自主探究在建構(gòu)物理概念中的意義

黃志鋼

摘 要：物理概念的抽象及學生認知缺陷是阻礙學生學習物理概念的原因。突破障礙，有效建構(gòu)物理概念的最有效途徑是“自主探究”。教師可以通過“巧設概念情境，開啟自主探究動力”，“搭建活動平臺，培養(yǎng)自主探究能力”，“建設智慧校園，大數(shù)據(jù)提供自主探究資料”等方式方法或手段指導學生開展“自主探究”，以達到預期效果。

關鍵詞：建構(gòu);物理概念;自主探究;“墻中洞”實驗;大數(shù)據(jù)

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2015）03-029-2

一、概念學習遇障，要求重視自主探究

物理概念的抽象性及高中生認知結(jié)構(gòu)中的一些缺陷，構(gòu)成了學生學習物理概念的障礙。有三個常見表現(xiàn)：

1.以公式記憶代替物理概念的理解，且從數(shù)學角度理解物理公式，不理解其含義和條件。

如力學中，位移、速度、平均速度、加速度等的概念及定義式，電學中有關電容、電場強度、磁感應強度等概念及定義式，這些公式都能計算相對應的物理量，但不能只從數(shù)學角度理解這些公式，否則就會理解出錯，影響學生對概念的掌握和建構(gòu)。如果我們在指導學生學習時，能緊密聯(lián)系學生的日常生活經(jīng)驗，通過復習初中的公式（如密度等），嘗試自主探究及類比學習，去偽存真，感受并歸納物理概念中的物理量定義方法，例如比值定義法，就能促進學生對物理概念的有效建構(gòu)。

2.以物理結(jié)論代替物理概念的理解，不會進行物理過程分析，缺乏邏輯分析能力。

物理概念和規(guī)律具有高度的抽象性，它是超脫了具體的現(xiàn)象而提煉出的事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系。有些老師覺得向?qū)W生解釋，太浪費時間了，倒不如讓學生背熟概念和某些結(jié)論。結(jié)果學生在運用或練習時卻經(jīng)常出現(xiàn)意想不到的錯誤。如果我們有意識地讓學生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程，學生才能真正地理解概念的本質(zhì)，而設計過程情境，指導自主探究，就是其中一條最有效的途徑。

現(xiàn)列舉一例子，簡單予以說明。

例如：在電源電壓不變的情況下，為使正常工作的電熱器在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量增加一倍，下列措施可行的是：A.剪去一半的電阻絲，B.并聯(lián)一根相同的電阻絲，C.串聯(lián)一根相同的電阻絲，D.使電熱器兩端的電壓增大一倍。

析：該題正確答案是B，理論上A可以，但實際A中電阻絲會燒壞，因超額定電流，如果注意分析原理，分析過程，弄清各種制約因素，錯誤就可避免。

上述例題表明，如果我們在指導學生重視過程分析的同時，布置自主探究任務，例如整理概括方法解題集錦，讓學生概括對比，綜合集體智慧，就可以避免一批錯解的出現(xiàn)。

3.以物理練習代替物理概念的理解，不重視用詞語直接表達的概念，概念的建構(gòu)無經(jīng)緯。

中學物理課本中用語言直接表達的物理概念比物理量還要多，如質(zhì)點和點電荷、重心和質(zhì)心、平動和轉(zhuǎn)動、磁通變化和磁通變化率等。這些概念不僅定義嚴謹，而且能與其他物理概念形成一個完整的系統(tǒng)。如果模糊不清，不但直接影響解答習題，而且對于學習新知識、系統(tǒng)掌握物理知識都造成障礙。比如在講機械運動的定義時書上是這樣說的：一個物體相對另一個物體位置的變化，而我們老師往往都簡單帶過，而不懂講清一些問題。如果我們這樣向?qū)W生設置一個問題：“概念中一個物體是指什么？（研究對象）另一個物體又是指什么？（參照物）”這樣對概念的理解就比較深入。引導學生自主探究，建構(gòu)概念體系，能有效提高教學效果。

二、巧設概念情境，開啟自主探究動力

建構(gòu)主義認為學生在走進課堂之前，都不是一張白紙。學生在學習物理概念之前已經(jīng)具有對物理事實的認識，即潛概念，潛概念往往是不正確的，而且也往往是根深蒂固的。但是學生頭腦中已經(jīng)具有的那些潛概念其實是一種珍貴的資源，它可以成為學生形成科學概念的生長點。如何讓潛概念成為物理概念的生長點呢？關鍵是剖析學生頭腦中存在的潛概念，通過自主探究，讓學生認識到潛概念的不合理性。

聯(lián)系生活實際，巧設實驗情境，引發(fā)認知沖突，開啟自主探究的動力。從生活中得到的感性材料通常有復雜的背景，本質(zhì)、非本質(zhì)的因素常交融在一起，利用這樣的材料來使學生建立概念有時會遇到很大的困難。而實驗則可以提供精心設計的、經(jīng)過簡化和純化了的感性材料，它能使學生對物理事實獲得明確、具體的認識。有了鮮明的感性材料后，當學生將自己原有的觀點與事實進行比較時，必然會產(chǎn)生認知沖突。這是概念有效教學的起點，也是學生建構(gòu)物理概念的起點。

