王強(qiáng)

【摘 要】科學(xué)探究不但是一種學(xué)習(xí)方法，更是一種能力，是高中物理教學(xué)過(guò)程中，教師所要對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)的重要目標(biāo)。從內(nèi)容上來(lái)看，科學(xué)探究包括提問(wèn)、猜想、例證、實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析試驗(yàn)結(jié)果、評(píng)估以及交流合作等七個(gè)部分，體現(xiàn)在整個(gè)高中階段的各個(gè)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中。本文中，筆者將以“牛頓萬(wàn)有引力”為主要的教學(xué)案例，著重以猜想和交流兩個(gè)部分為論述對(duì)象，探究高中物理教學(xué)過(guò)程中科學(xué)探究策略的實(shí)施，望筆者在本文中的論述，能夠?yàn)槟壳暗母咧形锢斫處熖峁┮欢ǖ慕梃b和啟示。

【關(guān)鍵詞】牛頓萬(wàn)有引力；高中物理教學(xué)；科學(xué)探究

科學(xué)探究能力不僅是高中物理教學(xué)的重要培養(yǎng)目標(biāo)，更是教師在設(shè)計(jì)教學(xué)方案、實(shí)施教學(xué)策略、完善教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程中所必須秉承和貫徹的方針。對(duì)于高中生而言，物理不同于其它單純靠背誦和反復(fù)朗讀便可以有所理解和感悟的學(xué)科，其學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于對(duì)物理現(xiàn)象、物理知識(shí)以及現(xiàn)象背后種種理論定律的理解和認(rèn)知。很多學(xué)生因?yàn)槿狈μ骄克季S和想象力，故而將物理當(dāng)作“文科”來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以至于始終無(wú)法撬開(kāi)物理世界的“大門”，成績(jī)難以得到根本性的提升。所以，注重和加強(qiáng)對(duì)高中生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)不僅是符合教學(xué)目標(biāo)的行為，更是符合高中物理學(xué)科屬性的必然選擇。“牛頓萬(wàn)有引力”作為高中物理入門階段的重要教學(xué)內(nèi)容，以此為案例討論科學(xué)探究策略的實(shí)施不僅具備一定的代表性，同時(shí)還能降低學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握和理解的難度，對(duì)于幫助學(xué)生養(yǎng)成穩(wěn)定的學(xué)習(xí)習(xí)慣具有十分重要的意義。

一、“牛頓萬(wàn)有引力”的主要教學(xué)內(nèi)容

“牛頓萬(wàn)有引力定律”是牛頓于1867年發(fā)表的重要物理理論，其主要內(nèi)容在于“自然界中的所有物體都具有引力，引力的大小與物體的質(zhì)量乘積成正比，與二者之間的距離平方成反比”。可以說(shuō)，萬(wàn)有引力定律是人類社會(huì)17世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，是牛頓根據(jù)地球和太陽(yáng)之間的引力所猜想的、有關(guān)地球與其它星體之間引力的規(guī)律，是將伽利略落體與拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律有效結(jié)合起來(lái)的一次偉大發(fā)現(xiàn)和巨大進(jìn)步。關(guān)于“萬(wàn)有引力定律”的教學(xué)目標(biāo)，從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀進(jìn)行解構(gòu)，主要體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：

知識(shí)與技能：①了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程，了解物體下落和天體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性；②理解萬(wàn)有引力定律的含義以及公式，能夠利用公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的引力問(wèn)題的求解；③掌握萬(wàn)有引力定律公式的使用范圍；④了解萬(wàn)有引力定律常量（G）的意義與測(cè)定方法。

過(guò)程與方法：①在學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、猜測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的假設(shè)和論證；②培養(yǎng)學(xué)生在處理具體的問(wèn)題時(shí)，能夠化繁為簡(jiǎn)、建立物理模型。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：①通過(guò)學(xué)習(xí)牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律并不斷論證的過(guò)程，說(shuō)明科學(xué)研究背后的艱辛，培養(yǎng)學(xué)生刻苦、堅(jiān)持的品質(zhì)，樹(shù)立科學(xué)的價(jià)值觀；②通過(guò)對(duì)萬(wàn)有引力常量的測(cè)定學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)和感受物理常量和科學(xué)方法論的重要性。

從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)來(lái)看，教師應(yīng)該在教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)從猜想與假設(shè)、合作與交流兩個(gè)方面來(lái)展開(kāi)教學(xué)，并以此為契機(jī)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

二、“牛頓萬(wàn)有引力”一課中的科學(xué)探究策略

很多重要的物理結(jié)論都萌于猜想，猜想不僅是科學(xué)探究的基礎(chǔ)，更是學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)之初就應(yīng)掌握的重要本領(lǐng)。當(dāng)學(xué)生能夠由猜想開(kāi)始，并通過(guò)相應(yīng)的措施對(duì)猜想進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，生成結(jié)論；或者通過(guò)群體間的合作與交流，共同完成對(duì)物理現(xiàn)象的探究、對(duì)猜想的論證過(guò)程，那么這期間學(xué)生所經(jīng)歷的恰恰是自主探究能力提升的過(guò)程。

