科学探究的学习方式在教学中的实施

科学探究的学习方式在教学中的实施

杨明贺威

杨明贺威湖北省当阳市第一高级中学444100

摘要高中物理新教材提出了重视科学探究这种学习方式的观点，笔者认为种学习方式的提出不仅仅是针对学生的课外专题研究，更应该渗透到课堂中来，体现在一贯的教学中，成为学生的主要学习方法。本文就这一观点，结合自己在《万有引力与航天》中的教学，对科学探究在掌握新知识、突破教学难点、扩展知识面等三个方面所发挥的重大作用进行了论述。

关键词教学改革科学探究物理教学万有引力与航天

新教材十分注重通过多种途径加强学生的能力培养，使学生养成主动学习的习惯，培养学生的创新能力。科学探究被提上了日程，这是学习方法和教学方式上的一次重大改革。

笔者认为，这种学习方式不仅仅是针对学生的课外专题研究，更应该渗透到课堂中来，体现在一贯的教学中，成为学生的主要学习方法。让学生能够真正成为学习过程中的主体，能够提出问题，建立模型，在老师的帮助下能够自行进行科学探究，最终解决问题。笔者在自己的课堂教学中也有意识的渗透了这种学习方式，下面接合高中物理必修3－2中的《万有引力与航天》一章的教学进行说明。

《万有引力与航天》这部分内容的研究领域是十分广博复杂的，研究对象也是遥远胡神秘的不可直接感知到的天体。在中学物理教学中，它是提高学生科学素养的重要途径。教师们的处理方式多是直接给出万有引力定律，但按照中学生身心发展的特点，他们的认知方式已经由经验型向思维型发展，不会轻易接受一个经验知识。这种注入式的教学方式难以调动学生学习的主动性。我尝试运用科学探究的方式，让学生主动学习，收到了较好的效果。

一、通过科学探究的方式掌握基本定律

（一）引导学生提出问题

《万有引力与航天》对学生来讲是全新的内容，首先要引导他们提出问题，这是，我得用多媒体向学生展示了浩瀚宇宙的瑰丽，卫星发射的壮观，利用计算机模拟出太阳第的运转和各类地球卫星的运转，当学生们惊叹于宇宙的神奇时，告诉他们这全是因为“万有引力”的存在，学生们自然就会提问：“什么是万有引力？”

（二）指导学生建立模型

在学生的积极性已经被调动起来，并已提出了问题时，就可指导学生对实际问题进行分析，排除次要因素，确立简化或理想化了的研究对象和物理场景。

“万有引力定律的发现，必须经过发现引力平方反比定律和万有引力与相互作用的物体的质量乘积成正比这两个主要阶段。”

要发现平方反比定律，一个重要的前提是要有向心力和离心力的概念，对此，新教材进行了合理安排，在之前的章节就已经学习了上述内容，此外，必须液逞能太阳并不在行星椭圆轨道的焦点上，由于学生不具备椭圆方面的数学知识，老师的指导就尤其重要了，从理论上降低难度，作适当的近似处理：

1、因为受到椭圆相关知道的局限，需要将行星运动的近圆椭圆轨道看作是圆形轨道。

2、由于没有接触过质心的概念，将太阳的位置定在圆形轨道的圆心上。

（三）自行展开研究，获得新知识，提高科学素养

到这里，学生已经具备独立展开研究的能力。既然行星围绕太阳作匀速圆周运动，那么太阳对行星的引力

F=m4π2R/T2=m(4π2/R2)(R3/T2)

根据开普勒第三定律：R/T=k

得到：F=m(4π2/R2)k=m4π2k/R2

得到平方反比关系：F∝1/R2

以及：F∝m地球

至此，学生认识和掌握了万有引力定律。

二、通过科学探究的方式突破教学难点

对卫星“发射速度”和“环绕速度”的理解是本章学习中的一个难点，发射火箭和发射卫星是一回事儿吗？为什么以大于7.9km/s的速度发射，又会以小于7.9km/s的速度环绕地球运行呢？这些在课本上是找不到现成的答案的，所以学生自主探究的方式对于突破这一难关就有了重大优势。

学生通过查阅资料等种种途径完全能够了解到卫星发射的过程，包括升空和送入轨道两个阶段。而升空是通过发射运载火箭实现的，将卫星送入轨道的速度才是我们所说的卫星的发射速度，另处还可以了解到卫星的匀速圆周运动只是教材的近似处理，实际应是椭圆轨道的变速运动，从而清楚“发在速度”是在近地点（该点在椭圆轨道上具有最大的瞬时速度）将卫星送入轨道的瞬时速度，而“环绕速度”则是卫星在椭圆轨道上的平均速度，理解“第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度”。搞清楚为什么会以大于7.9km/s的速度发射，又会以小于7.9km/s的速度环绕地球运行了。

三、通过科学探究活动，灵活渗透近代物理观点，扩展知识

学生进行科学探究的过程中，不可避免地要接触近代物理的内容和天体物理的内容，在经典物理的内容中渗透控物理的观点和天体物理的知识，这对于扩展学生的知识面，培养学生的科学素养是非常必要的，这也是教学改革中的一个重要目的。本章教学中就已涉及到黑洞、行星、恒星、星系和宇宙等内容。这部分内容的教学就可以采取在学生研究的过程中逐步渗透的方法来处理。

以黑洞理论为例，学生多数听过这个词，但并不清楚它具体是个什么东西，当都说：“黑洞是一种和太阳、地球一样的具体的天体，只是密度特别大”是，学生想要深入了解的积极性一下就被提起来了。因为学生普遍顾名思义地认为黑洞是一种“着色非常深的隧道状物体”。通过查阅资料和建立模型，进行科学探究讨论，才真正了解一，黑洞是这样的一种天体，由于其脱离速度大于光速，而使得光也不能反射出来的天体，在研究的过程中要用到的知识就是万有引力及脱离速度的相关内容，只要老师也适当引导，学生就可以顺利地完成相关的探究活动。

以上是笔者在《万有引力与航天》的教学中渗透科学探究活动的过程和体会，在这种完全以学生为主体的学习方式中，学生不仅仅是掌握了基本知识，更学会了如何去探索新知识，如何去发挥自身潜在的创造能力，这就是新教材教学目标上的优化而引起的教学方法和学习方式的变革。这种改革应该体现在学生一贯的学习中，成为学生的主要学习方式。