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摘 要 ：物课课堂教学中,“科学探究能力”的培养作为物理课程的重要目标,已经深入到物理教师的教学过程中,但就课堂教学现状来看,科学探究能力培养方法不多,手段不力,效果不明已成为课程改革的“瓶颈”,也是当前课程改革最难的新探索,本文从6个方面谈了科学探究能力培养的教学设计.
关 键 词 ：课堂教学；探究能力；设计
中图分类号：G633.7
文献标识码：A
文章编号：1003-6148（2013）4（S）-0076-3
物理课程标准明确提出“物理课程不仅应该注重科学知识的传授和技能的训练.也应重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养”.本文从六个方面——问题激趣中、大胆置疑中、科学猜想中、讨论答辩中、亲身体验中、独立学习中谈了培养学生科学探究能力的思考和教学设计.
1.问题激趣中培养科学探究能力
思考 探究是从问题、未知开始的,提出必须思考才能解决的问题.提出学生模糊认识的问题,提出学生想急于了解的问题,他们的思维才会活跃起来,才能促进学生的积极思维,从而培养学生探究的意识,创造性地思考问题.设疑激趣.巧设问题情景,吸引学生探究要做到以下三步：教师首先要提出带有探索性的问题,学生带着问题观察或实验：根据观察或实验结果.或据已知理论进行推理.提出产生有关现象的原因、概念和数量间的关系,进一步通过实验和思考解决问题；学生在教师指导下.把已有的知识与研究的问题结合起来,进行分析、抽象、概括,通过学生的探讨,教师的启发,得出科学的结论.
设计 演示微小形变.教师可以拿一个空椭圆瓶,用力时肉眼看不到形变.教师提出问题：形变是有的,怎么观看?这个有趣的问题,马上吸引了全班同学的注意力,调动学生的紧张思维.此时,全班可进行讨论,充分发挥学生的想象力.让学生提出各种各样的方法,鼓励学生标新立异.然后,教师再用一个瓶口装有细管同样大小的墨水瓶,从细管中液面的变化,观察到了微小的形变.从而使学生恍然大悟,赞叹方法巧妙.其中的兴趣盎然,印象深刻不言而喻.给学生带来很多启迪.
电流为什么流得那么快?学生初学电学时总提出这样一个问题.问题的产生在于他们开始学习时不可能区别自由电子在导线里作平均速度不同于电流的传播,因而把电流的传播速度误想为自由电子从导线的一端“跑到”了另一端.设计一疑问：“电流为什么流得那么快”?为了让学生进一步理解这一过程,形象比喻为：一队列战士.司令员一声令下：“齐步走!”.全队列战士几乎同时走动.每人动作虽小,但司令员的“命令”却由全队列的运动而完成.并不需要一个战士由队尾跑到队首.当我们掀压电铃按钮时,电路中全部自由电子犹如听命令的战士,几乎同时向着同一方向运动.正是这瞬间,电流的“信息”已经在整个电路里传递.以后,我们可以告诉学生,电流的传播速度即是电场的传播速度,它等于光速.这样的比喻,解除了学生的误解,使学生很快地理解了这一物理现象的微观机制,有效地培养了学生的探究意识.
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2.大胆置疑中培养科学探究能力
思考 学起于思.思源于疑,疑则诱发探索,探索则培养创新.大胆质疑,勇于解疑,有所创新是学生的一种宝贵品质.学贵有疑,小疑则小进,大疑则大进,疑则觉悟之机也,一番觉悟,一番长进.疑问是学生学习过程中知与不知,是与非矛盾的表现.善于教者,不但要善于答疑,还要善于激疑.更要启发学生大胆置疑.激发学生的探究热情.
设计 用科学家的事例鼓励学生对已有的一些定论置疑.哥白尼对中古时期思想家们所崇尚的“地心说”的置疑,导致了“日心地动说”理论的提出；伽利略对亚里士多德“自然运动”的置疑,导致了“落体定律”的发现：爱因斯坦对牛顿“绝对时空观”的置疑,导致了“相对论”的建立和一个科学新纪元的诞生.在教学中鼓励学生对教师的教学置疑：鼓励学生向教材置疑.对教材中的某些说法置疑：有时故意引用错误的概念或用错误的方式去解题,引导学生认真分析.探索更准确的说法和更优的解法：教学中注意讲清科学家探索真理、发现真理的思路,置疑是物理学发展的一个动力.
