高中物理动量守恒实验中科学探究能力的培养路径研究

摘要：本文聚焦于人教版高中物理教材中动量守恒实验，深入探讨在该实验教学过程中培养学生科学探究能力的有效路径。首先阐述了科学探究能力的内涵及其在高中物理教学中的重要性，接着分析了动量守恒实验与科学探究能力培养的契合点，然后从实验设计、实验操作、数据处理与分析、结论总结与反思等环节详细论述了培养路径，旨在为高中物理教师提供理论参考，助力学生科学探究能力的提升，促进学生物理学科核心素养的发展。

关键词：高中物理；动量守恒实验；科学探究能力；培养路径

高中物理作为一门以实验为基础的自然科学，实验教学不仅是学生理解物理概念和规律的重要途径，更是培养学生科学探究能力的关键环节。人教版高中物理教材中的动量守恒实验，蕴含着丰富的科学探究元素，为学生提供了进行科学探究的良好平台。科学探究能力是学生适应未来社会发展、解决实际问题所必备的能力之一，在高中物理教学中注重对学生科学探究能力的培养，对于提高学生的物理素养、培养学生的创新精神和实践能力具有重要意义。

一、科学探究能力的内涵及其在高中物理教学中的重要性

（一）科学探究能力的内涵

科学探究能力是指学生在科学探究过程中所具备的一系列能力，包括提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等。这些能力相互关联、相互促进，共同构成了科学探究能力的完整体系。

（二）科学探究能力在高中物理教学中的重要性

科学探究能力在高中物理教学中意义重大。它有助于学生理解物理知识，学生借助科学探究亲身经历知识形成过程，能深入把握物理概念与规律内涵，告别被动接受，显著提升学习成效。同时，科学探究鼓励学生大胆猜想、积极尝试，在实验设计与操作里探寻新方法、新途径，充分激发创新思维，切实提高动手实践能力。此外，探究过程要求学生严谨认真、实事求是处理数据结果，尊重事实与科学，进而养成勇于探索、敢于质疑的科学态度与价值观。

二、动量守恒实验与科学探究能力培养的契合点

（一）实验内容具有探究性

动量守恒定律是物理学中的重要定律之一，其验证实验涉及到多个物理量的测量和复杂的物理过程分析。学生在实验过程中需要思考如何设计实验方案来验证动量守恒定律，如何控制实验条件以减小误差，这些问题具有一定的探究性，能够激发学生的探究欲望。

（二）实验过程需要多种能力协同

在动量守恒实验中，学生需要提出问题（如如何验证动量守恒定律）、进行猜想与假设（如动量守恒的条件）、设计实验方案（包括选择实验器材、确定实验步骤等）、进行实验操作、收集和分析数据、得出结论并进行反思等。这一系列过程需要学生综合运用观察、思考、分析、推理、实验操作等多种能力，与科学探究能力的要求高度契合。

三、高中物理动量守恒实验中科学探究能力的培养路径

（一）实验设计环节：激发问题意识，培养猜想与假设能力

在实验设计环节，问题意识的激发与猜想假设能力的培养是关键所在。教师可通过展示碰撞实验视频、台球运动等与动量守恒相关的实际现象，引导学生细致观察，进而提出诸如 “碰撞过程中物体运动状态如何改变”“碰撞前后动量是否守恒” 等问题，由此激发学生的探究兴趣与问题意识。当学生提出问题后，教师应鼓励其依据已有物理知识和生活经验，大胆对动量守恒定律成立条件及验证方式展开猜想与假设，引导学生从多元角度思考，拓宽思维视野，培育创新思维[1]。在学生完成猜想假设后，教师需进一步引导其明确验证动量守恒定律的实验目的，并指导学生合理选择气垫导轨、光电门、滑块等实验器材，确定实验步骤与数据测量方法，同时强调实验的可行性与准确性，从而提升学生的规划能力，深化科学思维。