三、搭建活動平臺，培養(yǎng)自主探究能力

建構(gòu)主義學習觀指出，學習并非是一個被動的接受過程，而是一個主動的建構(gòu)過程，也就是說，物理概念必須基于個人對經(jīng)驗的操作、交流，通過“反省”來主動建構(gòu)，即概念并非由教師直接傳授而獲得，教與學的成功與否取決于學生主體參與教學活動的深廣度，如果學生不進行有效的探索性學習活動，就無法獲得概念、知識。

事實證明，只要給學生搭建有效的活動平臺，不論是課余時間還是課上時間，通過這一平臺，變灌輸為探究，讓學生主動參與問題的研究，并從中獲得快樂，他們的主動性就會被激發(fā)出來，進而從根本上改變學生的學習方式。

1.創(chuàng)設問題，明確任務，營造探究氛圍。

人的思維活動永遠是從問題開始的。教師創(chuàng)設特定的學習情景，把學生置于完整的、真實或逼真的問題情境中，引導學生提出科學的問題，然后通過明確任務，合作學習，使學生主動學習、生成性地學習，最終解決問題，建構(gòu)概念。

教師的任務是把教材中的物理知識轉(zhuǎn)化為問題，借助具有內(nèi)在邏輯聯(lián)系的問題設計，促使學生思考，營造探究氛圍。

2.針對問題，指導方法，培養(yǎng)探究能力。

教師通常備課時，總有意無意地把自己怎樣講得明白、講得清楚放在首位。但是，教是為了促進學生的學，就必須把學生探索、思考等活動放在首位。所以，在教學設計中，教師要在“依綱據(jù)本”前提下，落實“精、活、實”，全力體現(xiàn)以“學為中心，少教多學”的教學設計原則。

在備課時要全面思考哪些是教師非指導不可的內(nèi)容，如，促進學生新舊知識連接的內(nèi)容、激發(fā)學生思維或進一步喚起學生求知欲望的內(nèi)容、學生苦思而未解的疑問等等;哪些是可以由學生嘗試探究完成的，如有可能由學生自主探究完成的，就一定要放手讓學生去做。但是，實踐發(fā)現(xiàn)，學生的探究往往受阻，而學生受阻的原因也是五花八門的，有些也是教師從未遇到過的新問題。所以在組織學生實施科學探究之前，教師務必要事先進行探究體驗，體會學生探究時的感覺。這樣既便于指導，也有利于發(fā)現(xiàn)新問題。組織學生進行探究活動時，由于有一定的經(jīng)驗，指導有針對性，學生的科學探究就可以進行得更有效了。

3.交流合作，評價結(jié)果，激發(fā)探究熱情。

物理課的特點決定了大多數(shù)的探究活動都需要合作完成。例如，在探究物體運動速度變化的活動中，要由小組內(nèi)成員合作完成安裝、測量、記錄、數(shù)據(jù)處理等工作，小組里任何不和諧行為的都會影響到探究活動的完成。由于探究的結(jié)果是大家的，每個同學都會在盡量做好自己的任務的同時關心其他同學的任務。在評價結(jié)果時，學生不僅要條理清晰地表達自己的觀點，還要對自己或他人的觀點做出簡單的評述。由于大家是平等的關系，都愿意聽取他人的意見，相互取長補短，最終實現(xiàn)思維碰撞，發(fā)現(xiàn)物理概念的本質(zhì)?？隙ǖ脑u價，可以引發(fā)學生探究的樂趣，激發(fā)探究熱情。

4.揭示本質(zhì)，抽象升華，建構(gòu)科學概念。

要使學生形成概念，就必須使學生理解概念的本質(zhì)。直觀材料是形成概念的基礎，但概念不能從直觀材料中直接得出，必須通過學生的思維才能把感性認識升華到理性認識。為實現(xiàn)認識的飛躍，就必須啟動學生的思維。在揭示概念本質(zhì)時，可以引導學生通過比較、分析、綜合、抽象、概括、判斷、歸納等思維活動，使學生達成建構(gòu)科學的概念。

四、建設智慧校園，大數(shù)據(jù)提供自主探究資料

建設智慧校園，提供學生自主網(wǎng)絡探究平臺。網(wǎng)絡探究平臺的核心是智慧校園網(wǎng)上的網(wǎng)絡資源庫。網(wǎng)絡資源庫內(nèi)有：多媒體素材庫、網(wǎng)絡課件庫、教學資料庫、智能題庫、虛擬實驗室。網(wǎng)絡資源庫的建立為自主網(wǎng)絡探究提供了資源保證。教學軟件均鏡像在光盤鏡像服務器上，學生在課外時間可自由地從網(wǎng)絡資源庫中打開自己需要的教學軟件內(nèi)容進行補充學習。此外，學生還可從web服務器上的教學資料庫中獲取教學資料，學生也可在教師的指導下，在教室從因特網(wǎng)獲取自己需要的學習資料，或者在因特網(wǎng)得到其他重點中學老師的指點。

另外，學生往往以為自己能復述定義就算理解物理概念了，因此，在建立概念后應及時進行有針對性的練習，通過組建的智慧校園網(wǎng)絡，利用云數(shù)據(jù)，編置不同問題情境中的概念練習或信息，讓學生在運用概念中發(fā)現(xiàn)對概念理解的偏差，從而對概念的理解進一步得到加深、鞏固和發(fā)展，最終有效建構(gòu)物理概念體系。