牟嗣珍 田仁軍

摘 要：科學探究是物理學科核心素養(yǎng)之一，是高中物理課程的重要目標。文章探討科學探究素養(yǎng)在人教版高中物理必修教材中的呈現(xiàn)方式，力圖領會教材編寫者的編寫意圖，提出在必修教材實施中要整體把握、分塊實施、前后呼應、逐步深入， 猜想要有理由、結(jié)論依賴于證據(jù)，把探究的思路應用于物理學習的全過程。

關鍵詞：科學探究；高中物理必修教材；呈現(xiàn)方式；教學應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2019）2-0073-3

1 科學探究素養(yǎng)及其內(nèi)涵

科學探究素養(yǎng)是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力[1]。它是物理學科核心素養(yǎng)之一，與科學思維等一起構(gòu)成通過高中物理學習后形成的關鍵能力。

2 科學探究在教材中的呈現(xiàn)方式

物理必修教材是所有學生必修的共同基礎，在人教版教材中安排了大量的科學探究的內(nèi)容，這些內(nèi)容分布在教材的各個部分，從不同的角度來培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)，它們在教材中的呈現(xiàn)方式也不盡相同。

2.1 顯性與隱性

顯性的內(nèi)容在節(jié)標題或某個部分以“探究”二字直接指明以探究為目標，如“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”“探究求合力的方法”“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”“探究彈性勢能的表達式”“探究功與速度變化的關系”等。隱性的內(nèi)容沒有明確地標注“探究”二字，但也以探究的方式來呈現(xiàn)物理知識，如“走進物理課堂之前”“勻速直線運動的位移時間關系”“勻速直線運動的速度位移關系”“自由落體運動”“伽利略對自由落體運動的研究”“牛頓第一定律”“太陽與行星間的引力”等。

2.2 整體與局部

科學探究過程一般包含提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋等要素。但不能每節(jié)內(nèi)容都需要這么多要素，教材中有的包含了科學探究的各個要素，有的只包含其中的幾個要素。

“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”集中于“獲取處理信息”這一要素，讓學生通過實驗測出物體在不同時刻的速度，用圖像法處理數(shù)據(jù)，用圖像來表達小車速度隨時間的變化規(guī)律?！疤骄壳蠛狭Φ姆椒ā敝攸c關注設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論?！疤骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關系”則是一次全面的科學探究活動，教材從提出問題、科學猜想、設計實驗、數(shù)據(jù)處理等部分來引導學生進行探究活動，讓學生經(jīng)歷了一次全面的實驗探究過程。

2.3 實驗與理論

科學探究有實驗探究也有理論探究，教材為我們提供了這兩類范例，如“探究求合力的方法”“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”“探究功與速度變化的關系”等是實驗探究，“行星繞太陽的運動”“探究彈性勢能的表達式”等則主要是理論探究。

3 教學應用

科學探究素養(yǎng)作為物理學科四大核心素養(yǎng)之一，是學生通過高中物理學習后應該形成的關鍵能力。對于科學探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，筆者認為：

3.1 整體把握、分塊實施、前后呼應、逐步深入

“必修1”一開始是“走進物理課堂之前”，這相當于高中物理課程的前言，給了學生一個科學探究的全貌，讓學生有一個大概的了解。教學中可以讓學生閱讀教材，感受物理學科學探究的基本方法。“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”讓學生知道怎樣從實驗中收集數(shù)據(jù)，怎樣分析所獲得的數(shù)據(jù)，從中得到勻變速直線運動的速度時間關系?！百だ詫ψ杂陕潴w運動的研究”讓學生研究科學家進行科學探究的經(jīng)典案例，從中了解科學探究的要素，對科學探究有一個全面而深入的認識?！疤骄壳蠛狭Φ姆椒ā笔且粋€實驗探究，這個案例指導學生怎樣去設計實驗、進行實驗和采集數(shù)據(jù)，但怎樣處理數(shù)據(jù)僅建議“用虛線把合力的箭頭端分別與兩個分力的箭頭端連接起來，也許能夠得到啟示”?！疤骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關系”是一個完整的科學探究實例，是“必修1”所學的科學探究方法的綜合，也是對學生科學探究素養(yǎng)的檢驗。

