开展物理科学探究活动实践与探索

广州市新滘中学（土华校区） 梁智毅
摘要：本文主要通过介绍本人对物理“新课程”中科学探究的理解以及开展“物理科学探究活动”的实践经验与体会，论述开展“物理科学探究活动”的必要性与重要性。
关键词：新课程  科学探究  科学探究活动
随着新课程标准的实施，赋予了我们新的教学理念与新的要求。科学探究被引入到物理课堂教学中，教材中设置了不少的探究实验。不仅是让学生通过科学探究活动获取知识，而且更重视让学生经历探究过程；有的甚至只是要求学生经历探究过程。《课程标准》中明确指出“注重科学探究，提倡学习方式多样化”、“改变过分强调知识的传承的倾向，让学生经历科学探究的过程，学习科学研究方法，培养学生探索精神、实践能力以及创新意识”。由此可见，新课程标准十分强调科学探究在学习中的作用，使科学探究成为一个新的教学要求和新的学习方式。
在课堂教学中，由于受时间、器材、场地等条件的限制，科学探究活动受教师的主导作用影响较大，基本体现教师的教学计划（教师需准时下课并完成既定的教学目标）；学生虽然有参与，但自主式探究活动被削弱。为此，我们以小组合作学习的形式，开展了物理科学探究活动课（每周1节）。内容主要选取课本中相应的实验或制作作为科学探究活动的内容，学生以小组活动形式为主。
一、开展“物理科学探究活动”课的目的
1、培养学生的学习兴趣和探索兴趣。学生都是好动的，好奇心强，他们正处于探究心理的发展期；活动课刚好能迎合学生的这个心理特点，容易激发学生的兴趣和求知欲。
2、培养学生的科学探究能力，提高学生的科学素养和综合素质。
3、使学生在课堂上学到的知识得到巩固和运用。在科学探究活动中，可以让学生应用课堂中学到的物理知识，巩固知识。
二、对科学探究的理解
1、科学探究的意义：“学生在科学探究活动中，通过经历与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，体验科学探究的乐趣，学习学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想与精神。”（摘录自《课程标准》）
2、科学探究的要素：科学探究包括七个要素：提出问题→猜想与假设→制定计划与设计实验→进行实验与收集证据→分析与论证→评估→合作与交流。这只是科学探究的七个要素，并不是科学探究活动中必须经过的7个顺序环节。所以我们在开展科学探究活动中，根据学生的探究水平，只注重对某几个要素的过程经历与能力培养，并不强求每个科学探究活动都必须经过这七个环节。
3、科学探究的选题：“科学探究的问题可以是学生提出的，也可以是教师提出的，可以是《标准》所要求的科学内容，也可以是与《标准》科学内容有关的交叉学科的内容。科学探究的形式有课堂内的探究性活动和课堂外的家庭实验、社会调查及其他学习活动。”（摘录自《课程标准》）
三、开展“物理科学探究活动”的实际操作
我们老师都知道，开展活动课“花时费力”；但，最困难的还是两个问题：开展什么活动？“怎样开展活动？。我们主要有以下的一些操作体会：
1、打好课堂教学的主战场。课堂教学毕竟是教学的主战场，课外活动只是作为巩固知识、培养能力、提高素质的有益补充。所以，在课堂中，我们注重物理基础知识与能力的培养，注重培养学生科学的思维程序和科学方法。如在科学探究活动中，常用的控制变量法、归纳法等。为学生参加“物理科学探究活动”课打下坚实的基础。否则，学生在活动中也难有作为。
2、科学探究活动的基本模式为：以物理实验（制作）为载体，形成探究的情景，发现并提出问题，探究问题。在活动中，我们紧贴课本，选取课本中的一些实验或小制作作为载体，精心设计和详尽准备；活动中，教师适当引导，让学生从中发现问题，并开展科学探究活动。