学生学过“摩擦力”后.对于什么是静摩擦力.什么是滑动摩擦力以及怎样计算.有了一定的认识.但是,教学实践证明：不少学生对摩擦力的理解往往是片面.不深刻的.有的甚至是错误的.可让学生大胆提出如下的疑问：摩擦力总是阻碍物体运动的?摩擦力的方向总是和物体的运动方向相反?摩擦力的大小总是与物体的重量成正比?置疑,对于学生的学习来说,也是一种高层次的动力,是探究意识的具体体现.
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3.科学猜想中培养科学探究能力
思考 科学猜想就是根据已有的材料、事实和经验.抓住事物的某种重要特征,进行解决问题的推测.作为科学的猜想必须以大量的感性和理性认知为基础,不是随意的假设.伽利略研究“自由落体运动时”.提出假设：“自由落体是一种最简单的变速运动”,并设想“最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的”.带着这样的猜想进行了大量的研究,实际上也就是在猜想中营造探究情境.
设计 奥斯特实验,是电磁学部分一个演示实验.就这一个平淡的实验,开辟了电磁学研究的新领域.教师在演示前可以介绍一下实验现象发现的经过：1820年4月.奥斯特在一次讲座中.将铂丝接通电流时,偶然发现靠近铂丝的小磁针动了,这一不明显的现象,没有引起听众的注意,而他非常兴奋.激发了他的创新动机,抓住这一现象不放,连续进行了几个月研究,进行了各种猜想,终于获得成功.学生听简单介绍后观察实验将会更加认真、聚精会神,也会更有目的、有意识地去观察.
“电磁感应”一节的教学中,教师提出问题：电流可以产生磁场.磁场能否产生电流?让学生带着问题和猜想在教师所创设的环境中进行探索和验证.实验一：将一连有电流计的多匝线圈,从一个固定的磁场两极间拉出,观察现象——电流计指针偏转.然后设问,还有其它方法可使电流计指针偏转?让学生展开丰富的想象.得出答案：让线圈固定不动.而移动磁铁,得到同样的结果.此时学生会得出这样的结论：只要闭合线圈和磁场有相对运动,在线圈中必然会产生感应电流的结论.这时教师不要忙于否定学生答案,再创设另一情景：类似原实验装置,加大磁场宽度.同样使线圈运动.但不出磁场.观察现象——电流计指针不偏转,学生一下子明白上述结果不确切,然而学生的探索工作初见成效,那么闭合线圈中产生感应电流的条件是什么呢?这样不断探索会得出完整而正确的结论.巧设问题情景,让学生在猜想中进行探索并思考,营造探究的情境,有利于发展学生的认识能力、探索能力和创造能力. 4 讨论答辩中培养科学探究能力
思考 经常组织学生就某些方面或容易混淆的问题进行讨论,争辩,势必引起学生多思、多想.群体中的个性易受他人见解的刺激和启发.产生群体感应和共生效应,从而诱发发散思维、拓展思维的疆
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设计 进行牛顿第二定律教学做好演示实验是关键,展开了如下的讨论：
问题：有一辆小车,原来静止,分别用大一些的力和小一些的力拉它.问小车的运动状况会有什么不同?
学生：用力大,小车得到的速度亦大（对此结论暂不评论）.
问题：用力大,若作用时间很短；用力小,若作用时间很长,则情况怎样?
学生：只要时间足够长.用力小的照样可以使小车得到大的速度.
问题：若一次是从静止（或较小的速度）开始运动,另一次是从足够大的初速度开始运动,则情况怎样?
通过讨论,可以看出,力对小车的作用效果,不能一味地只从力作用后物体所具有的速度来估量.而应全面考虑小车的初速度、末速度以及力的作用时间.
然后教师进一步指出.经验上认为作用力大,物体就运动得快,把F和v直接联系起来,这是一种错觉.至于F和a的关系,应该从实验来进行研究.
