物理教学中渗透科学探究能力的培养

郭洁

摘要：本文以“电容器的充放电”实验为例，在课堂中通过观察分析，找出不同电容器构造的特点，合作交流，制定探究电容器充放电的方案，观察实验汇报结果，提出问题，合作交流解决问题等方式多方面渗透科学探究能力的培养，以提升学生的学科思维品质，促进物理学科核心素养的形成。

关键词：电容器充放电;科学探究能力;合作交流

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）17-091

《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出：“物理学基于观察与实验，建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系。”通过物理实验教学和体验，能够有效地培养学生的探究能力，使其对物理学科建立科学的态度。这就要求教师在物理教学中注重科学探究，尤其注重物理实验。本文以人教版必修3《观察电容器的充放电》为例，探讨在物理教学中如何渗透科学探究能力的培养。

一、合作交流，制定方案

电容器的充电、放电过程不能直接看出来，只有通过实验来观察。教师可引导学生通过小组合作，根据所学知识和现有条件，紧扣实验目的来选择适当的方法，然后构思探究计划，选择合适的器材，最后设计电路图。之后各小组展示实验计划，小组间对可能存在的问题再次进行讨论，交流修改并完善实验电路图，最后制定可行的实验方案。

二、预设问题，引起讨论

教师在课前的实验准备中发现不同的电压表和电流表测得的结果有很大差距。为了避免让学生按教师或者教材的既定步骤进行虚假“探究”，教师在不同小组配置了不同的电流表和电压表。各小组测得的结果会大相径庭，不同的实验结果会让学生对实验数据产生不同看法，从而引发讨论，学生的求知欲得以激发，提高了学生的学习积极性，课堂气氛也变得活跃。

三、实验观察，汇报结果

小组合作进行实验，交流讨论后，小组汇报实验结果。学生在实验中遇到了各种问题，有些小组对电容器进行充电时，电压表有示数，但电流表几乎没有偏转;有些小组给电容器充完电后断开开关，理论上电压表的示数应该保持不变，但示数一直在减小;有些小组观察到开关闭合瞬间电流较大，但马上又开始减小到0，开关打到2放电时，发现又有电流了，但电流表指针是反向偏转的，而且也在减小到0;有些小组发现刚闭合开关，电压表示数增大得快，后来示数增大变慢了，刚闭合开关，电流表突然有一个值，然后逐渐减小，减小的速度越来越慢;有些组观察到电容器充电完成后，电压表的示数只有0.6V，而不是理想中的电源两端的电压1.4V左右;有些小組观察到断开开关后，电压表示数一直在缓慢减小。

教师要引导学生在实验中如实记录，客观对待所获取的实验数据。通过小组交流提出遇到的问题，让学生严肃认真对待实验，尊重实验结果与事实，培养学生实事求是的科学态度和精神。

四、发现问题，提出猜想

为了培养学生逻辑推理和科学论证的能力，教师在不同的小组配置不同的电表，创设问题情境，让学生从情境中发现和提炼问题，针对不同的实验结果进行积极的探索发现。学生发现，不同的小组使用的电表不一样，实验结果也不一样。教师进一步引导学生根据发现的问题，讨论分析产生不同结果的原因。讨论中学生根据实验现象提出猜想：可能跟空气湿度有关、跟电表的量程有关、跟电路中变阻箱的电阻有关等等。根据猜想分析讨论并再次实验验证。不同小组之间的实验数据相互公开，合作交流，这样才能获得更有效、更全面的数据，让学生体会合作是科学研究中极其重要的环节，增强学生的合作意识。

五、合作交流，解决问题

小组合作交流中发现，不同的电表会产生不同的实验结果，通过分析、对比实验结果，排除变阻箱电阻的因素;通过使用吹风机再次实验排除电容器漏电的因素;通过改变电压表量程再次实验排除电压表量程的因素。最后得出结论：跟电压表有关。不同电压表有不同的实验结果，这一结果颠覆了学生对电压表的认知。根据初中所学知识，电压表电阻无穷大，在电路中应看作断路。电压表和被测用电器并联后，通过它的电流为零，不会影响被测电器两端的电压。出乎意料的结论引起学生极大的好奇心，增强他们进一步探索的欲望。

教师补充说明两种电表的异同点。电压表在电路中可看成一个可以测量自己电压的电阻。实际电路中电压表内阻较大，有较小电流通过。如果与电压表并联的电阻较小，则通过电压表的电流较小，可以忽略不计，所以可把电压表这一路看作断路。反之与电压表并联的电阻较大，电压表中的电流也大，电压表这一路就不能看成断路。实验室普通电压表的电阻是3kΩ，数字电表的电阻是1000kΩ。教师再次提问能否解释不同的电压表在实验中会出现不同的结果？

为了观察到更好的实验效果，教师用更精密的仪器——DIS演示实验。学生观察实验并记录实验结果，交流讨论后画出并展示充电和放电过程I-t图，学会灵活选用合适的器材获得数据。根据实验数据进行整理归纳，找到规律，形成结论并用图像描绘实验结果。

核心素养下的物理教学，应注重科学探究的过程，让探究在思维的碰撞中前行。在探究中培养学生发现和提出问题的能力，通过实验提高学生制定计划和观察收集数据、整理数据的能力，学会提出问题，作出解释，反思合作交流。

通过物理实验渗透科学探究能力的培养，学生在探究的过程中能掌握科学的方法，形成合理的思维，提升学科思维品质，从而促进物理学科核心素养的形成，为学生的终身学习与发展奠定基础。

（作者单位：南京市秦淮中学，江苏 南京210000）