張正太

(泰州市高港實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 泰州 225323)

科學(xué)探究是物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的基本理念,目的是讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程，體現(xiàn)基本物理思想和物理方法的具體運(yùn)用，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng).這就需要教者潛心研究教材，聯(lián)系生活實(shí)際，注意素材的挖掘和積累,認(rèn)真研究“中考”，從中捕捉好題，精心選編成科學(xué)探究題，進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練,讓學(xué)生在探究中體驗(yàn)創(chuàng)新，提高能力.筆者就蘇科版教材，談?wù)劷虒W(xué)中注重探究性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一些實(shí)例.

1 設(shè)計(jì)創(chuàng)新情境捕捉訓(xùn)練契機(jī)

中考探究性實(shí)驗(yàn)題，十分注重問題研究方法的考查.筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，有些教材安排，不一定能達(dá)到預(yù)設(shè)的功效；有些實(shí)驗(yàn)，教師若不深入挖掘，很難培養(yǎng)創(chuàng)新思維.

如教材中“功”的建構(gòu)，一改傳統(tǒng)做法，從學(xué)生剛學(xué)到的杠桿、滑輪、斜面等機(jī)械入手，發(fā)現(xiàn)使用機(jī)械若省力必費(fèi)距離；若省距離，必費(fèi)力.用斜面再一次探究，發(fā)現(xiàn)Fs與Gh近似相等，從而定義功.這就是發(fā)現(xiàn)式研究方法.筆者體現(xiàn)編者的意圖，但仍采用原滬科版動(dòng)滑輪提升鉤碼的做法，因?yàn)樵撟龇ǜ軇?chuàng)設(shè)創(chuàng)新思維的契機(jī).具體探究過程如下.

圖1

【例1】小明發(fā)現(xiàn)，利用簡單機(jī)械(圖1)雖能省力，但要多移動(dòng)距離，其中的力與距離的乘積是否存在一定的數(shù)量關(guān)系？為探其究竟，設(shè)計(jì)了兩種方法.其一是用同一只動(dòng)滑輪分別提升不同數(shù)目的鉤碼(所提鉤碼逐漸增加)，記錄了數(shù)組數(shù)據(jù)；其二是改換不同的動(dòng)滑輪(動(dòng)滑輪自重逐漸減輕)，提升相同的鉤碼，記錄出數(shù)組數(shù)據(jù).請你幫他分析：

(1)記錄出數(shù)據(jù)的表中，力與在力的方向上通過的距離乘積存在的一個(gè)共同之處是______；請說出產(chǎn)生的主要原因______.

(2) 第一種方法中，若所提鉤碼數(shù)逐漸加大，且達(dá)到足夠大.你認(rèn)為得出的結(jié)論是______；第二種方法中，若所用動(dòng)滑輪越來越輕，且輕到幾乎可以忽略，你的結(jié)論是______.

本題第2問的正確答案是當(dāng)鉤碼重G遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑輪自重G′，則Fs=Gh(實(shí)際處理問題的辦法).若不計(jì)滑輪自重，則Fs=Gh(理想化處理問題的辦法).抓主要問題，科學(xué)處理.無論是處理實(shí)際問題所采取的方法，還是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)推理法,都是極好的素材.尤其是在新授課中，“功”的建構(gòu)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中感悟,同時(shí)亦為機(jī)械效率打下伏筆,收效更大.

【例2】某學(xué)生在做“探究光反射定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行了下面的操作：(1)將紙板與平面鏡保持垂直，如圖2(a)，讓一束光貼著紙板沿某一個(gè)角度射到O點(diǎn)，經(jīng)平面鏡的反射，沿另一個(gè)方向射出.改變光束的入射方向，使入射角i減小，這時(shí)反射角r跟著減小，r總是______i；若入射光線垂直于平面鏡，這時(shí)反射角為______，你能得出這一角度用的研究方法是______.

(2)如圖2(b)，把半面紙板NOF向前折或向后折，這時(shí)，在NOF上看不到______,說明______．

本例第1問的最后一空的研究方法是建立在一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)推理；這是最精彩的一筆.可惜教師教學(xué)時(shí)，基本無人提及.新課教學(xué)時(shí)，筆者詢問，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅個(gè)別學(xué)生能說出，可見需要加大這方面的訓(xùn)練力度.