由于以上的讨论提示了矛盾,提出了问题,唤起了学生的注意力和解答要求,在整个教学过程中让学生作为“探索者”发现了知识,发展了学生的认识能力.培养了学生的创新意识,优化了学生的创新品格.
5.亲身体验中培养科学探究能力
思考 “力的分解”概念教学中,由于同学们初次接触到力的分解问题,对合力与它的分力的等效代替关系.还没有全面理解,学习力的分解的概念时同学们感到比较困难.因此,开始不要急于进行具体的数学运算,教学前,可先布置如下的三个亲身体验的简易实验,有利于难点的突破.培养学生的探究能力.
设计 “力的分解”亲身体验
方法一：二位同学配合,如图1a所示,一人手撑腰,形成图示形状.另一人在膀的拐弯处用一竖直向下的力,感受向下的力所产生的“效果”.然后再相互调换.
方法二：准备器材——长为60cm的轻木杆（或竹杆）.大约为1千克的重物,细线一根.让木杆顶住腹部,形成如图1b所示的形状,感受由于重物作用所产生的“效果”.
方法三：准备器材——质量M等于50克的砝码,一头削尖的铅笔（或园珠笔）,细线一根.让尖的一端顶住掌心.另一端挂砝码并系到中拇指上,形式如图1c的形状,感受“效果”.
6.独立学习中培养科学探究能力
思考 所谓独立学习.是指学生能掌握一定的认知策略,善于学习,学习者在学习活动中不断激发独立自主意识、发挥主体能动性与创造性的一种学习过程或学习方式.爱因斯坦说：“发展独立思考和独立判断的能力,应当始终放在首位”.学习是一个求知的过程,在这一过程中,学生总会遇到各种各样的困难,作为教师,是直接将学习的答案交给学生.还是引导学生独立地去探索?有人曾对学生的独立学习作过一个形象的比喻：两个孩子吃核桃,一个孩子用自己的工具,想方设法（实际上就是创新的过程）敲开核桃壳,取得核桃仁来吃：另一个孩子则吃现成的核桃仁.同样吃核桃,前者往往比后者对核桃有更深刻的认识,觉得核桃的味道格外好.教学中,一定要时时刻刻注意引导学生独立地学习,时时注意引导学生用自己的手去打破“核桃壳”,取出“核桃仁”,让学生品尝到自己劳动的果实.
设计 在家庭电路中,用一块磁铁去靠近不亮的灯泡,灯丝不变化.用磁铁去靠近亮着的灯泡会观察到灯丝变粗.学生观察现象很容易就能提出问题：灯丝为什么会变粗.如果学生对这个现象进行对比分析,就会发现,引起灯丝变化的原因有两个：一是灯泡通电,二是在磁场中,由此学生可能就会想到,这个现象与电流的磁效应有关,进一步想到,灯丝不是真的变粗,而是电流的方向改变了.由此学生可能就会提出问题：通电导体在磁场中所受力的方向是否与电流的方向有关?这个问题更有价值.
大自然、日常生活和生产技术是学习物理的广阔课堂,有意识地组织、引导学生观察、参与各种社会活动.有利于培养学生独立学习能力和科学探究能力.例如：游乐园中的“翻滚列车”,雨后的彩虹.五彩晶莹的薄膜等等.指导学生做课外小实验.如：用各种不同的方法测重力加速度,用各种不同的方法测声速,用各种不同的方法验证机械能守恒定律.让学生自制一些简单仪器：弹簧秤、杆秤、小电动机,简易万用表等,让学生在制作过程中有所创新、有所突破.开展一些科技活动.成立科技活动小组,如：微机小组、无线电小组、航模小组等.课外活动以其小型、灵活、生动、多样的特点,激发学生学习物理的兴趣.有利于因材施教.发展学生个性,开发学生智力,培养探究意识.
总之,学生的科学探究能力的发展不是“自然而然”就能完成的,它需要教师精心设计和培养.在物理课堂教学中,教师要充分体现学生的主体地位.为同学们创设良好的探究氛围,消除学生对于科学探究的神秘感,促使学生进行切实有效的探究.为学生科学探究能力的培养打好基础.
（栏目编辑 邓磊）
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