李占一

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出：“高中物理課程有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識(shí)與技能；體驗(yàn)科學(xué)發(fā)展探究過(guò)程，了解科學(xué)研究方法；增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，發(fā)展探究自然、理解自然的興趣與熱情；認(rèn)識(shí)物理學(xué)對(duì)科技進(jìn)步以及文化、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的影響；為形成科學(xué)世界觀和科學(xué)價(jià)值觀打下基礎(chǔ)?！备咧形锢碚n程的重要宗旨是進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的挑戰(zhàn)?？茖W(xué)探究是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理過(guò)程中必須經(jīng)歷的過(guò)程，在新的課程標(biāo)準(zhǔn)下，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的小組合作學(xué)習(xí)精神，有利于提高學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)方法解決生活和社會(huì)生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問(wèn)題。那么應(yīng)該如何進(jìn)行科學(xué)探究呢?

進(jìn)行科學(xué)探究應(yīng)該了解科學(xué)探究的方式，把握科學(xué)探究的要素?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)解讀》中提出科學(xué)探究的要素有以下七個(gè)：(1)提出問(wèn)題；(2)猜想與假設(shè)；(3)制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)；(5)分析與論證；(6)評(píng)估；(7)交流與合作。具體的探究過(guò)程可以只包含其中的幾個(gè)要素，而且也不一定按以上的順序進(jìn)行?？茖W(xué)探究可以是學(xué)生圍繞科學(xué)性問(wèn)題展開(kāi)探究活動(dòng)。還可能是學(xué)生要根據(jù)事實(shí)現(xiàn)象形成解釋，對(duì)科學(xué)性問(wèn)題做出合理解釋。

一、突出提出問(wèn)題過(guò)程。不斷增強(qiáng)學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)

物理學(xué)是一門與人們的日常生活生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的自然科學(xué)。在人類歷史的發(fā)展過(guò)程中，物理學(xué)的發(fā)展總是推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展的動(dòng)力。在日常生活中的許多現(xiàn)象都與物理知識(shí)緊密聯(lián)系的。學(xué)習(xí)物理必須時(shí)刻關(guān)注身邊的現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出問(wèn)題，最終才能找出解決問(wèn)題的方法。所以，提出問(wèn)題是進(jìn)行科學(xué)探究的重要過(guò)程之一。通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的過(guò)程，可以提高學(xué)生的思維能力、不斷增強(qiáng)質(zhì)疑探究意識(shí)。

在用光的折射測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，有學(xué)生提出：所用玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)表面是否一定要平行?若不平行能否用它測(cè)出玻璃的折射率?若不平行也能測(cè)出玻璃的折射率，那么與兩表面平行時(shí)比較光路有無(wú)差別?若采用理論分析往往費(fèi)時(shí)又不容易記住。我們可以提示學(xué)生采用實(shí)驗(yàn)探究的方法來(lái)解決問(wèn)題，讓學(xué)生先猜測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再尋找到有兩個(gè)不平行的表面的玻璃磚，利用實(shí)驗(yàn)器材自己探究得出正確結(jié)論。這樣的探究過(guò)程學(xué)生容易理解，而且由于學(xué)生體驗(yàn)了探究的全過(guò)程，所以印象特別深刻，同時(shí)將學(xué)生的學(xué)習(xí)重心自然地轉(zhuǎn)向知識(shí)的探究過(guò)程，還為學(xué)生提供充分自由的探究、討論問(wèn)題、交流思想的機(jī)會(huì)。讓學(xué)生通過(guò)探究活動(dòng)，體會(huì)到科學(xué)探究的興趣和樂(lè)趣。

二、突出控制實(shí)驗(yàn)變量的方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度

學(xué)生通過(guò)初中的學(xué)習(xí)，對(duì)科學(xué)探究的過(guò)程有了一定的體驗(yàn)，同時(shí)也具有了初步的科學(xué)探究能力，在高中物理學(xué)習(xí)中。更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中的學(xué)習(xí)質(zhì)量。盡可能讓學(xué)生加深對(duì)科學(xué)探究的理解，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步倡導(dǎo)科學(xué)探究，希望促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的改變，使學(xué)生在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)下，主動(dòng)參與探究過(guò)程，做到勤于動(dòng)手和動(dòng)腦。從而逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

為了更好地進(jìn)行科學(xué)探究，我們不妨再來(lái)看看科學(xué)探究的特點(diǎn)。科學(xué)探究是學(xué)生用已獲取的知識(shí)。領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法而進(jìn)行的各種探究活動(dòng)，而科學(xué)探究能力是學(xué)生通過(guò)完成部分探究活動(dòng)或完整的探究活動(dòng)而形成和發(fā)展的。