圖2

2 挖掘土法實(shí)驗(yàn)活用研究方法

教材中的土法實(shí)驗(yàn)，簡單、易行、效果好，但要注意挖掘，引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)的眼光去觀察、探究，切不可死搬硬套.

圖3

【例3】探究活動(dòng)：讓學(xué)生把鉛筆的一端削尖后，用兩只手的食指分別壓住筆的兩端(圖3),擠壓三次，施加不同的壓力. (1)可以發(fā)現(xiàn)，每次都是接觸筆尖的手指受壓的感覺比另一手指要強(qiáng)得多，試猜想壓力作用效果與______有關(guān)，分析總結(jié)得到的結(jié)論是______；由接觸筆尖手指的疼痛感不一，猜想壓力作用效果與______有關(guān)，分析總結(jié)出的結(jié)論是______.(2)在上述實(shí)驗(yàn)分析得到相關(guān)結(jié)論的過程中，你用上了哪些物理知識(shí)和研究方法？______.

教師新授課時(shí)，“手指擠壓鉛筆”實(shí)驗(yàn)，通常只作為壓強(qiáng)引入的例子，讓學(xué)生猜想壓力作用效果與哪些因素有關(guān).改編成這道探究題，參考答案是：(1)受力面積的大小.壓力相同時(shí)，受力面積越小，作用效果越明確. 壓力大小.受力面積一定，壓力越大，作用效果越明顯.(2)手指擠壓鉛筆，手指感到疼痛且凹陷——力的作用是相互的.后者還說明力的作用效果使物體發(fā)生形變.實(shí)驗(yàn)并探究出的結(jié)論，所用的研究方法即控制變量法、比較法.每一次用力擠壓時(shí)，兩食指所受壓力的大小總是相等的，二力平衡、力的相互作用.手指至少三次增加施加的壓力，觀察或感受其效果，是為了便于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出規(guī)律，使得到的結(jié)論更可靠，更具有科學(xué)性.筆者以為，第1問中分別提出筆尖對手指壓力效果和兩手指同時(shí)對比壓力作用效果，讓學(xué)生分析，自然到位，恰到好處.第2問中的物理知識(shí)間的因果關(guān)系是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)獲取新知識(shí)的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，同時(shí)亦加深了對知識(shí)點(diǎn)之間的理解和聯(lián)系.

又如探究液體壓強(qiáng)知識(shí),教科書81頁體驗(yàn)液體壓強(qiáng)的存在，用3幅圖讓學(xué)生分別感知液體對容器底、側(cè)壁、液體內(nèi)部向上的壓強(qiáng). 筆者教學(xué)時(shí)，為進(jìn)一步挖掘其實(shí)驗(yàn)探究功能，增加了如下實(shí)驗(yàn)：一是讓每個(gè)學(xué)生將空塑料袋套在手上，且插入水中(水未流入袋內(nèi))，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是塑料袋緊貼在手上，學(xué)生能夠分析得到液體內(nèi)部的壓強(qiáng)向各個(gè)方向；二是探究影響液體壓強(qiáng)大小的因素，筆者安排如下實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究.

圖4

【例4】向底部扎有橡皮膜的玻璃管中倒入水，若水的高度越高，橡皮膜凸出得越明顯，如圖4(a)，由此能得到的結(jié)論是______；若將裝有水的管緩緩插入水中，當(dāng)管內(nèi)外水面相平時(shí)，觀察到底部的橡皮膜恰好水平(圖d)，這時(shí)又能得出這樣的結(jié)論______；為進(jìn)一步探究出液體的壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系,將裝有水的管子，緩緩插入酒精中如圖4(e)的位置時(shí)，能得出結(jié)論嗎？______(闡明理由)，你認(rèn)為此時(shí)應(yīng)將管______(選填“上提”或“下移”)至______時(shí)，觀察到______現(xiàn)象，方可分析得出結(jié)論______.

