物理教學(xué)中進行科學(xué)探究的實踐與反思

孫 萍

(山東省青島第二中學(xué),山東青島 266001)

物理學(xué)從它早期萌芽到近現(xiàn)代的發(fā)展,都以其豐富的、充滿哲理的方法論和世界觀等影響著人們的思想觀點和方法.與此相應(yīng),在物理學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生通過經(jīng)歷與物理學(xué)家相同或相似的探究過程,對學(xué)生掌握科學(xué)的本質(zhì),提高科學(xué)素養(yǎng)具有極其重要的作用.因此,近幾年來,在物理課堂教學(xué)過程中,讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),掌握用質(zhì)疑和探究的方法去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,既是物理課程標準對物理教學(xué)的要求,也是廣大物理教師的追求.物理教師在深入研究、探索科學(xué)探究的策略,取得顯著成效的過程中,不僅提高了教學(xué)的有效性,而且促進了教師智慧的提升.

1 物理教學(xué)中實施科學(xué)探究的策略

在近幾年的物理教學(xué)實踐中,筆者研究和實施了以下科學(xué)探究的3項策略,取得了令人滿意的效果.

1.1 優(yōu)化情境設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題

愛因斯坦認為:“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要,因為解決問題也許僅是數(shù)學(xué)上的或?qū)嶒炆系募寄芏?而提出新的問題,新的可能性,從新的角度去看舊的問題,卻需要創(chuàng)造性的想象力,而且標志著科學(xué)的真正進步”.這說明在科學(xué)研究過程中,如果不能發(fā)現(xiàn)問題、不能提出問題,科學(xué)研究便無從談起,更別說什么創(chuàng)新發(fā)明了.

既然科學(xué)始于問題,問題源于發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)源于情境,所以說,科學(xué)探究的7個要素中的“提出問題”是首要要素.因此,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富真實的物理情境,組織引導(dǎo)學(xué)生認真觀察,對學(xué)生大腦產(chǎn)生刺激,引發(fā)認知沖突,從而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并提出問題是科學(xué)探究的靈魂,也是成功進行科學(xué)探究的前提.

在物理教學(xué)過程中,演示實驗、小故事、科學(xué)史實、新聞報道、實物、模型和影像資料等等,都可以用于創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境.

在物理教學(xué)過程中,優(yōu)化情境設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題需要做到兩點:(1)在創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)情境時,應(yīng)力求真實、生動、直觀而又富于啟發(fā)性.(2)處于教學(xué)活動主導(dǎo)地位的教師要充分認識到,對學(xué)生提出問題能力的培養(yǎng),是課堂教學(xué)不可缺少的一環(huán).

1.2 優(yōu)化問題設(shè)計,激發(fā)學(xué)生積極思考

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中必然會遇到許多認知問題,這些問題交織在一起,成為學(xué)生探究的心理動力和探究式課堂教學(xué)的契機.中學(xué)生有很強的求知欲,時常表現(xiàn)為思想上的困惑和疑問,正是這些思想和認知問題驅(qū)動學(xué)生去追求知識、探索真理.教師通過挖掘教材,以問題為契機,精心設(shè)計,釋疑解惑,幫助學(xué)生完成探究知識目標.物理教學(xué)過程中設(shè)計的問題應(yīng)具備以下特點:

(1)趣味性.提出的問題科學(xué)、灰諧而不庸俗,能激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣.

(2)探究性.提出的問題具有適當(dāng)難度,并且符合目標要求,具有科學(xué)探究的價值.適當(dāng)難度是指學(xué)生在獨立思考的基礎(chǔ)上經(jīng)過科學(xué)探究能得到較為合理的結(jié)果.

(3)開放性.問題的結(jié)果盡可能不是唯一的,讓學(xué)生在教師的點撥和相互交流中得到啟迪,在科學(xué)探究過程中拓展思維空間,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維,提高思維素質(zhì).

(4)層次性.問題的探究體現(xiàn)在操作上具有多層次性,并且每一步在張揚學(xué)生個性的基礎(chǔ)上能激發(fā)不同知識程度和學(xué)習(xí)意向?qū)W生的積極參與,并能在不同的程度上獲得成功的體驗.

案例1.“全反射”一節(jié)教學(xué)的3種引入

方法1:理論引入.教師提出問題“一束光從玻璃斜射到空氣,若已知玻璃的折射率為1.5,入射角為 45°,求此時的折射角多大?”學(xué)生很容易由折射率定律求得:折射角的正弦值大于1.這顯然不合理,問題出在哪里?在學(xué)生的思考中引出課題.這樣提出的問題具有探究性.

方法2:實驗引入.將一個烤黑的鋼球放入盛有清水的燒杯中,讓學(xué)生觀察現(xiàn)象,談自己的看法,從而引出課題.這樣提出的問題具有開放性.

