科学探究在物理教学中的应用

王瑞

【摘 要】本文以一节课堂教学实例为例，论述科学探究对提升学生核心素养的作用。

【关键词】科学探究;核心素养;物理教学

在新课标、新课程背景下，教育部指出：新高考背景下，如何把物理核心素养落实到课堂教学中，是目前我们应首要解决的问题。物理核心素养四要素分别是：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制作方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，主要包括问题、证据、解释、交流等要素。科学探究能够充分调动学生的积极性、主动性，并让学生亲身体验到通过自己努力获得知识的快乐。这样既能开拓学生的思维领域，又能培养学生研究问题的科学方法。科学探究是指在教师的指导下，学生应用已学知识和技巧，自己设计实验，探索物理概念或规律，从而获得知识的方法，其模式可归纳为以下五个环节：

（1）教师创设物理情景，提出要解决的问题;

（2）引导学生针对问题进行思维活动，提出合理的猜想;

（3）引导学生设计各种实验方案验证猜想，共同讨论并确定最佳实验方案;

（4）根据最佳方案进行分组实验，取得实验数据，引导学生对实验数据进行分析、判断，从而得到正确结论，获得知识;

（5）引导学生将从探究中得到的知识加以应用。

下面是“玻意耳定律”的课堂教学实例，希望能给大家一点参考。

1.创设情景

展示一杯染红的水，一个两端开口、粗细适度的玻璃管，一个装有清水的杯。

提出问题：你能否在不移动两个杯子的情况下將红色的水送至装有清水的杯中？

有学生演示玻璃管插入水中后，用大拇指堵住上端开口，然后奇迹般地将水提出来，再送入空杯后，松开堵住玻璃管上开口的大拇指，水流入杯中。

教师提出问题：是什么原因使刚才的水被提了出来？

学生大都能据初中所学知识回答是大气压的作用。

教师提问：被堵住的气体有没有气压？

学生：有！

教师：管外有气压，管内有气压，为什么水还能被提起来？

学生答：管内外气压不等。

教师进一步提问：管内气压大还是管外气压大？

学生答：管外气压大。

教师：在刚堵住管口而没有向上提时其压强与外气压一样大吗？

学生答：一样大。

教师：为什么提起来后管内压强比管外小了？请大家讨论三分钟，并自由发言。

教师在学生发言的基础上引导分析：这很可能是由于水有重力作用，往下掉的同时导致管内封闭气体体积变大而导致其压强减小的结果。说明被封闭的一定质量的气体的压强与体积是相互联系的。再根据学生日常热胀冷缩的生活经验指出，如果给管内封闭气体加热水会继续往下掉，是由于在气体体积未变时温度升高压强变大的缘故，指出一定质量的气体压强还与温度有关。

教师：气体的压强P、体积V、温度T是相互联系的，那么要研究这三个量之间的关系，思路应如何呢？

学生回答：先保持其中一个量不变，确定另外两个量的关系，再研究三个量同时变化时所遵循的规律（控制变量法），教师指出，这节课要研究的是——一定质量的气体，当温度不变时，它的压强与体积有什么关系？

2.进行猜想

有学生说：气体的体积增大，压强也随之增大，它们之间可能成正比;有的持相反意见，认为气体体积增大，压强会减小，压强与体积可能成反比等。

教师不表态，指出：“实践是检验真理的唯一标准，请同学们设计实验来研究。”

3.设计实验

要求各组（四人为一组）独立设计实验，设计实验时要考虑以下几个问题：

（1）如何获得一定质量的气体;

（2）如何保持其温度不变;

（3）如何多次改变气体的体积与压强，并能测出每次体积与压强的数值。

学生根据老师的提示，设计了多组实验，教师在多组实验中选出甲、乙、丙三组实验，进行总结、评估。

甲、乙、丙回答问题（1）：气体体积可先量出管内气体长度，乘以横截面积即可。

甲组回答问题（3）：通过气压计读出外界压强，再通过两管水银柱高度差算出封闭气体压强，由于是软管，可以多次实验，读出多组数据。

乙组回答问题（3）：提高或降低管顶的高度，封闭气体的体积会改变，从而压强也改变，平衡后，可从管内和槽中水银面高度差及气压计算出封闭气体压强，多次这样提高或降低管顶的高度，可读出多次实验数据。

丙组回答问题（3）：倾斜U型管，可多次改变气体体积及压强，压强可由两管水银面高度差及气压计读出的大气压算出。

此外，三组实验只要每个实验都同时操作，均能保持温度不变。

4.评价

教师：上面几组的设计非常精妙，也符合实验要求。但哪个测量得更准确，操作更简便呢？

学生讨论，发表见解，最后确定甲方案在测量上更准确、操作上更简单，为最佳实验方案。

5.分组实验，取得数据

h——两管水银面高度差 P——密闭气体压强

L——密闭气体长度

6.由于气体的体积V增大时，压强P就减少，所以首先想到它们之间可能成反比，随即提出两种验证方法

（1）看P、V乘积是否为一恒量;

（2）画出p—1/V的图像，看看是否为一条过原点的直线。

7.得出结论并应用

从数据中得到玻意耳定律并再次强调它得出的实验条件，应用时要注意是否满足这些条件。

在物理教学中，还有很多知识可采用科学探究的方式，如 “胡克定律”“电阻率”等，从教学实践效果来看，这种教学模式不仅使得课堂变得活跃，而且对培养学生的创造能力、动手能力、自我解决问题的能力、合作精神，以及对学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力的提高，都行之有效，学生的核心素养也会随之提高。