例4的后半部分，在探究液體壓強(qiáng)與液體密度關(guān)系時(shí)，巧妙地將控制變量法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)操作過程中，而不是機(jī)械地套用探究方法.管下移后，到達(dá)的位置有兩種：一是管內(nèi)外液面相平，觀察橡皮膜的凹、凸；另一是待管底橡皮膜水平時(shí)，觀察管內(nèi)外液體的高低.再由前半部分剛得到的結(jié)論加以分析推理.該過程體現(xiàn)了對物理方法的靈活運(yùn)用，點(diǎn)燃了學(xué)生智慧的火花.筆者以為無論是上課引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)建構(gòu)物理知識(shí)，還是用于習(xí)題訓(xùn)練，都是一道不可多得的好題.

3 尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)引導(dǎo)分析推理

中考實(shí)驗(yàn)題中，有些是為了體現(xiàn)物理規(guī)律，有意將生活中的物理現(xiàn)象編制成的. 筆者認(rèn)為尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，引導(dǎo)分析推理，方能避免因思維定勢而釀成失誤.

【例5】冬天下雪后，小莉發(fā)現(xiàn)臟的雪比干凈的雪熔化得快.小莉想：是不是因?yàn)樯钌矬w比淺色物體吸收太陽輻射熱的本領(lǐng)強(qiáng)呢？為了驗(yàn)證這個(gè)猜想，她做了如下實(shí)驗(yàn)：將質(zhì)量、溫度都相同的水分別倒入兩個(gè)一樣的牛奶瓶中，用白紙和黑紙包起來.然后將兩個(gè)牛奶瓶放在同處，在陽光下直曬，每隔5 min測一下瓶中水的溫度.經(jīng)過0.5 h的實(shí)驗(yàn),兩只牛奶瓶中的水溫變化情況如表1所示.

表1 奶瓶中水溫變化情況

小莉驗(yàn)證了她的猜想是正確的，同時(shí)對表中的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，得出了一些結(jié)論.請回答下列問題：(1)由表中相同時(shí)間內(nèi)吸收相同的輻射熱，但升溫變緩. 可推想出溫差越大，高溫體向低溫體散熱將______.(2)推測牛奶瓶的水溫升至一定溫度后不再上升(低于水的沸點(diǎn)).你能說出其中的道理嗎？______.(3)兩只奶瓶中的水最高溫度會(huì)相同嗎？為什么？______.(4)某一盛夏夜晚，戶外較為涼爽,為節(jié)電，到戶外納涼.你認(rèn)為此時(shí)應(yīng)該穿淺色還是深色衣服______；漫步至沙灘，當(dāng)赤腳由沙灘步入海水中，感到海水比沙石熱，這是因?yàn)楹Ｋ腳_____較大，此時(shí)不斷有風(fēng)吹來，你認(rèn)為吹的是______(選填“海洋風(fēng)”或“大陸風(fēng)”).

上題中每一問的分析推理過程都能體現(xiàn)出具體情況具體分析，彰顯學(xué)生的發(fā)現(xiàn)意識(shí)和創(chuàng)新能力. 筆者以為，尊重客觀事實(shí)，引導(dǎo)分析探究，推理得出結(jié)論,既培養(yǎng)科學(xué)品質(zhì)，又增強(qiáng)了探究意識(shí)和創(chuàng)新能力.

4 直面易混問題進(jìn)行科學(xué)探究

教材中有些知識(shí)點(diǎn)的理解及運(yùn)用極易混淆.這就需要教師創(chuàng)設(shè)問題情境，直面應(yīng)對，澄清模糊認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析，準(zhǔn)確理解，靈活運(yùn)用. 以“動(dòng)能”、“慣性”解釋“限速”規(guī)定等相關(guān)現(xiàn)象為例，筆者自編了一道實(shí)驗(yàn)分析題.

【例6】小華、小強(qiáng)看到高速路旁的車距警示牌(車距200m)、限速牌(圖5),發(fā)現(xiàn)有這樣一條規(guī)律：不同車輛，保持的車距要求是一樣的，但限速是車輛的______越大，限速越小，解釋上述規(guī)律.

圖5

小華認(rèn)為，車輛動(dòng)能大小可能與車輛的質(zhì)量、速度的大小有關(guān).質(zhì)量越大、速度越大，它的動(dòng)能越大.