方法3:視頻引入.利用多媒體播放錄像,讓學(xué)生觀看由全反射形成的自然現(xiàn)象——海市蜃樓等,激發(fā)興趣,引出課題.這樣提出的問題具有趣味性.

1.3 優(yōu)化教學(xué)設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生進行有效的科學(xué)探究

任何一個概念、定理、定律都經(jīng)歷著由感性到理性的抽象概括過程.對教師來說,挖掘課堂上有效的探究元素,引導(dǎo)學(xué)生的思考方向,讓學(xué)生運用自己的智慧去體驗、揣摩、去發(fā)現(xiàn),參與物理概念的形成、規(guī)律的揭示過程,是探究式教學(xué)的關(guān)鍵.只有學(xué)生親自參與探究過程,才能領(lǐng)悟知識形成過程中所蘊涵的思想方法,使學(xué)生不但知其然,而且知其所以然.

1.3.1 把握探究關(guān)鍵,精簡探究活動,避免無效環(huán)節(jié)

一堂優(yōu)質(zhì)高效的科學(xué)探究課需要時間做保障,這正是有效進行科學(xué)探究課的矛盾所在.因此,實施探究式教學(xué)需要教師對課堂教學(xué)進行優(yōu)化,把握探究關(guān)鍵.這就需要我們優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu),優(yōu)化課堂環(huán)境,優(yōu)化課堂語言,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化教學(xué)方法和優(yōu)化教學(xué)手段,實現(xiàn)了教學(xué)的“六優(yōu)化”就可保證探究教學(xué)有效實施,這需要教師的深入研究和探索.

1.3.2 循序漸進,層層探究,注重過程體驗

科學(xué)探究應(yīng)遵循由易到難的原則,逐步加大探究力度.科學(xué)探究應(yīng)貫穿在整個教學(xué)過程中,但也要緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,注重科學(xué)探究的實效性.一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容是否適合于引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究活動,應(yīng)結(jié)合物理課程標準的具體要求進行綜合考慮,科學(xué)探究要突出提出問題和解決問題的方法,不要過分地追求和強調(diào)科學(xué)探究的形式,應(yīng)高度關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和活動方式.

開展科學(xué)探究要注重過程,注重學(xué)生在動手動腦和合作交流中綜合素質(zhì)的提高,所以要有足夠的時間給學(xué)生進行要點歸納和方法總結(jié),草草收兵沒有實效.探究過程應(yīng)該在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生自己完成.特別是,在實驗探究過程中,為了讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究的過程,教師應(yīng)該要求學(xué)生自己選擇實驗方法,設(shè)計探究實驗方案.

案例2.電阻定律教學(xué)中的實驗探究

第1步:提出問題

電阻是電路中的重要元件,你了解哪些種類的電阻?電阻反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用,導(dǎo)體的這種阻礙作用的大小可能與哪些因素有關(guān)呢?

學(xué)生可能的猜想:導(dǎo)體長度,粗細,材料,溫度……

第2步:設(shè)計實驗方案

啟發(fā)學(xué)生思考得出:探究多個變量之間的關(guān)系時,采用控制變量法.(1)相同材料,S一定,改變L,測R,尋求 R隨L變化規(guī)律;(2)相同材料,L一定,改變 S,測 R,尋求R隨S變化規(guī)律;(3)不同材料,L和S均相同,測 R,判斷材料對R的影響;(4)材料,L和S均相同,改變溫度,測R,判斷溫度對R的影響.

進行實驗,收集數(shù)據(jù);分析論證,得出結(jié)論;應(yīng)用結(jié)論解釋實際問題的過程(省略).

1.3.3 靈活多變,注重知識的再創(chuàng)造

有效的探究教學(xué)沒有固定的模式,只有通過認真揣摩教材中的每一個教學(xué)內(nèi)容要達到的教學(xué)效果,對教學(xué)內(nèi)容進行必要的重組、整合和拓展,從中提煉出開放性教學(xué)的基本素材,才能把教材變成學(xué)材.

在探究式教學(xué)中還可以充分利用多媒體教學(xué),為學(xué)生提供生動逼真的問題情境,讓學(xué)生的視覺、聽覺等多路感官系統(tǒng)同時接收信息,使許多抽象和難以理解的教學(xué)內(nèi)容變得有聲有色,寓教于樂,促使學(xué)生主動地去探究.

2 對物理教學(xué)實施科學(xué)探究過程中部分問題的反思

新中國成立以來的第8次基礎(chǔ)教育課程改革中,從政府部門到課程專家,都倡導(dǎo)在物理教學(xué)中實施科學(xué)探究,但是不少人對科學(xué)探究存在不恰當(dāng)?shù)恼J識,在實施過程中也發(fā)現(xiàn)了不少的問題,對這些問題進行反思,可以使科學(xué)探究進行得更合理,發(fā)揮的作用更大.

