物理教學(xué)中滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)

郭潔

摘要：本文以“電容器的充放電”實(shí)驗(yàn)為例，在課堂中通過觀察分析，找出不同電容器構(gòu)造的特點(diǎn)，合作交流，制定探究電容器充放電的方案，觀察實(shí)驗(yàn)匯報(bào)結(jié)果，提出問題，合作交流解決問題等方式多方面滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，以提升學(xué)生的學(xué)科思維品質(zhì)，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：電容器充放電;科學(xué)探究能力;合作交流

中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2021）17-091

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“物理學(xué)基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系?！蓖ㄟ^物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和體驗(yàn)，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，使其對(duì)物理學(xué)科建立科學(xué)的態(tài)度。這就要求教師在物理教學(xué)中注重科學(xué)探究，尤其注重物理實(shí)驗(yàn)。本文以人教版必修3《觀察電容器的充放電》為例，探討在物理教學(xué)中如何滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

一、合作交流，制定方案

電容器的充電、放電過程不能直接看出來，只有通過實(shí)驗(yàn)來觀察。教師可引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作，根據(jù)所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)有條件，緊扣實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩磉x擇適當(dāng)?shù)姆椒?，然后?gòu)思探究計(jì)劃，選擇合適的器材，最后設(shè)計(jì)電路圖。之后各小組展示實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，小組間對(duì)可能存在的問題再次進(jìn)行討論，交流修改并完善實(shí)驗(yàn)電路圖，最后制定可行的實(shí)驗(yàn)方案。

二、預(yù)設(shè)問題，引起討論

教師在課前的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中發(fā)現(xiàn)不同的電壓表和電流表測(cè)得的結(jié)果有很大差距。為了避免讓學(xué)生按教師或者教材的既定步驟進(jìn)行虛假“探究”，教師在不同小組配置了不同的電流表和電壓表。各小組測(cè)得的結(jié)果會(huì)大相徑庭，不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同看法，從而引發(fā)討論，學(xué)生的求知欲得以激發(fā)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂氣氛也變得活躍。

三、實(shí)驗(yàn)觀察，匯報(bào)結(jié)果

小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，交流討論后，小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到了各種問題，有些小組對(duì)電容器進(jìn)行充電時(shí)，電壓表有示數(shù)，但電流表幾乎沒有偏轉(zhuǎn);有些小組給電容器充完電后斷開開關(guān)，理論上電壓表的示數(shù)應(yīng)該保持不變，但示數(shù)一直在減小;有些小組觀察到開關(guān)閉合瞬間電流較大，但馬上又開始減小到0，開關(guān)打到2放電時(shí)，發(fā)現(xiàn)又有電流了，但電流表指針是反向偏轉(zhuǎn)的，而且也在減小到0;有些小組發(fā)現(xiàn)剛閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)增大得快，后來示數(shù)增大變慢了，剛閉合開關(guān)，電流表突然有一個(gè)值，然后逐漸減小，減小的速度越來越慢;有些組觀察到電容器充電完成后，電壓表的示數(shù)只有0.6V，而不是理想中的電源兩端的電壓1.4V左右;有些小組觀察到斷開開關(guān)后，電壓表示數(shù)一直在緩慢減小。

教師要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中如實(shí)記錄，客觀對(duì)待所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過小組交流提出遇到的問題，讓學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和精神。

四、發(fā)現(xiàn)問題，提出猜想

為了培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理和科學(xué)論證的能力，教師在不同的小組配置不同的電表，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行積極的探索發(fā)現(xiàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，不同的小組使用的電表不一樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不一樣。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，討論分析產(chǎn)生不同結(jié)果的原因。討論中學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出猜想：可能跟空氣濕度有關(guān)、跟電表的量程有關(guān)、跟電路中變阻箱的電阻有關(guān)等等。根據(jù)猜想分析討論并再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。不同小組之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相互公開，合作交流，這樣才能獲得更有效、更全面的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生體會(huì)合作是科學(xué)研究中極其重要的環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)。

五、合作交流，解決問題

小組合作交流中發(fā)現(xiàn)，不同的電表會(huì)產(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過分析、對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，排除變阻箱電阻的因素;通過使用吹風(fēng)機(jī)再次實(shí)驗(yàn)排除電容器漏電的因素;通過改變電壓表量程再次實(shí)驗(yàn)排除電壓表量程的因素。最后得出結(jié)論：跟電壓表有關(guān)。不同電壓表有不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一結(jié)果顛覆了學(xué)生對(duì)電壓表的認(rèn)知。根據(jù)初中所學(xué)知識(shí)，電壓表電阻無窮大，在電路中應(yīng)看作斷路。電壓表和被測(cè)用電器并聯(lián)后，通過它的電流為零，不會(huì)影響被測(cè)電器兩端的電壓。出乎意料的結(jié)論引起學(xué)生極大的好奇心，增強(qiáng)他們進(jìn)一步探索的欲望。

教師補(bǔ)充說明兩種電表的異同點(diǎn)。電壓表在電路中可看成一個(gè)可以測(cè)量自己電壓的電阻。實(shí)際電路中電壓表內(nèi)阻較大，有較小電流通過。如果與電壓表并聯(lián)的電阻較小，則通過電壓表的電流較小，可以忽略不計(jì)，所以可把電壓表這一路看作斷路。反之與電壓表并聯(lián)的電阻較大，電壓表中的電流也大，電壓表這一路就不能看成斷路。實(shí)驗(yàn)室普通電壓表的電阻是3kΩ，數(shù)字電表的電阻是1000kΩ。教師再次提問能否解釋不同的電壓表在實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果？

為了觀察到更好的實(shí)驗(yàn)效果，教師用更精密的儀器——DIS演示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，交流討論后畫出并展示充電和放電過程I-t圖，學(xué)會(huì)靈活選用合適的器材獲得數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，找到規(guī)律，形成結(jié)論并用圖像描繪實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

核心素養(yǎng)下的物理教學(xué)，應(yīng)注重科學(xué)探究的過程，讓探究在思維的碰撞中前行。在探究中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力，通過實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生制定計(jì)劃和觀察收集數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)的能力，學(xué)會(huì)提出問題，作出解釋，反思合作交流。

通過物理實(shí)驗(yàn)滲透科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，學(xué)生在探究的過程中能掌握科學(xué)的方法，形成合理的思維，提升學(xué)科思維品質(zhì)，從而促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（作者單位：南京市秦淮中學(xué)，江蘇 南京210000）