谈谈如何培养学生物理学科的探究能力

阳江市岗列中学   陈英华

   

【摘要】教学中的科学探究是以探索未知问题为学习目标，通过一系列自主活动过程，得到结论的学习方式。一般来说，从情景中发现问题是科学探究的开始，终于得出结论及评价。本文试图从提出问题能力、猜测与假设能力、制定计划与设计实验能力等三个方面加以探讨。

【关键词】物理教学  探究能力  策略

 

    在中学物理教学中培养学生的科学探究能力，可以通过很多方式方法，在实践中也确实有许多物理教师及物理教研人员对此进行了探索和研究，借鉴他们的经验以及其它学科教师的经验和理论探讨，加上本人的一些思考，试从三方面来探讨培养学生科学探究能力的培养策略。

一、提出问题能力的培养策略

    传统物理教学特别强调培养学生的三大能力，即实验能力、思维能力和分析解决问题的能力。后来有一专家对第三个能力的完整性提出了质疑:发现问题与提出问题比解决问题更重要，只注重解决问题远不能适应新时代的要求。为此，初中新课程标准强调学生“能在观察物理现象或物理学习过程中发现一些问题。有初步的提出问题的能力。”可见培养学生发现问题与提出问题的重要性。

一是创设民主的、没有压力的发现问题与提出问题的学习情境。传统教学中，物理问题几乎都是教师和教科书直接提出，学生很少有提出问题的机会。为了改变这一状况，“有必要对一些探究的物理问题创设一些情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学问题。”但是，当前极少教师经常创设情景，引导学生发现问题。这就严重压制了学生发现问题和提出问题的兴趣。例如让学生观察或操作一些富含物理问题的实验，讲一些物理学史或物理事件，展示一些问题情境丰富的音像资料。在引导探究过程中，教师不必马上告诉其中的问题所在，而只是提出探究任务与思考的方向，让学生发现矛盾与问题。

【例】学习牛顿第三定律时，先由教师提供一些器材，然后提出任务:比较两物体之间作用力与反作用力的关系。然后让学生分小组思考讨论，可能有什么关系?怎样表达这种关系?怎样去验证?鼓励大家畅所欲言。学生往往会提出:“马拉车时，如果做加速运动，马拉车的作用力可能会比车对马的反作用力大一点，而且作用力施力后，稍为晚一点才有反作用力。”

能提出这样的想法应鼓励，教师不应立刻大张旗鼓地亲自去批判，可以让学生发现其中的矛盾所在，提出验证上述假设的方法。

二是要给学生足够的时间进行思考与讨论，及发现与表述物理问题。学生很少提出问题，往往是因为教师怕花时间，怕完不成课时计划，于是不给学生思考的时间。

【例】在进行大气压强教学时，一位教师提出问题:“大气对我们周围物体是否有压强?”然后做纸片托水杯的实验，这时教师不急于讲解，而是问学生:“你们发现了什么问题?”一名学生提出:“水杯不够深，杯再深些，纸片就托不住水了。”于是教师用量筒做上述实验，水仍不会掉下。有的学生提出要求:用很长的量筒做实验试试看。教师不怕浪费时间，用1米长一端封口的玻璃管做此实验，水仍未流出，学生惊呼:大气的压强真大呀!然后教师提出:如果用密度特大的水银做实验就不同了，再介绍托里拆利实验。

    通过这个例子，充分体会到在教师的引导下，给学生足够的时间去思考与讨论，让学生独立的发现问题所在，并表述出问题，这样才能很好的培养学生这方面的能力，同时，教师要在最后介绍整个实验，这样从头到尾，使学生经历了一次提出问题的探究过程。

三是要教给学生提出问题与表述问题的一般方法。如果学生能够掌握基本的提出问题与表述问题的方法，必将有助于培养学生的提出问题能力。例如可以用下面几种方法发现问题:

(1)因果提问法。凡事多问为什么，对物理现象找出本质或原因，思考“为什么会是这样呢?”如，教师可以引导学生，对下雨或太阳提出一些物理问题，最好学生能提出诸如“为什么下雨前热而雨后凉”“为什么早上太阳大而红，中午太阳小而白亮刺眼”等问题。

(2)情境扩缩法。对物理事件从数量、空间、时间或条件上加以扩大、缩小，看会出现什么情况。如，引导学生自己提出诸如“用塑料管可吸饮料，如果管很长，达到十几米，能否吸入嘴中?” 、“在失重情况下，你怎样刷牙、饮水、吃饭?”等问题。

 (3)逆向思维法。从问题，会出现令人意想不到的情况。如引导学生提出“离地面越高，重力加速度越小，那么，越深入地球中心重力加速度会越大吗?”

