“科学探究”用于初中物理的探究

在物理课程标准中，科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一.学生在科学探究活动中，通过经历了科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，[JP3]体验科学探究的乐趣，掌握科学探究方法，领悟科学思想和精神.

目前，国内的物理教育研究者和一线教师正在对探究式教学进行深入研究和实践，已经取得了一定的成果.国内外研究表明，探究式教学符合学生学习物理的认识发展规律，它将物理学科的探究本质与学生学习的探究过程有机地统一起来，体现了物理学的本质特征——物理学是在不断追求认识统一性的探究过程中发展的，要在科学探究过程中寻找事物的本质特征及统一规律.

要贯彻好这些课程特征，就应注重学生探究能力的培养.

1 培养学生提出问题的能力

爱因斯坦说过：“提出问题比解决问题更重要”.“学起于思，思源于疑”，也充分体现了发现问题、提出问题的重要性.在课堂教学活动中，要善于培养学生“提出问题”的能力，帮助学生克服学习中的困难.

那怎样创设情境，帮助学生提出问题呢？

1.1 用奇妙的现象激发

例如：在平面镜的教学过程中，让学生观察茶色玻璃后面的一支蜡烛，它竟然能在水中燃烧.老师可以问：“你刚才看到的现象哪里让你感到好奇？”老师解密后再问：“关于平面镜成像，哪些问题让你很感兴趣并值得探究的呢？” 课堂上老师通过奇妙现象激发起学生强烈的求知欲，再因势利导可以让学生顺利地提出与探究主体有关的许多问题.

1.2 用活动激发

例如：在重力课题的引入时，让学生连续做三个实验，让学生观察：

实验1：释放放在手中的小球，小球会怎样？

实验2：向上抛手中的小球，小球最后会怎样？

实验3：向前方平抛手中的小球，小球会怎样？

老师可以问：同学们能不能针对刚才看到的现象提出一些值得我们探究的问题？

实践证明，让学生“提出问题”，既能促进学生创造性思维的发展，发挥学生的探索精神，又能促进教师自身素质的提高.

2 培养学生猜想假设的能力

猜想与假设是科学思维的一种形式，是科学研究中重要的方法，也是对问题中事物的因果性、规律性做出的假定性解释.在科学探究中，提出合理的猜想与假设除了为探究活动指明方向外，可以充分发展学生的创造性思维，培养学生的创造能力.

学生猜想与假设的能力的水平高低直接影响科学探究能力的水平，怎样提高学生的猜想假设能力呢？

2.1 多一些体验活动

例如：猜想滑动摩擦力的大小与哪些因素有关之前，让学生做一做：

（1）用手按在桌面上，第一次用一定的压力使手滑动，第二次加大手对桌面的压力，使手在桌面上滑动，比较前后两次手掌的感觉有何不同.

（2）用湿手按在桌面上，先用一定的压力使手滑动，然后再用肥皂水沾湿你的手，仍然用同样大的压力使手滑动，比较前后两次手掌的感觉有何不同.

2.2 用实验现象引导

例如：焦耳定律教学中，先让学生观察家庭电路中使用大功率用电器后，干路中大阻值导线燃烧冒烟的现象，请同学分析其中的原因：为什么刚开始的时候没有冒烟？为什么使用了大功率用电器后才冒烟？为什么干路中其它导线没冒烟？让学生意识到电流通过导体产生的热量与电流、通电时间、电阻有关，接下来猜想电热与什么因素有关就很顺利了.

3 培养学生设计实验与制定计划的能力

“设计实验与制定计划”是学生在进行科学探究活动时必须经历的一个过程，是科学探究的重要环节，也是学生的难点所在.它旨在让学生动手之前先动脑，使探究活动的方法更明确、思路更清晰、过程更科学.

3.1 学会选择实验器材

选择实验器材要考虑到实验器材的安全性、实验的误差、实验操作方便与否、实验器材的规格、探究器材的成本等因素.所以，在进行探究所需器材的准备时，可多提供一些与该探究无关或可以作为替代的器件，供学生自主选择.