案例一：“空气温度计”（图1）的制作与科学探究活动。
这是一个比较简单的制作（在制作时，截取打点滴用较长的塑料管代替玻璃管，用木版固定，效果较好）。学生制作“空气温度计”后，自然会提出几个问题：“没刻度怎样用，怎样为它画刻度？它是怎样反映温度的变化的（原理是什么）？”在和学生探讨它的工作原理后，我就让学生自己通过讨论，探究怎样为“空气温度计”定刻度：原理是什么？步骤怎么样？（类比液体温度计的刻度确定）然后再去做。做好之后，大家都把作品都放在教室，在以后的几天里，与寒暑表对照，让他们看看谁的“空气温度计”准确些。当然，空气温度计的液柱高低不但与气温的高低有关还与空气的湿度等有关；在观察中同学们都发现了其中的问题，我又引导他们分析，查找有关资料，指出“空气温度计”的优点和缺点，以及其他的用途（如用“空气温度计”测量了教学楼的高度）。和“空气温度计”一样，其实很多的物理小制作都蕴涵着不少的知识，只要我们跨出第一步，前面就有极为广阔的空间。
案例二：“盐水电池”实验与科学探究活动。
“盐水电池”是第六章第一节《电压》练习中的一个实验，看起来平淡无奇。但是，实践起来内涵非常丰富。我们准备了实验器材①三块金属片（5cm×20cm）：铜片、铝片、锌片（镀锌铁片）；②电压表1个；③导线2根；④烧杯、水、食盐等。让学生进行探究实验。实验不久，就有一位“好胜”学生有叫嚷：“老师你好‘偏心’！怎么他的（实验）电压是0．7V，而我的只有0．5V？都怪你给我的器材不好。怎样才能使电压升高啊？我要比他的（实验电压）高。”──探究的问题自然就出来了。于是我就顺势在黑板上写出探究的问题：如何提高盐水电池的电压？盐水电池的电压与哪些因素有关？接着让学生们进行猜想，设计实验步骤和实验表格，提醒注意控制变量法的应用，进行实验与收集证据，分析与论证、各组之间进行交流。并开展了比赛：看谁的盐水电池电压最高。有的同学也想出了“怪招”──将盐水电池串联起来。
这样做又有一个新的问题：几个盐水电池串联起来电压达到了3V多；有个同学提议：接上一个小灯泡试试。结果灯泡并没有发光，学生们又疑惑了。接着又研究讨论一番。这样，大大刺激了学生们的探索积极性和思维。
接着下来的几周的活动课，我们继续进行了各种水果电池、蔬菜电池的探究，由学生带自己喜欢的材料进行实验。以及用这个电池作为电子表、音乐贺卡等小功率用电器的电源的探究实验，更加激发了同学们的兴趣与成功感。
3、在选题方面，教师选题与学生选题相结合。在科学探究活动的选题范围上，我们原则上是紧靠课本与学习进度，但有时也选择学生提出的课题，这样可以激发学生的积极参与。
案例三：学生的好奇心是很强的。
在学习电学时，不少的同学不顾教师的阻止、批评，硬是把干电池的“外衣”剥去，看看里面的“真身”；甚至把“皮”也剥开，对“内脏”也研究一番。不少的同学对电流表、电压表的构造很好奇，提出问题和要求：“电流表、电压表是怎样测量电流、电压的？能否拆开来看看！”好的电表拆了可惜；但是，学校里每年都有一些损坏的电表，积累下来数量也不少。虽然该课题有点超出学生现有的知识水平，但为了不破坏同学们的好奇心，我还是把这些废表拿出来，让他们探究“电流表、电压表”的结构与工作原理。把电流表、电压表拆开，指导他们观察表的元件、结构与电路，分析、记录表里的电路连接情况，比较两者的异同。
在这个科学探究活动中也有一个很大的意外发现和收获：原来这部分“废表”中一部分的“表心”（灵敏电流计）还是好的。于是，我就组织学生把着部分电表多余的部分去掉，只留下“表心”和两个接线柱，就改装成“灵敏电流表”。一共改装了二十多个，足够用于“电磁感应现象”的探究实验。有同学也提出，电压表里面的电路是串联，将电压表改装为“灵敏电流表”也很简单，在表里多接一根线出来就行了。不少同学用着自己动手制成的器材做实验，感到很自豪与成功，十分投入，科学探究活动收到良好的效果。（部分学生的“好拆心”还是很强的，当学到“电能表”时又要求“拆开来看看”，我也满足他们的要求了。）
4、在组织形式上课堂探究与课外探究相结合。为了使一部分的科学探究活动更具开放性，我们把一些科学探究活动安排课外，利用周日、节日进行。
案例四：探究“影响摩擦力大小的因素”时，进行课外开放型的探究，让学生独立或小组进行猜想、设计实验、进行实验与收集数据、证据、分析与论证，最后写出探究实验报告。其中不少同学设计的实验不同于书本的内容，有一部分参照课外书，也有一部分是他们的“原创作品”。
四、开展“物理科学探究活动”初见成效
经过几年的实践，较好地达到了预期的目的，取得良好的效果。
1、激发了学生的学习兴趣。在科学探究活动中，以实验（或制作）活动为主，适合中学生好动、好奇心重的心理特点，容易唤起学生学习物理的兴趣和动机。同学们早已把物理实验看作是“游戏”；而制作的作品，也是他们的心爱“玩具”。每次活动，基本都是延长时间的（科学探究活动课基本安排在最后一节，不会影响其他课）。一些平时上课不专心的同学在科学探究活动中开始是觉得好玩，慢慢就有了兴趣；在老师的鼓励下，上课开始专心听，做好笔记，学习成绩不断提高。潜而默化，互相促进，也增强了学生学习物理知识的兴趣。（其实，老师在活动中也是感到其乐无穷的。）
2、促进课堂教学，加深对知识的理解。由于科学探究活动的课题紧靠课本与学习进度，所以大大促进课堂教学。
案例五：上面提到的探究“电磁感应”现象，由于“灵敏电流表”是学生们自己动手制作的，学生们都熟悉的使用，学习过程自然很顺利。

