Question

如何在物理教学中培养学生的探究精神和能力

Answer 1

从心理学角度看，能力是一种影响人的活动效率，促使活动顺利完成的个性心理特征。根据美国国家研究理事会1996年发布的《美国国家科学教育标准》，科学探究在教育上指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。因此可以将科学探究能力界定为影响人的科学探究活动效率，促使科学探究活动顺利完成的个性心理特征。
　　在物理教学中，教师应该创设多样化的教学情境，重视学生科学探究能力的培养。
　　1　注重实验教学，使之成为培养科学探究能力的重要途径
　　物理学是一门以实验为基础的自然科学。高中物理新课程的各个模块均安排了一些典型的物理实验，对其所要解决的问题进行了精彩的验证或探索。物理实验从确立实验目的到设计实验直至最后的结果分析，其实验过程实质就是科学探究的过程，因此物理实验是培养学生科学探究能力的重要途径。
　　然而，过去教师在教学过程中，往往是应用经过几次消化了的材料来讲授，或者经过抽象的理论分析加以表述，把已有的知识进行系统归纳，形成简明扼要的理论体系。比如研究变压器的输出电压与哪些因素有关的问题时，教材即是以变压器的结构与原理为切入点，简明扼要从理论上推导出了 的结论。这样的结论当然是必要的，但是这样的教学方式，往往会造成学生对科学概念的产生和发展的误解，以为什么结论都可用数学方式推导出来，失去了对观察实验的兴趣，使学生们不了解科学结论到底来自何方。
　　（2）猜想与假说：由学生思考并互相补充得出输出电压可能会跟输入电压、原副线圈匝数、电流频率、铁芯等因素有关。
　　（3）制定计划与设计实验：引导学生制定利用控制变量法来进行实验的计划，思考需要测量的数据与可能需要的实验器材，如电源、原副线圈可变的变压器、多用电表等。
　　（4）进行实验和收集证据：对学生进行分组，并各选择一个因素进行实验研究。
　　（5）根据证据进行解释：由各组选派代表，提供实验数据并作出解释： 与铁芯、频率无关。
　　（6）交流与检验：引导学生从理论上推导结论，将其与学生的实验结论进行比较，引导学生进行实验误差分析。
　　事实证明，学生通过实验获得的学习效果与科学探究能力发展，比教师做演示实验或在黑板上讲理论的效果要好得多。只有在实验基础上建立了正确的、经得起实践检验的理论，才能由表及里，达到对客观事物的规律性认识。在物理教学中，创造条件加强探究性实验教学，是培养学生实践操作和科学探究的能力、发展新知的重要途径。
　　2　渗透物理学史，使之成为培养科学探究能力的有力示范
　　物理学史是人类在物理领域认识自然、改造自然、获得知识的历史记录。无数的科学家为物理学大厦的构筑付出了艰辛的劳动，才结出了今天造福万民的智慧之果。人们在回顾物理学史时总会感慨万千，而在以往的物理教学过程中，我们通常更关注物理学科知识对于学生科学态度、科学精神的教育，而忽视了物理学史在培养学生科学探究能力的示范作用。
　　物理学的每一步发展，都离不开科学探究；物理学的科学观和研究方法的演化、变革与发展就是一个探究的过程。在这过程中，存在着许多有价值的历史争论，尽管在物理教材的知识体系中并未留下太多痕迹，但是如果我们在物理教学中能适度地涉及这些内容，无疑会让学生随着历史的争论而深入当初科学探究的每一环节中去。
　　比如牛顿在1672年发表了《关于光和色的新理论》一文，认为光具有微粒的性质，在当时就引起了物理学界极大的争论，胡克就曾质问牛顿为什么光束相交时不发生碰撞（即“光为什么不为光自身所散射”）。物理学家托马斯?杨通过双缝干涉实验证明了“光的波动说”的正确。从“光的微粒说”到“光的波动说”，再到“光的波粒二象性学说”的提出，其中所包含的对于科学的每一次质疑与推敲，都会给学生以极大的智慧启迪。科学家的思路是怎么产生的，他是如何思考的，他用了哪些方法质疑，从哪些角度质疑，而最终这些疑问又是怎样在实验和理论研究中得以深入并最终获得结论的，而这些结论还有哪些疑问等等。