在“探究單擺的振動(dòng)周期與什么因素有關(guān)”的教學(xué)中，我們改變教師演示的傳統(tǒng)方法，將學(xué)生分成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組。向每個(gè)小組學(xué)生提供這樣一些實(shí)驗(yàn)器材：幾個(gè)質(zhì)量不相等的小鋼球，幾條細(xì)絲線，鐵架臺(tái)，秒表等。首先提出問(wèn)題：“單擺的振動(dòng)周期究竟跟什么因素有關(guān)?”由學(xué)生自行討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證，通過(guò)改變單擺的擺長(zhǎng)、擺球的質(zhì)量、擺角的大小等，比較不同單擺的振動(dòng)情況，學(xué)生發(fā)現(xiàn)需要討論的物理量是多個(gè)的，因此應(yīng)該運(yùn)用控制變量的方法：構(gòu)造兩個(gè)單擺，(1)先保持質(zhì)量和擺角相等。發(fā)現(xiàn)擺長(zhǎng)不等的單擺振動(dòng)快慢是不同的；(2]再保持?jǐn)[長(zhǎng)和質(zhì)量相等，發(fā)現(xiàn)擺角不同的單擺振動(dòng)快慢是相同的；(3)最后保持?jǐn)[長(zhǎng)的擺角相等，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不同的單擺振動(dòng)快慢是相同的。通過(guò)小組合作討論及與其他組同學(xué)交流，定性地得出與單擺的振動(dòng)周期有關(guān)的因素。通過(guò)科學(xué)探究使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的思想，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究能力。利用同樣的實(shí)驗(yàn)器材，在教師的啟發(fā)下提出問(wèn)題：既然單擺的振動(dòng)周期與擺長(zhǎng)有關(guān)，那么如果多次改變單擺的擺長(zhǎng)，同時(shí)測(cè)出對(duì)應(yīng)的周期，能否進(jìn)一步探究出擺長(zhǎng)L與周期T的數(shù)量關(guān)系呢?學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)它們的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的正反比關(guān)系，這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生討論L與T²的關(guān)系，讓學(xué)生自己體會(huì)到做L-T²圖像可以直觀地看出兩個(gè)物理量的關(guān)系。這樣使學(xué)生的分析和處理問(wèn)題的能力得到了發(fā)展。同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神，增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究方法與過(guò)程的理解。

三、突出分析過(guò)程。提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理能力

分析和論證是科學(xué)探究的主要方法之一。共包含三個(gè)階段：即對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，嘗試根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和描述。其中對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理是最為復(fù)雜的，要做好這一復(fù)雜過(guò)程，就需要明確數(shù)據(jù)處理的基本方向、數(shù)學(xué)思路、處理方法等。所謂基本方向就是我們期望從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲得的結(jié)論，這源自探究假設(shè)。例如，研究小提琴(由兩端固定的琴弦產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)音的)同一根琴弦振動(dòng)頻率與哪些因素有關(guān)，可先讓同學(xué)們猜想，之后有同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置：在一塊厚木板上用A、B兩個(gè)楔支撐著琴弦，其中A楔固定。B楔可沿木板移動(dòng)，以此來(lái)改變琴弦振動(dòng)部分的長(zhǎng)度。將琴弦的末端固定在木板O點(diǎn)，另一端通過(guò)定滑輪接上砝碼以提供一定拉力，輕輕撥動(dòng)琴弦，在AB間即產(chǎn)生振動(dòng)。某次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

(1)先保持拉力不變，改變AB的距離L(即改變自變量琴弦長(zhǎng)度)，測(cè)出不同長(zhǎng)度時(shí)琴弦振動(dòng)的頻率(因變量)，記錄結(jié)果如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可判斷在拉力不變時(shí)，AB距離L(即弦長(zhǎng))越小，琴弦振動(dòng)的頻率就越大，通過(guò)計(jì)算比較長(zhǎng)度L與頻率，兩個(gè)物理量的乘積，發(fā)現(xiàn)乘積為定值，或者先求出1/L，再與頻率比較，同樣也能得出f∞1/L，所以琴弦振動(dòng)的頻率，與弦長(zhǎng)L的關(guān)系為：頻率f與弦長(zhǎng)L成反比。

(2)保持琴弦長(zhǎng)度不變，改變拉力(自變量)，測(cè)出不同拉力時(shí)琴弦振動(dòng)的頻率(因變量)，記錄結(jié)果如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可判斷在琴弦長(zhǎng)度不變時(shí)，拉力越小。頻率也越小，但又不是正比關(guān)系，通過(guò)計(jì)算頻率f的平方值再與拉力大小比較，得出琴弦振動(dòng)的頻率f與拉力F的關(guān)系為頻率f與拉力F的平方根成正比。

在上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程中我們用了控制變量法。測(cè)量了因變量頻率與自變量弦長(zhǎng)拉力的關(guān)系，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算列表的方法進(jìn)行對(duì)比，找出了數(shù)據(jù)之間的依賴關(guān)系。對(duì)于數(shù)據(jù)的分析和處理還可以用圖像法。例如，用單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，做T²-L圖像，由圖像的斜率求出重力加速度。

總之，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中把科學(xué)探究作為內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)部分，可見(jiàn)科學(xué)探究占有相當(dāng)重要的地位，科學(xué)探究是高中學(xué)生完成物理課程所必須達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)，科學(xué)探究方法是物理課中的重要教學(xué)內(nèi)容。體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]物理課程標(biāo)準(zhǔn)研制組，物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))解讀[M]，斌漢：湖北教育出版社，2004