例议物理探究能力的培养

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  对中学生来说在物理教学中培养和实施科学探究,是指用以获取知识、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种物理活动。其步骤大至有观察、提出问题、设计研究方案、获得实验证据、分析与解读数据、提出答案、解释和预测、把结果或结论告诉他人等。那如何根据不同学生的心理发展特点,有梯度设计物理科学探究习题,促使探究能力的提高。
  例一:在探究一定质量的气体的压强时,初三(1)班的王峰同学突然想到一个问题,在实验过程中,如果使这些气体的体积保持不变,它的压强会不会随着温度的变化而变化呢?针对这一问题,他提出以下两种猜想:
  当气体在体积不变时,温度越高,压强越大;
  当气体在体积不变时,温度越高,压强越小。
  对于这两种猜想,究竟哪一种是正确的呢?王峰对此做了如下实验:
  在烧瓶中封入一定质量的某种气体,烧瓶的一端连接在压强计上,将烧瓶放入水中,通过温度计可以测得水的温度,也就是瓶中气体的温度。给水槽中的水加热,通过不断调整压强计以保持瓶中气体体积不变,并通过温度计和压强计每隔一段时间记录瓶中气体的温度值及相应的压强值,经过一段时间,他记录如下的实验数据:
  
  王峰根据上述数据进行了仔细归纳分析,初步验证了自己其中一种猜想的正确。
  ①王峰得出的结论是什么?
  ②在夏天,王峰将自行车车胎中气打得足足的,准备出去游玩。路上遇到同学李津,于是王峰就将自行车停放在烈日下,与李津聊天。突然,聽到一声“砰”的巨响,车胎爆破,为什么会出现这种现象?是不是与刚才所做的实验有关?请你用刚才探究出的结论解释一下。
  ③王峰探究出的这个结论在日常生活中有哪些应用?请举出一例说明。
  ④王峰同学是按照怎样的思维程度进行探究活动的?
  具体分析这道题,王峰通过不断调整压强计以保持瓶中的气体体积不变,从记录的数据中可以看出:随着气体温度升高,气体的压强也越来越大,而在第②题中王峰将自行车车胎的气打足后停放在烈日下,它的温度上升会使压强增大,最后它会让自行车车胎胀坏。这样它们的答案不难解决。
  (1)一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度越高,其压强越大。
  (2)这是因为在烈日下,车胎内的气温升高,压强增大,当它增大到超过车胎的承受能力的最大压强时,胎会破爆。
  (3)瘪进去的乒乓球浸入开水中烫一下就会鼓起来。
  (4)提出问题→建立猜想(假说)→实验检验→归纳分析→解决问题(或得出结论)。
  例二:在“用电压表测电压”的实验中,杨昌同学先测得电池组两端的电压为3.0V,然后将两只灯泡L1、L2并联在电池组两端,测得L1、L2两端电压U1、U2均为2.5V,如图所示,由此得到:并联电路中,各支路两端电压______________。
  此时他发现了问题,并联的两个灯泡的电压小于3.0V,0.5V的电压哪儿去了呢?经过分析和检查,他提出猜想:电池内部可能有电阻。如果是这样的话,我们把并联的两只灯泡等效成一个电阻,则电池内部电阻与这个等效电阻相当于是___________联的(填“串”或“并”),这个内电阻就应分得一定的电压。根据欧姆定律,若增大外部电路中的电阻,电路的总电流就会___________,那么,外部电路得到的电压就会_________________。(填“增大”、“减小”、“不变”)。
  想到这,他立刻找来了滑动变阻器,设计了一个电路,进行实验,结果与猜想完全一致。他高兴极了……喜悦过后,他又有了新的思路,提出了问题。请你:
  (1)在下面画出他设计的电路图。
  (2)你猜他又提出了什么问题_________________(写出一个问题即可)。
  针对上面两事例,我们可以知道科学探究的环节中,提出问题是进行探究的第一步,它是探究的第一步,也是探究的必要环节,在探究过程中会产生新的问题,它是贯穿探究的始终;假设与猜想是科学探究的第二步,假设的形成要依据一定的理论,并以一定的事实为基础;它的第三步是验证假设。假设与猜想是对问题或现象的一种解释,也是人们的一种认识,它不一定正确,所以需要验证;第四步是制定计划与设计实验,方案的设计就是根据探究的目的和现有的实际条件制定活动计划的一项内容。在这些步骤的同时,所收集的事实与证据能够为结论的证实或证伪所服务。收集事实与证据同样贯穿于科学探究的始终。收集证据可以是实验现象,过程数据、文献资料等内容。分析和解释证据直接关系到假设的验证与结论的得出,由于证据的原始性的隐含性,所以必须对证据进行分析,解释证据支持结论的原因。对于推出结论时,一定要注意到所设置的条件,既证据在什么情况下获得,结论和原始的资料是否有最直接的关系等。最后一步,我们对问题需要作出评价,对证据也需要作出一定的评价,也就是说科学探究活动需要实践检验与评价。
  因此,我们在今后做题当中一定要注意到科学探究的环节,这样对问题的解答来得容易与快捷,使我们在今后的物理道路中既打开良好的基础,又走得愉快与轻松。
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