(4)变换条件法。想象把问题条件变化一下，看会出现什么新的情况。例如浮力的产生是有条件的，教师可鼓励学生提出关于浮力的新问题，诸如“在水银中物体能下沉吗?”“铁一定会在水中下沉吗?”等问题。

(5)寻找不足法。对已解决的问题或已有产品设备。例如由于杠杆不能提起深井中的水，因而提出用滑轮及轮轴的提水方案:找出卢瑟福原子模型的不足，提出更为科学的玻尔模型:找出某问题解法的烦琐，提出更为简单的解题方案等等。

同样一个问题的表述要有自己的要点，只要掌握了要点，学生表述问题就能够更加轻松，表达的意思就更加精确。学生提出问题的能力的发展应该是逐步的，在学生获得新的发现之后，首先应该使学生能够把自己的发现用问题的方式表述出来，在这个基础上，教师可以根据学生的认知情况适当地加以指导，帮助学生形成一个与物理学有关的科学问题，并用口头或书面表述出来。学生经过一定案例的积累，并随着他们物理知识的丰富，便会逐步地提高自己提出探究问题的能力。

二、猜测与假设能力的培养策略

一是借鉴心理学、脑科学引导学生大胆猜想。心理学认为，人感知的事物，过后可以像过电影一样回忆重现，出现“记忆表象”。记忆表象和经验整合加工产生新的形象叫“想象表象”。根据已有语言、图样、符号进行想象叫“再造想象”。根据任务需要独立地(无已有语言、图样)创造新形象的过程叫“创造想象”。物理课的猜想既有再造想象也有创造想象，但应重视后者。脑科学认为，人的想象力与创造力主要存在于右脑半球中。右脑擅长于形象思维、动作图形情感等活动。所以为了猜想成功，左右脑都要充分活动，尤其是右脑要活动。为此，要激发灵感，建立民主轻松活泼的课堂氛围，提出的问题要有趣味性，如果有合作小组的畅所欲言的讨论，有故事或音像手段相配合，则更易引发学生丰富的猜想。

二是鼓励学生要敢于建立假设与表达假设。关键是联系学生已有经验，引导学生讨论并能毫无顾虑地发表看法，不要讥笑学生幼稚天真的想法，反而要表扬他们敢想敢说。

【案例】讲物态变化时，一位教师与学生聊天，发现某学生提出一个有趣的问题:“老师，你说一切物质温度升高时会从固态变成液态，从液态变成气态，是么?”教师说:“对啊。”学生:“那么烧木头时为什么变成了木炭，而不是液体呢?”教师一时愣住了，直觉告诉教师，要向他解释清楚这个问题还真有点难度，于是马上说:“问得好!还有吗?”“还有，鸡蛋加热后却从液态变成了固态，应该变气态才对呀!”教师感到如果让全班学生讨论这些问题，将会很热闹，于是对这位学生说:“这是物理变化吗?下节课在班上让你们互相讨论好吗?”

    通过以上实例我们应该深刻体会教师在培养学生猜想与假设能力方面起到的作用和应该扮演的角色。先鼓励学生提出问题，再引导学生思考自己的问题并得出自己的结论，最后教师指导学生设计实验进行验证，这样便可以从多个方面很好的起到培养学生探究能力的效果。

三是让学生对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。让学生对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设，将有利于培养学生的猜测与假设能力。一般情况是老师先提问来引导学生进行推测或者假设，从而达到预期目的。

【案例】在探究“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”问题时的教学过程可如下:老师问学生:如果改变通过电磁铁的电流或者改变电磁铁的匝数，它的磁性强弱会改变吗?

学生相互议论:假设通过电磁铁的电流由1A增加到2A

，电磁铁的磁性会怎样?是否可以这样推测:导线中的2A电流是两股1A电流汇合而成的，每股电流都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。如果电磁铁的电流不变，线圈由100匝增加到200匝，它的磁性又会怎样?是否可以这样推测:200匝线圈是由两组100匝线圈组合而成的，每组线圈都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。通过以上推测可以想到:“电磁铁的线圈匝数越多，通过的电流越大，电磁铁的磁性将越强。”这就是对“电磁铁磁性强弱与什么因素有关”进行探究的可能实验结果进行的推测和假设。

    和猜想一样，推测和假设的根据是探究者自己的经验、知识以及所探究问题的科学事实。推测和假设的结论必须是可检验的，检验的结果有一两种可能:一是支持假设，即证实:二是否定假设，即证伪。一个无法检验的陈述是没有一探究价值的，因而也就不是一个科学假设。