“必修2”所提供的與科學探究有關的內(nèi)容有“太陽與行星間的引力”“探究彈性勢能的表達式”和“探究功與速度變化的關系”。前兩個進行理論探究，第三個進行實驗探究?！疤柵c行星間的引力”和“探究功與速度變化的關系”所得到的結(jié)論另有“萬有引力定律”和“動能定理”進行研究，“探究彈性勢能的表達式”所得的結(jié)論在高中物理中不作要求。這三個探究的能力要求也高于“必修1”。

科學探究過程是一個復雜的過程，不可能在每一節(jié)課上都實施科學探究的全過程，應在整體把握科學探究素養(yǎng)后，明確各個不同的教學內(nèi)容的側(cè)重點。如“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”中訓練學生怎樣收集數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)；“自由落體運動”中訓練學生如何根據(jù)所觀察到的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，如何根據(jù)實驗結(jié)果作出實驗結(jié)論，并用它解釋所觀察的現(xiàn)象； 而在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”中學生需要經(jīng)歷問題、證據(jù)、解釋、交流等科學探究的要素。

3.2 猜想要有理由，結(jié)論依賴于證據(jù)

科學探究離不開問題和猜想，但問題和猜想不是天馬行空地亂猜亂想，必須有思考、有理由。如伽利略使用邏輯推理懷疑亞里士多德的“物體下落的快慢由它們的重量決定”，提出“重物與輕物應該下落得同樣快”，可以讓學生感受一下，伽利略為什么要這樣猜想。同樣，我們在進行“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”時，應該讓學生猜想影響加速度的因素有哪些？為什么？教師可引導學生回顧牛頓第一定律的內(nèi)容，知道加速度與力有關；可引導學生思考同樣的力作用在不同的物體上時加速度有何差別，來猜想加速度與物體的質(zhì)量有關?！疤骄壳蠛狭Φ姆椒ā敝校滩奶崾尽昂狭Φ募^端分別與兩個分力的箭頭端連接起來”后又該怎樣呢？學生預習后會猜測或知道是一個平行四邊形，但為什么這樣猜呢？要有個理由。教師可引導學生回顧伽利略的做法，“自然界的規(guī)律是簡潔明了的”，思考在求合力的圖示中什么樣的四邊形是最簡單的，沿著正方形、長方形、菱形、平行四邊形這個思路進行判斷可以得到合理的結(jié)果?！凹铀俣扰c質(zhì)量的關系”“探究功與速度變化的關系”中，處理實驗數(shù)據(jù)時，也用了從簡單到復雜的猜想思路。在學生就某個問題提出猜想時，多問一個“為什么”，能避免學生胡思亂想，張口亂猜。

探究的結(jié)論依賴于證據(jù)，利用證據(jù)通過推理得出的結(jié)論才是可靠的。實驗數(shù)據(jù)是一種重要的證據(jù)，伽利略做了多次實驗說明“小球沿斜面滾下的運動是勻加速直線運動，與小球的質(zhì)量沒關系”。從更廣的角度來看，物理學中所得出的結(jié)論都是有證據(jù)的，在指導學生進行學習時要特別加強依賴證據(jù)說話的意識。

3.3 把探究的思路應用于物理學習的全過程

教材中沒有標注“探究”的章節(jié)也可以把它提升到探究的水平來設計教學。如“自由落體運動”可以定位于探究自由落體運動的規(guī)律，“勻變速直線運動速度與位移的關系”可以定位于探究勻變速直線運動的速度隨位移變化的關系，既可進行理論探究，也可進行實驗探究。對于“功”我們原來只會求力與運動共線時力的功，所以“功”的教學可定位于探究力與運動不共線時力的功的計算[2]。我們?nèi)绻麖目茖W探究的視角來審視教學內(nèi)容，科學探究能力的培養(yǎng)就可以滲透于物理教學的整個過程。在更廣的層面上進行科學探究的教學還可以避免學生進行虛假的探究。因為教材上沒有的內(nèi)容甚至學生自己發(fā)現(xiàn)的問題，更能引起學生的思考與關注，探究的真實感更強。問題的解決是利用已有的知識去進行探索的過程，物理學習的一個重要任務是應用所學知識解決問題，指導學生用探究的思路去解決問題比告訴學生答案更有價值[3]。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1.

[2]龔浩，田仁軍. 高一“功”的教學實施——兼論核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].物理教學探討，2018，36（8）：79-80.

[3]田仁軍.學生實驗中反常結(jié)果的教學價值[J].物理教學探討，2012，30（4）：33-34.

（欄目編輯 李富強）