例如：在探究大气压强存在的教学过程中，给学生提供大量器材，有水槽、染成红色的水、水杯、硬纸片、塑料吸盘、胶头滴管、一段封闭的玻璃管、两端开口的玻璃管、大小试管、注射器等，让同学们利用这些器材验证大气压的存在，比比谁的方案最多、谁的方案最新颖、最巧妙.

3.2 积极寻找、设计和验证“猜想、假设”的实验方法

常用的物理实验设计方法有：观察法、实验法、比较法、类比法、等效替代法、控制变量法、模型法、理想实验法、转化法、科学推理法等，研究一个物理问题或物理规律时，往往需要同时用到几种研究方法.

例如：在研究弦乐器（吉他）的音调高低与弦的粗细、松紧、长短关系时，先让学生分小组设计，再进行交流，设计很好的学生让他谈谈为什么要这样设计，设计得不是很好的学生通过交流让他发现问题，让学生对计划提出改进的建议，在交流中完善计划，再按照计划进行实验探究，最后老师总结在这个实验中用到的研究方法“控制变量法”、“对比法”等.

4 培养学生进行实验与收集证据的能力

“进行实验”是收集证据的必要过程，“收集证据”是为进行科学分析提供基本依据，其能力要求有：

4.1 会阅读简单仪器的说明书，会使用简单的实验仪器

例如，温度计、刻度尺、天平、弹簧测力计、量筒、电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱等等，可以了解它们的名称、原理和构造，以及它们的性能，特点和注意事项.

基本仪器的使用应该做到以下几点：会调整仪器的零点或确定零点误差，会选择恰当的量程和分度值，会正确地操作仪器与读数.这部分知识可以让学生通过自学来掌握，再通过老师考核或模拟软件考核增强他们的规范意识.

4.2 积极参与到课外实验活动

课堂上的实验探究活动在时间和空间上毕竟有限，而且很多在课外实验活动中所接触的东西，在课堂上很难学到的，与课堂实验相比，课外实验活动中学生的积极性、自主性更高，他们能从中感觉到学有所用，更深刻体会到在设计和准备及进行实验的乐趣.

我们可以增加有趣或有实用意义的课外实验活动.

例如，学习电学后用漆包线，电铃，小灯泡和电源等制作防盗报警器；学习光学后用平面镜巧测建筑物的高度、制作“小孔成像仪”；学习声学后用纸杯、细线制作“纸电话”、用玻璃杯、水和竹筷组合成“瓶乐器”来演奏乐曲；学习了热学知识后制作“温度计”，学习力学后制作“简易杆秤”、“潜水艇”、“孔明灯”等等，类似这样有趣的实验，学生都很乐意动手去完成，不知不觉中自己的实验操作能力和思维能力都得到了提高.

4.3 学会用图像处理数据

例如，在完成水沸腾的数据收集后，老师可以引导学生用图像处理数据.以时间为横坐标，温度为纵坐标，建立平面直角坐标系，在坐标系中标出各个时刻水的温度，然后用平滑的曲线连接起来，既得出加热过程中水的温度随时间变化的图像.画完后请同学根据图像表达一些信息，从而让学生体会到图像处理数据形象、直观、方便、准确等优点.

5 培养分析与论证的能力

通过讨论实验设计是否合理，对实验数据或现象进行综合分析，论证猜想与假设是否成立，实验结果是否能验证已有理论或解释学习中的疑问，最终得出科学结论的过程.探究的结论是在实验数据和现象的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律，因此分析论证在科学探究中是必不可少的.学生在实验中获得感知，再对实验数据进行分析、比较、概括，进行思维加工，并尝试用自己的语言对探究结果进行描述，力求准确地反映实验结论.

5.1 弄清物理条件与物理现象变化之间的因果关系，归纳科学规律

例如：（1）探究光的反射规律，在改变入射光线的方向时，关注反射光线的变化.

（2）探究音调与频率的关系，在改变频率时，关注音调的变化.

（3）探究弹簧形变程度与受力的关系，改变拉力时，关注弹簧长度的变化.