小強(qiáng)認(rèn)為，質(zhì)量大，慣性大.急剎車時(shí)，質(zhì)量大的車輛，即便是相同的車速，滑行的會(huì)更遠(yuǎn)些.

倆人的解釋，似乎都合情合理.為探其究竟，現(xiàn)選用較為光滑的斜面、質(zhì)量不等的鐵球、平鋪上粗糙毛巾的水平工作臺(tái).設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)探究方案.

方法：小球在斜面上釋放，改變小球的質(zhì)量、速度，通過比較在水平粗糙毛巾表面上滑行路程s的長短，反映小球動(dòng)能的大小.該研究方法是______.

步驟：(1)探究與速度的關(guān)系.將同一小球從斜面上______處釋放，觀察水平滑行的距離s.

(2)探究與質(zhì)量的關(guān)系.將質(zhì)量不等的小球從斜面上______處釋放.為驗(yàn)證小球按要求釋放，是否能得到同樣速度，小強(qiáng)將質(zhì)量不等的兩小球按步驟(2)的位置同時(shí)釋放后，若能觀察到______現(xiàn)象，就證明球剛滾到坡底時(shí)有相同的速度；同時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)它們在同一水平面上滾動(dòng)的路程s亦相同.

綜上實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析，可以斷定______(選填“小華”或“小強(qiáng)”)的解釋是不妥的.這一現(xiàn)象能夠證明“速度相同，質(zhì)量越大動(dòng)能越大嗎？”______，請闡明理由____________.

就解釋限速牌而言，二人似乎均有理有據(jù).所以要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情境，讓事實(shí)來評(píng)判，體現(xiàn)物理思想、科學(xué)精神. 最后一問正確解釋是質(zhì)量大的車輛壓力大，因而摩擦力大，以相同的初速度滑行，即使滑行相同路程s，做功亦多，即動(dòng)能大.

5 充實(shí)探究性實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)教材不足

教材有些章節(jié)中的重要知識(shí)點(diǎn)，在建構(gòu)的過程中，缺少有價(jià)值的探究性實(shí)驗(yàn).這就需要教師進(jìn)一步挖掘?qū)嵗杏袃r(jià)值，且可設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)的素材，讓學(xué)生感悟物理的思想、方法.

如“光現(xiàn)象”中的光的直線傳播是本章的重要考點(diǎn)之一，然而，教材中沒有實(shí)質(zhì)性的科學(xué)探究.筆者就光的直線傳播的實(shí)例，小孔成像、影子的形成，自編了兩道實(shí)驗(yàn)題.

【例7】小明同學(xué)為了探究小孔成像規(guī)律，在較暗的房間中利用一支點(diǎn)燃的蠟燭，挖有不同形狀小孔的硬紙板NN′，白屏MM′，刻度尺等進(jìn)行探究，如圖6.

圖6

(1)小孔成像的原理是 ______ ;小孔成像的形狀與小孔的形狀 ______.

(2)為探究影響成像大小的因素，小明設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)，記錄的數(shù)據(jù)如表1、表2所示，實(shí)驗(yàn)中物長均為L=6cm.根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，請你分析小明是研究像長l與______的關(guān)系，應(yīng)得出的結(jié)論是______.

(3)綜合表1和表2，你能幫他總結(jié)出像的放大、縮小與影響它的兩個(gè)因素的大小關(guān)系嗎？______.

表1 相同物距的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本題若作為復(fù)習(xí)用，可直接引導(dǎo)學(xué)生，從研究方法，即控制變量法入手，讓學(xué)生分別控制和改變物AB及屏MM′的位置，通過作圖、對比得到結(jié)論.

控制變量法是研究物理問題的基本思想方法.無論是設(shè)計(jì)思路還是分析數(shù)據(jù)，歸納出結(jié)論，在每一份中考卷上都有體現(xiàn).

上述例題，均為原創(chuàng)或改編的.雖是以題目的形式出現(xiàn)，但都是筆者在建構(gòu)知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的過程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)的案例.教師要讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)智慧與創(chuàng)新，享受成功的快樂.