基于物理学史的高中物理科学探究教学

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1、基于物理学史的高中物理科学探究教学　　科学探究是新课程提出的新的教学方式，也是新的学习方式，其主要思想是教师引导学生经历类似于科学家探究物理规律的过程，感知科学发现的魅力，增强对科学的理解，最终提高自身的科学素养.课程改革以来，科学探究的理念得到了一线教师的认同，但在实际操作中由于多种因素的影响，进行得并不十分令人满意.其中一个主要原因就在于，教师对科学探究的理解可能还存在不全面的地方，而要解决这个问题，笔者认为比较好的依托就是物理学史.　　1物理学史与科学探究的关系　　物理学史与科学探究有着极为密切的关系，真实的科学探究只有在物理学史中才能寻找到确切的轨迹.以“电磁

2、感应定律”5知识为例，电磁感应定律是由著名物理学家法拉第发现的(法拉第一生贡献很多，电磁感应被认为是其最伟大的发现)，其间经历着一个十分复杂而又有趣的科学探究过程.从宏观的角度来看，包括：1820年奥斯特发现通电导体周围存在磁场，到法拉第十年如一日的坚持探究，其间还有科拉顿在跑来跑去中丢失了良机；从细节来看，法拉第的发现经历了多次失败，而这些失败恰恰能够体现出科学探究的魅力，从失败走向成功的过程，正是探究感应电流产生条件过程中条件的逐步呈现过程.尤其是法拉第在探究过程中，将电磁线圈随身携带，有空就拿出来进行研究的细节，更是一种可贵的探究品质，也是实现情感态度与价值观教

3、育的最佳时机.从物理学中看到如此的科学探究细节，可以在科学探究的教学中给学生增添新的营养，让科学探究更符合探究规律(而不是人为设计的所谓科学探究，有时根本与史不合、与学生认知规律不合).　　我们感觉有点不足的是，现行教材与物理学史没有太大的关系.现行的教材注重的是物理知识的逻辑顺序，其中由于多种条件所限，还不能体现更多的物理学史，因而从教材上也就无法看出一个物理概念是怎样生成的，一个物理规律是怎样被发现的.我们认为，从更高的要求来看科学探究的话，现行教材是难以满足科学探究的实施的，因而我们必须走出教材，从其它方面去吸取科学探究的智慧.　　当然必须注意的是，物理学史并不

4、能完全反映出科学的细致过程，因为物理学家在探究的过程中，很多与探究相关的细节不可能被即时记录下来.但我们认为基于人类认知特点的一致性，这样的空白或许也给我们课堂上的探究留下了足够的空间，让我们能够在对学生进行研究的基础上，更好地实施探究.　　2基于物理学史的科学探究实践　　在“电磁感应定律”知识的教学中，我们结合自己所能搜集到的相关物理学史，进行了如下的教学设计(由于篇幅所限，我们只选其中的几个环节进行阐述，且重点阐述探究教学中的思路)：　　在教学引入的环节，我们先从奥斯特的发现引入.设计的问题有：1820年，奥斯特发现了“电流的磁效应”，也就是人们常说的“电生磁”5

5、，从而使得长期以来人们认为电与磁之间没有联系的观念被打破；随即，安培就发现了电流周围磁场的分布规律，从而使得电磁联系的研究向前迈了一大步.大家知道，为什么奥斯特会想着去研究“电生磁”吗？　　之所以这样设计，是因为我们考虑这一知识学生在初中已经初步学习过，但由于知识基础等原因，学习并不是很深入.对于这一问题，如果我们不提出“为什么奥斯特会想着去研究‘电生磁’”的问题，而直接问“同学们看到了‘电生磁’，会想到什么呢？”学生可能会在心理暗示的基础上投教师所好，回答“我们可以研究‘磁生电’”.但这样的回答其实是虚假的，因为仅凭简单的所谓“逆向思维”来生成这个答案，在认知规律上

6、是站不住脚的.而如果提出了我们设计的问题，学生就会思考：为什么奥斯特会去研究人们都认为没有关系的电与磁呢？这个问题不必让学生过多思考，可以随即告诉学生这是奥斯特头脑中认为诸事都有联系的观点决定的就行了.在此基础上，学生才有可能产生逆向思维，从而提出“磁能否生电”的问题.　　在探究感应电流产生条件的环节，我们进行了这样的设计：　　首先，提供法拉第电磁感应实验(如图1)，让学生观察实验现象：通电和断电瞬间，电流表的指针会发生偏转.进而提出问题：电流表的指针偏转了，说明产生了感应电流，那导致电流产生原因是什么呢？为什么开关闭合之后反而没有感应电流了呢？这一步骤中，还可以根据

7、学生的实际反应，决定是否进行另一个变式的实验，就是将小线圈插入和拔出大线圈时，让学生观察电流表的指针偏转情况.5　　其后，学生猜想.学生猜想时的思维对象一般是现象本身，即开关的闭与合，小线圈的插与拔；少数学生能够想到从两者的共性上去思考.经过教师的引导之后，可以将学生的目光锁定到两个问题上：(1)为什么感应电流是瞬时的？(2)是什么的改变导致了感应电流的产生？　　第三步，师生共同分析：只在开、关、拔、插瞬间产生电流，说明这个电流产生的过程是动态的；电流表指针偏转幅度的不同，说明电流的大小是变化的，而这种变化一定是由操作过程中的另一种变化导致的；我们要