三、制定计划与设计实验能力的培养策略

一是要让学生明确探究目的和已知条件，经历制定计划与设计实验的过程。在制定探究计划或设计探究实验之前，必须明确探究的目的和已知条件。例如设计“影响电磁铁的磁性强弱的因素”实验方案时，通过推理得出电磁铁的线圈匝数越多，通过的电流越大，电磁铁的磁性将越强的假设之后，通过逻辑思维，很容易分析出实验需解决的问题有三个:怎样测量磁性强弱，怎样改变和测量电流，怎样改变线圈匝数。这时就可以发动学生来讨论解决这些问题的方法。

二是培养学生能够尝试选择科学探究的方法及所需要的器材。总的来说，科学探究可以使用观察、实验、资料查询、调查访问等方法。不同的探究课题，所需要的信息特点不同，其信息来源当然也不同，因而需要选择不同的方法。应该说明的是，使用这些方法的目的是为了获得科学探究所必须的证据，对这些证据的解释以及科学探究结论的形成则应该由探究者根据证据通过逻辑思维来完成。

   《义务教育物理课程标准》中科学探究的问题，比较多的是用观察和实验的方法。其中尤以实验探究方法居多，因此存在着一个如何选择实验器材的问题。选择实验器材所涉及的而很广，如实验的原理、实验器材的性能和操作要求，实验的基本知识等，都会对实验器材的选择起作用。在选择实验器材时，考虑的因素也是多方面的，例如怎样实现探究的步骤，怎样保证器材的安全，怎样减小实验的误差，怎样方便实验的操作等等。对初中学生来说，不能一开始就要求过高，但应该让学生在制定探究计划时领悟选择器材的思路，尝试自己来选择探究所需要的器材。例如，可以让学生在制定探究计划时思考需要哪些器材，把所需器材的种类先确定下来，然后再从实验器材的安全性、减小误差、方便操作等方面来考虑器材的规格等问题，形成从各个因素选择实验器材的意识，逐步地提高学生选择实验器材的能力。在选择实验器材时，应提倡学生选用日常生活中常见的器具来进行实验，这有利于使他们产生对实验探究的亲近感以及发展他们在实验器材选择方面所表现的创造能力。

三是培养学生具有尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。要让学生尝试考虑影响问题的主要因素，首先应使学生认识到，具体的科学问题常常都是由多个因素共同造成的结果。例如一段导线和一段电炉丝，从本质上都是一个电阻。电炉丝要做成螺旋状，是为了增加电炉丝的长度。导线中的铜丝要做成多股，是为了在保持柔软的情况下增加铜丝的横截面积。电炉丝不用铜而用合金做成，是从材料选择方面增大电炉丝的电阻值。由于导线和电炉丝对电阻值的要求不同，它们在长度、横截面积、材料等因素上的体现也各不同，这些因素共同对它们的电阻值起作用。

    要让学生尝试考虑影响问题的主要因素，还应使学生认识到，在一定的条件下有时是某个因素在对问题起主要作用。同样是研究输电导线的电阻，当我们观察到离电源越远的地方所连接的灯泡越暗时，这是导线的长度在起主要作用。当用户的用电量增加使得必须换用更粗的电缆时，这是导线的横截面积在起主要作用。当考虑为什么要用铜或铝而不用价廉的铁丝做导线时，这是导线的材料在起主要作用。究竟是哪一个因素在起主要作用，这是和研究问题的条件有关的。学生在获得这种认识之后，可以让他们尝试对探究问题的因素进行分析，判断在给定条件下，影响问题的主要因素是什么。之所以要使学生认识当某个因素在对问题起主要作用时是有一定条件的，就是为了使学生能进一步体会，所谓这个条件，就是除主要因素以外的其它因素对问题的影响应该小到可以忽略的程度。实际上，这就是在帮助学生建立控制变量的初步意识。具体用以上实例来说就是:当研究导线电阻与长度、横截面积、材料三者中的某一个量的关系时，应保持另外两个量相同。

    除此之外，使学生在科学探究中体会变量的概念，这也是建立控制变量的初步意识的一个方面。

四是要引导学生经历制定计划与设计实验的过程，学习选择科学探究的方法。在教学过程中教师应结合教学内容，抓住有利时机进行科学方法教育，使学生感受到科学家分析解决问题的思路、态度、方法、模式。

    【例】伽利略的科学探究思路、科学方法为后人树立了光辉的榜样。他的探究过程是:一般观察——假说——数学分析与逻辑推理——实验验证伽利略在十八岁那年，到比萨教堂做礼拜时细心观察悬挂在教堂天花板的小油灯，发现同一盏灯每往返摆一次的时间任何时候都是相等的。于是猜测摆有等时性，周期可能和摆长有关。并进行反复实验和测量。当时没有钟表，只好用自己的脉搏来计时，终于发现了摆的等时性。

教师在教学中，可以多通过类似的例子，让学生经历制定计划与设计实验的过程，同时也学习了科学探究的正确方法。

 

参考文献：

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