手操作和观察的过程中，往往是刚得到的新结论会马上被新的实验结果所否定，于是，在这种不断的“由破到立”的过程中，学生的已有认知结构不断重建，思维认识不断更新，探究气氛也就愈来愈活跃，从而为保证探究结果典型了气氛上的基础。

第四步：成果交流。

教师：通过刚才的探究活动，大家说说可以获得什么结论？

学生在经过集体讨论后达成共识：首先，物理的竖直下落是一个加速运动；其次，物体的质量或者更准确地说是起所受重力的大小，并非影响其下落快慢的唯一条件；再次，物理所受的空气阻力的大小，直接决定着其下落的快慢；最后，当空气阻力很小时，不同的物体不论形状、质量的差异有多大，其下落的快慢几乎一致，由此推论，当忽略空气阻力时，不同物体的下落快慢相同。

接下来，为进一步验证最终结论的正确性，教师可以在引导学生做这样的一个演示实验：当牛顿管中的空气被抽去形成真空，从而排除空气阻力这一因素时，可以观察到金属块和轻羽毛下落的快慢是完全一致的。这时，学生看到自己经过探究得出的最终结论是完全正确的，对实验结果都很满意，教师“趁热打铁”，顺势引出自由落体的概念，最终达到“水到渠成”的效果。

另外，在此探究活动中，教师还可以结合牛顿运动定律介绍“理想实验”“推理法”，结合气体定律介绍“分析法”，结合能量的转化和守恒介绍“综合法”，从而使学生掌握更多的科学研究方法，并引导学生善于运用这些方法解决疑难问题。

二、体会科学家经历的具体探究过程

教师应根据具体情况，灵活而适当地讲物理学家从事科学研究的一些思路和方法渗透到教学活动中去，使每一位学生代替科学家的角色，切实体验科学家经历过的探究过程，让教学过程成为学生主动参与的、形成认知体验的再发现过程。这样，学生不仅可以通过探究活动得到正确的结论，更重要的是可以更好地掌握知识形成过程中所蕴含的经典的科学思想和方法(从此点意义上而言，对上文中的第一点是必要的补充)，并在情感态度价值观领域获得显著的提升和进步。

例如，在教学牛顿第一定律时，教师应重点引导学生的心灵经历从亚里士多德对运动和力的关系感受的理解、伽利略对运动和力的粗略描述、笛卡尔对运动描述的进一步升华，然后重点突出牛顿在前人研究的基础上，加上自己在力学的思考和研究，得出了牛顿第一定律。这样才是以学生的发展为中心，令学生积极主动的经历科学规律的得出过程，有助于学生的科学探究意识的培养，为今后的学习打下基础。

再如，在教学万有引力时，教师可以采取如下方式：首先提出问题，由牛顿月光下观察到苹果落地，联想到月亮为何不会落地？如果再高山顶上水平抛出苹果，苹果会落地吗？然后探究新知，根据行星的运动规律猜想太阳队行星有吸引作用，他们之间的吸引力不但与苹果落地收到的力本质上是相同的，而且也符合相同的规律，让学生展开想象的翅膀，充分探究事物之间的普遍联系，从而推广到万有引力，最后通过卡文迪许扭秤实验进行验证。这样，就使学生经历了万有引力的探究发现过程，即“假设—猜想—求证—结论—验证”的过程。学生通过这一节的学习，对科学探究的过程也就有了更深的认识和体会。

三、感受物理学实验中蕴含的批判精神

萨顿曾指出：“向学生追溯一项发现或发明的历史，向学生指明在发现或发明道路上经常出现的各种困难，以及科学家怎样克服或绕开这些困难，从而一步步达到最后的目的地，获得科学的成果，这种做法对于启发学生的批判意识、培养其批判精神具有十分显著的作用。”批判精神的核心是怀疑精神，表现为不迷信权威和书本，在客观情况的基础上坚持和钻研真理。从历史的观点看，物理学的发展史充满着反思、怀疑、批判、求真、求善、求新的过程，那是一个动态的、批判精神发挥关键作用的过程。可以说，正是物理学家们对真理的追求和坚持和对固有理论的批判，不断催生新的更完善的理论出现。从光学到微粒学、波动学到波粒二象性和光子说；从古典力学再到相对论，爱因斯坦与波尔之间就量子力学是否完备发生的长期争论等，都是让学生体验和感受批判精神的生动素材。教师在教学过程中应善于将相关素材穿插讲解，既增加学生兴趣，也使学生的科学批判精神在潜移默化中得以逐步养成。相对来说，这一点比之前述两点是容易做到的，只要留心，相关素材也不难找到，这里就不再做过多展开。

综上所述，笔者结合自身探索实践及体会，较为深入地探讨了高中物理探究性教学实施的三个关键点。事实上，高中物理探究性教学是一个兼具深度和广度的话题，要想使探究性教学充分发挥其意义和价值，尚需广大一线教师在教学实践中积极探索，深入思考，并善于总结。