2.1 科學(xué)探究不是萬能的和唯一的學(xué)習(xí)方式

不少人對科學(xué)探究寄予了過高的期望,似乎科學(xué)探究是萬能的,只要采用了科學(xué)探究就可以解決物理教學(xué)中的所有問題.事實上,探究教學(xué)不是萬能的,科學(xué)探究作為一種學(xué)習(xí)方式,有它的優(yōu)點和局限性,它的實施需要一定的條件支撐.因此,在教學(xué)中,不是所有的課都要探究,要根據(jù)不同的教學(xué)對象和教學(xué)內(nèi)容,靈活地選擇最能有效實現(xiàn)教學(xué)目標的學(xué)習(xí)方式.實際上,有意義的接受式學(xué)習(xí),由于具有高效的特征,也是必須采用的學(xué)習(xí)方法.

2.2 科學(xué)探究不能模式化

科學(xué)探究的過程包含提出問題、提出猜想或假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實驗、進行實驗與收集有關(guān)證據(jù)、分析論證、得出結(jié)論等7個要素.但并不是所有的科學(xué)探究活動都要經(jīng)歷7個要素,并且這些要素在科學(xué)探究過程中的順序也不是一成不變的.因此,在物理教學(xué)設(shè)計中,應(yīng)該認真分析教學(xué)內(nèi)容本身的特點,看需要突出哪些要素,然后依據(jù)內(nèi)容特點設(shè)計科學(xué)探究的程序.

2.3 不能以教師的探究代替學(xué)生的探究

科學(xué)探究是一種學(xué)習(xí)方式,毫無疑問,學(xué)生是科學(xué)探究的主體.但在教學(xué)實踐中,經(jīng)?？梢钥吹浇處熆刂浦茖W(xué)探究的進程.有的以教師的科學(xué)探究代替學(xué)生的科學(xué)探究,有的要求學(xué)生亦步亦趨地跟著教師進行所謂的“科學(xué)探究”,甚至不允許學(xué)生在探究過程中出現(xiàn)錯誤.實際上,科學(xué)探究是學(xué)生的嘗試過程,在這一過程中,學(xué)生有錯誤是正常的,從錯誤中學(xué)習(xí)也是科學(xué)探究的一方面.

2.4 科學(xué)探究不一定是實驗探究

前已述及,科學(xué)探究的問題應(yīng)該具備開放性的特點,并且,物理學(xué)習(xí)中的很多問題都需要學(xué)生動手做實驗,但是并不是一定要動手做實驗才算科學(xué)探究.“動手做實驗”的科學(xué)探究,不是獲得科學(xué)探究的唯一方式,其他如查閱書本、報刊雜志、因特網(wǎng)等上面的信息,以及個人親自參加會議和進行調(diào)查研究,都可作為科學(xué)探究的內(nèi)容與方式.因為,在科學(xué)探究教學(xué)中,主要是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)探究學(xué)習(xí)的意識和能力.

由此看出,物理教師應(yīng)該對科學(xué)探究這種學(xué)習(xí)方式正確理解.“作為科學(xué)家解決科學(xué)問題的科學(xué)探究,在科學(xué)教學(xué)中有不同含義,對教學(xué)實踐也有不同意義.作為教學(xué)目標,指學(xué)生所要掌握的科學(xué)探究技能,要理解的科學(xué)探究特性,它對教學(xué)起定向、激勵和標準作用;作為教學(xué)原則,指用問題激發(fā)學(xué)生積極探究未知,主動建構(gòu)知識的基本要求,它對教學(xué)起指導(dǎo)作用;作為教學(xué)方法,指學(xué)生在教師指導(dǎo)下所采用的類似科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式或程序,它有條件地直接運用于具體教學(xué)情境之中”.作為物理教師要認識到,學(xué)生科學(xué)探究的熱情和潛力是巨大的,關(guān)鍵是教師如何引導(dǎo).使科學(xué)探究的思想和方法貫穿于我們的每一堂物理課中,讓學(xué)生參與物理概念的提煉過程,有效地構(gòu)建知識體系,使學(xué)生的思維和活動經(jīng)常處在科學(xué)探究的氛圍中,才能實現(xiàn)新課程中提出的“科學(xué)探究”的教學(xué)目標,使學(xué)生在科學(xué)探究的過程中學(xué)習(xí)科學(xué)探究,提高對科學(xué)探究的認識和科學(xué)探究能力,養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣,進而提高科學(xué)探究的素養(yǎng).

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.

2 劉力.新課程理念下的物理教學(xué)論.北京:科學(xué)出版社,2007.

3 徐學(xué)福.科學(xué)教學(xué)中的“探究”釋義.教育科學(xué),2006,22(2).