案例六：探究“浮沉子”的浮沉。在学习浮力时，我们安排了制作“浮沉子”（图2）。学生们拿着瓶子，用力一按，里面的小瓶就下沉了；一松手，小瓶子就上浮；用力恰当，小瓶子就悬浮；同学们都被它吸引住了。我就要求他们仔细观察、思考，互相交流，找出“浮沉子”上浮、下沉的原理。当学生弄通这个问题后，自然就掌握了“物体的浮沉条件”，《浮力的应用》一节的学习就显得轻松了。

案例七：近年来，考试中“用电能表测量电功率”的题目很常见（也很有实用价值）。我们过去也经常进行相关的习题练习，但练来练去，效果就是不好。学生基本是靠死记解题步骤去解题的，题型一变就无从入手。究其原因，就是没有理解好它的原理。适逢当时南区供电局在当地更换电能表，我们就发动学生把家里换下的电能表拿回学校，安装实验电路板（实验电路见图3）。安装由学生在活动课上按照老师制定的电路图进行安装；安装完毕，由老师检查无错误（注意用电安全）后才给以通电实验。让学生设计实验步骤，真实地进行“用电能表测量电功率”。使学生体会其中的真实情景，通过实践活动，加深对公式P=W/t的理解。并通过比较两种测量方法，掌握实验技能和知识的实际应用，取得很好的教学效果。
由此可见，通过实验或制作的科学探究活动促进了学生对物理现象、规律、原理与对应的实际事物联系，加深对物理知识的理解，促进实验技能、方法的掌握。
3、学生的科学探究能力、综合能力和科学素养得到较大提高。在科学探究活动中体现了学生们较强的创新能力。
案例八：在制作“空气温度计”时，有的同学发现自己“空气温度计”“失灵”了：用手握住瓶子，液柱也不上升。后来分析、查找原因，大家估计是瓶子的密封不好，漏气了；怎样确定瓶子是否漏气呢？大家都想办法。后来一位同学提出一个很有创意的办法，很好地解决了这个问题：她把瓶子倒过来放，把一根软管弯向上（图4）。如果瓶子是漏的，就不是漏气，而是漏水出来（转换法），就容易发现。体现该同学不迷信书本，大胆创新的精神。

科学探究，作为一个新的教学要求与学习方式，还有待不断地深入探索、研究。从初步的实践与研究表明，重视科学探究的教学，积极开展科学探究活动，能够培养学生主动参与，乐于探究，勤于动手的好习惯，促进学生的自主发展。能够培养学生搜集信息和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析解决问题的能力以及交流与合作的能力；培养了学生实践能力与创新精神；促进学生综合素质的提高。
参考资料：
[1]《全日制义务教育物理课程标准》  中华人民共和国教育部北京大学出版社
[2]《物理课程标准（实验稿）解读》  教育部基础教育司  物理课程标准研制组
[3]《游戏中的科学》北京出版社  主编   纪江红