（一）猜想力探究

猜想是科學(xué)探究的前提，就好像牛頓從樹(shù)上掉下的蘋果引發(fā)了有關(guān)萬(wàn)有引力的猜想，阿基米德從澡盆中溢出來(lái)的水萌發(fā)了有關(guān)浮力定律的猜想一樣，一切偉大的物理結(jié)論都是由猜想經(jīng)過(guò)論證而生成定律的。所以教師在物理課堂上要注重引發(fā)學(xué)生開(kāi)啟猜想，這樣不僅有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，還能讓學(xué)生以親身之經(jīng)歷感受偉大物理知識(shí)的誕生過(guò)程。

比如因?yàn)樾行呛吞?yáng)之間存在引力，所以行星難以飛離太陽(yáng)，那么是否意味著地球表面的物體難以離開(kāi)地球，也是因?yàn)橐Φ年P(guān)系。而這引力是否也與行星和太陽(yáng)之間、地球與太陽(yáng)之間的引力規(guī)律相同呢？

在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，教師不可能也不需要單獨(dú)辟出時(shí)間讓學(xué)生閱讀有關(guān)牛頓驗(yàn)證萬(wàn)有引力定律的相關(guān)歷史資料，只需要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知到：如果萬(wàn)有引力定律猜想是正確的，那么——月球在其公轉(zhuǎn)的軌道上所產(chǎn)生的向心加速度與地面重力加速度的比值，理應(yīng)和地球半徑以及月球公轉(zhuǎn)軌道的半徑有關(guān)，而且與半徑平方的比值相同，即等于1/3600。

那么根據(jù)這個(gè)猜想，教師可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生利用自己已經(jīng)學(xué)過(guò)的圓周知識(shí)來(lái)進(jìn)行猜想和論證，并進(jìn)一步將猜想的層面拓展到是否宇宙中任意兩個(gè)物體之間都存在著如此的“力”。如果能夠證明這一猜想，那么萬(wàn)有引力的雛形也便生成了。

在引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)猜想的過(guò)程中，教師還需要在以下幾個(gè)方面有所注意：

首先，猜想需要基于學(xué)生已有的知識(shí)進(jìn)行猜想，而不是漫無(wú)目的的憑空捏造與想象；

其次，要善于引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出自己的想象，讓學(xué)生明白猜想本是知識(shí)探究的必經(jīng)之路，無(wú)所謂正確與錯(cuò)誤；

最后，教師需要為學(xué)生樹(shù)立信心，主動(dòng)打造一個(gè)飽含民主氛圍、能夠暢所欲言的課堂。

（二）交流力探究

猜想是否正確，需要通過(guò)有效的渠道來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，而對(duì)于高中生來(lái)說(shuō)，最為現(xiàn)實(shí)的方法就是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是在此過(guò)程中需要注意的是，在有限的實(shí)驗(yàn)條件下，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)都是極為理想化的，所以其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)的理論數(shù)據(jù)必定會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，這就要求學(xué)生合理看待實(shí)驗(yàn)結(jié)果，注意對(duì)結(jié)論的去偽存真。同時(shí)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行需要多力的合作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后也需要進(jìn)行彼此間的交流，交流力的探究也是科學(xué)探究能力的重要組成部分。

首先，學(xué)生必須認(rèn)識(shí)到，牛頓萬(wàn)有引力定律的研究并不是一開(kāi)始就基于大自然的真實(shí)狀況來(lái)展開(kāi)研究，而是根據(jù)物理現(xiàn)象、事物本質(zhì)所建立的理想模型來(lái)實(shí)施和操作的，當(dāng)研究者通過(guò)反復(fù)研究和論證，能夠生成較為契合真實(shí)世界的物理模型時(shí)，這項(xiàng)研究過(guò)程才是完整和有意義的。所以展開(kāi)交流力探究的第一步就是建立理論模型。

其次，盡可能地選擇能夠保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行和計(jì)劃合理存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方案，然后在評(píng)估實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)群體展開(kāi)互動(dòng)交流的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)差異性的評(píng)估，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的反復(fù)思索，探索出差異性對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果所能產(chǎn)生的影響，然后通過(guò)分析這種影響，將原實(shí)驗(yàn)步驟中的不穩(wěn)定因素進(jìn)行有力調(diào)整，進(jìn)而得到正確率高的結(jié)論。

三、結(jié)論

在當(dāng)前高中物理教學(xué)過(guò)程中，科學(xué)探究能力是學(xué)生所應(yīng)注重提升的重點(diǎn)方面，教師在課堂上需要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)層層猜想，深入事物本質(zhì)，并通過(guò)建構(gòu)理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，比較猜想與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差異，并通過(guò)評(píng)估交流來(lái)探究物理現(xiàn)象的本質(zhì)。同時(shí)教師還需要注意把握的是，對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)必須以學(xué)生自身為主體，所以猜想和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程都不能發(fā)生主體的變化，當(dāng)學(xué)生能夠在探究的過(guò)程中感受到物理學(xué)習(xí)的樂(lè)趣所在，感受到物理知識(shí)背后的偉大精神和科學(xué)意義之后，其會(huì)在逐漸養(yǎng)成良好的物理學(xué)習(xí)習(xí)慣的同時(shí)，逐漸培養(yǎng)其主動(dòng)猜想、探究、論證的精神，勉勵(lì)自己不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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