5.2 能客观、准确地描述实验结果

例如：（1）光反射时，反射角等于入射角，不能说成：光反射时，入射角等于反射角.

（2）在欧姆定律探究中，根据I与U、I与R的实验图象总结得出结论时就只能说：这段导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比.而不能说：这段导体两端的电压与这段导体中的电流成正比，导体的电阻与这段导体中的电流成反比.

5.2 会分析处理数据，寻找规律

（1）简单关系的规律，只要通过对实验数据的简单比较就可以归纳出来.如：“水沸腾时温度不变”、“并联电路的干路电流等于各支路电流之和”等结论.

（2）复杂关系的规律，需要把有关数据的乘积或者比值拿来进行比较，才能发现和归纳出它们的规律.如：“杠杆的平衡条件和功”、“速度、密度和压强”等.

5.3 会归纳数据找规律

例如：在研究凸透镜成像规律的实验中，物体放在什么位置成倒立放大的像，放在什么位置成倒立缩小的像，放在什么位置成正立放大的像，让同学们通过探究收集证据，通过不同同学收集的证据再总结再归纳再实验，得出凸透镜的成像规律.

6 培养评估能力

在探究过程中，还需不断地对自己所做的各项工作进行评估.

例如：所提出的问题是否是新的、有价值的、可以探究的？所作出的假设是否有根据？所设计的实验是否合理、可行？所收集到的信息和论证是否真实可靠？对证据的分析解释是否合乎逻辑？这种评估可以贯穿探究过程的始末.

7 培养交流与合作的能力

科学探究的过程，为培养学生合作与交流能力提供了一个恰当的氛围和平台.一方面，学生在合作群体中讨论与交流，有不同观点的交锋、补充、修正与探索，这些都可以加深每个学生对当前问题的理解、实验技能的提升，对学生知识技能发展具有积极的促进作用.另一方面，在组成合作群体与实施合作的过程中，学生需要掌握和运用一定的交际手段来与他人交往和相处，这就从社会维度发展了学生的适应性.

7.1 引导学生体验交流与合作的快乐

由于经验背景的差异，学生对问题的理解常常各异.在进行探究的过程中，这种差异本身便构成了一种宝贵的学习资源.教师应该引导学生在相互的交流中迸发智慧的火花，获取他人之长，从中体验收获的快乐；还应引导学生贡献各自的经验和发挥各自的优势，合作完成单个探究者难以完成的探究任务，以促进他们探究能力的全面发展.

例如，在探究物体浮沉条件的过程中，根据实验有同学发现浮力大的物体上浮，重力大的物体下沉，请同学们讨论这个解释是否正确并设计实验证明.

7.2 引导学生交流时注意倾听

在交流和检验结果的过程中，要为其他人提供质疑的机会，提供根据同一观察资料提出其他不同解释的机会，检验证据，找出错误的推理，指出证据所不能证明的表述.

例如，在探究牛顿第一定律的实验中，学生根据课本插图有的认为“物体没有力也能运动”，有的认为“物体有力的作用时才会运动，没有力的作用不会运动”，争论可使学生的思维始终处于活跃状态，特别是学生通过实验来解释自己的观点，理解将特别深刻，其效果是一般性讲解所无法达到的.

探究式教学注重的是过程而不是结果，教师要对学生探究过程进行有效指导，在学生遇到无法解决的困难和问题时，以适当的方式指导学生，使他们明确探究的方向，学会新的解决问题的思路和方法，帮助学生发展原有认识，建构科学概念.

但教师绝对不能代替学生的动手动脑活动，要让他们在探究过程中，用观察、实验的结果检验自己的原有认识，学会反思和自我发展.学生在经历科学的过程中可以学到观察的技能、比较与分类的技能、进行实验、获取数据资料的技能、分析处理数据，从中获取意义形成概念并得出结论的技能、评价探究过程和结果并能用科学的方式表达的技能.从长远来说，对培养学生创新意识、应用知识的迁移能力、对待事实证据的科学态度、对科学探究的理解、探究所需要的多重智能（特别是非逻辑的思维能力、搜索信息的能力、合作交流的能力等）有着重要的意义.

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