（二）实验操作环节：规范操作技能，培养观察与分析能力

在实验操作环节，规范操作技能与培养观察分析能力相辅相成。实验前，教师需详尽阐释实验器材使用方法和注意事项，着重强调规范操作的重要性。以气垫导轨和滑块实验为例，需保证导轨水平、精准调节光电门位置，同时防止滑块碰撞造成器材损坏，以此培养学生安全意识和严谨的科学态度，为实验顺利开展奠定基础。实验过程中，教师引导学生细致观察滑块运动速度、碰撞前后位置变化等现象，并及时记录相关数据，确保捕捉到关键信息，为后续数据处理分析提供可靠依据[2]。此外，教师通过适时提问，如针对滑块碰撞后速度变化，追问速度改变原因及其与动量守恒的关联，引导学生运用物理知识分析推理，助力其深入理解动量守恒定律的物理本质 。

（三）数据处理与分析环节：掌握方法技巧，培养科学推理能力

在数据处理与分析环节，核心在于让学生掌握方法技巧，培养科学推理能力。实验结束后，教师需系统传授列表法、图像法等实用数据处理方法。例如，指导学生将滑块质量、碰撞前后速度等测量数据整理成规范表格，运用动量计算公式对比碰撞前后动量大小；同时借助图像法，将动量随时间变化关系可视化呈现，帮助学生直观把握数据变化趋势，提升数据处理能力。在数据处理完成后，教师要引导学生开展科学推理，依据处理后的数据判断是否支持前期猜想与假设[3]。若数据符合动量守恒定律，便引导学生总结结论并探究定律适用条件；若出现偏差，则带领学生从实验器材精度、操作流程等方面分析误差来源，思考优化实验方案的措施。通过这一过程，学生逐步学会从数据中推导合理结论，塑造科学推理能力与严谨科研态度。

（四）结论总结与反思环节：深化知识理解，培养评估与改进能力

在结论总结与反思环节，旨在助力学生深化知识理解，培育评估与改进能力。学生完成实验数据处理和结论总结后，教师组织交流讨论，促使学生分享实验过程、数据处理方法与结论，通过倾听不同观点，从多元视角审视问题，发现自身实验不足，进而加深对动量守恒定律的理解。同时，教师引导学生对实验全程进行自我评估，反思实验设计、操作、数据处理环节的优劣，剖析不足成因并提出改进策略，以此培养反思能力，提升科学探究水准。此外，教师鼓励学生拓展延伸，思考动量守恒定律在生活中的应用，或设计拓展实验深入探究相关问题，推动学生将物理知识与实际结合，激发创新思维，增强解决实际问题的能力。

四、结论

在高中物理动量守恒实验教学中培养学生的科学探究能力是一个系统而长期的过程，需要教师在实验设计、实验操作、数据处理与分析、结论总结与反思等各个环节精心设计和引导。通过创设问题情境、鼓励猜想假设、规范实验操作、传授数据处理方法、组织交流讨论、引导自我评估和拓展延伸等措施，能够有效地激发学生的探究兴趣，培养学生的多种科学探究能力，促进学生的物理学科核心素养发展。同时，教师在教学过程中应不断探索和创新教学方法，根据学生的实际情况调整教学策略，为学生提供更加优质的科学探究学习环境，让学生在动量守恒实验中真正体验到科学探究的乐趣和价值。

参考文献

[1]高晓燕. 高中物理可视化教学模式构建——以“动量守恒定律”教学为例 [J]. 华夏教师， 2024， （35）： 69-71.

[2]张伟宏. 高中物理可视化教学探究——以“动量守恒定律”教学为例 [J]. 广西物理， 2024， 45 （02）： 146-147+160.

[3]邬春晓，杨淑敏，黄彩生. 高中物理教材“动量守恒定律”内容难度定量分析 [J]. 数理化学习（教研版）， 2024， （02）： 5-11.