　　所以，物理学史本身作为科学探究的历史，也应当让其更加突出探究历程，为学生进行自己探究开阔思路，加深对科学探究过程的理解并发展科学探究能力，使教育功能更加完善地得以发挥。
　　3　授以方法，为培养科学探究能力寻找路径
　　能力与方法是密切相关的，教师要培养学生科学探究能力，就意味着要帮助他们掌握完成某种科学任务的方法。物理学方法是指人们在学习或研究物理问题的过程中发现问题、提出假说、搜集事实、作出解释论证等所遵循的途径和使用的手段，实际上是思维的方法和程序。物理学研究方法，主要是以观察和实验为基础，经过科学抽象，运用数学工具，概括总结出实验规律，然后经过实践的检验，发展为物理理论。
　　物理学方法是物理学发展的灵魂，是以知识学习到能力发展的桥梁。物理学方法是指物理学的具体科学方法，通常认为有：观察法、实验法、理想化方法、类比方法、假设方法和数学方法六种。教师如果能以物理学方法为线索组织教学过程，实施知识教学与物理学方法教育的良好结合，必然使教学过程更符合学生的认识规律，也更有利于培养学生的科学探究能力。
　　例如，在库仑定律的教学中，教师不必要求学生预习，直接在上课之初先让学生进行两个带电体之间相互作用力的大小可能与哪些因素有关的猜想。猜想是探索性实验的前提，学生可能会想到：带电体的形状，大小，两带电体带电的多少，两带电体间的距离，两带电体间的介质等。然后，再让学生考虑这么多的因素怎么研究，有没有主次之分，哪些是主要因素，哪些是次要因素，次要因素在什么条件下可以忽略，等等。当还剩下“电荷量”和“距离”两个因素时，再让学生考虑两个因素对作用力的影响如何思考，并提出控制变量法。这样模拟科学家的探索过程使学生体会与学习物理学方法，达到理想的教学效果。
　　4　建构物理概念规律，培养学生科学探究的能力
　　物理概念是反映物理现象和过程的本质属性的思维形式；物理规律是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。形成概念和掌握规律就是对观察和实验得到的感性材料进行理性加工，并把有关物理问题的本质抽象出来。
　　教师应当让学生明白，任何概念和规律都是严谨的科学探究的结果，使学生在建构新的概念规律时，要学会质疑，学会尽可能经过严谨的探究再建构自己可以接受的知识体系。例如在讲解牛顿第一定律时，可把牛顿和古希腊自然哲学家亚里士多德的观点进行比较，并结合伽利略的实验研究成果。牛顿认为任何物体都将保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止；而亚里士多德认为物体的运动需要靠外力来维持。牛顿和亚里士多德都是千古流芳的人物，但在此问题上却有着截然不同的观点，孰是孰非，争论也许并不能够令人信服，只有通过实验才能得出肯定的回答。在此基础上，再来讲述伽利略的实验研究成果，就可以让学生清楚地认识到亚里士多德的观点的错误性。
　　为了丰富科学探究能力培养的内容，可以将某些科学概念规律的典型探究方法作为重点使之凸现，针对于学生的薄弱环节突出某些能力的培养，从而实现对于科学探究能力的渗透式培养。
　　5　尝试STS教育，使生活成为培养科学探究能力的良好素材
　　STS是一门研究科学、技术和社会相互关系的新兴学科，它强调科学技术在社会生产、生活中的应用。在教授物理知识的同时，渗透STS教育，在拓宽知识的过程中，有利于学生提高对科学的过程与方法的认识，增强对科学的情感、态度与价值观的体验，加深对科学、技术与社会关系的理解。
　　例如，学习原子能的知识，教师既要让学生了解核技术可以用作医疗、能源，同时也必须向学生介绍核污染、核放射可以杀伤人类甚至毁灭地球；了解声学知识时，可以让学生调查身边的声污染情况，并尝试提出减小噪声污染的有效措施等。这些都超出了物理学科自身的研究范围，然而是教师培养学生的科学探究能力的良好素材。
　　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。