淺析如何提升物理教師科學探究能力

■天津市新華中學 馬 慧

隨著基礎教育課程改革的不斷深入，學生學科核心素養(yǎng)的培育問題越來越受關注。2017年底，教育部印發(fā)普通高中課程方案和課程標準，新修訂的課標明確提出物理學科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面。物理學科核心素養(yǎng)的修訂是在對10個發(fā)達國家的教材進行比較，以及對科學課標和物理課標調研的基礎上，通過提煉核心素養(yǎng)的相關元素而得出的。它強調科學知識的理解、科學思維與方法、科學實踐與應用，以及重視科學態(tài)度與價值觀。

筆者作為天津市“265農(nóng)村骨干教師培養(yǎng)工程”指導教師、“千名農(nóng)村校級骨干教師培養(yǎng)工程”指導教師，曾深入農(nóng)村校進行師資培訓、教學指導。在與青年教師交流的過程中深深體會到教師的教育觀念對促進學生發(fā)展的重要影響，教師教學能力的提高對學生學習能力的促進作用。為此，如何提高教師的學科教學能力是考試招生制度改革背景下急需解決的操作性問題?；诖耍疚倪x擇物理教師科學探究能力對學生核心素養(yǎng)培育的促進關系這一視角，嘗試進行探索研究。

一、核心概念的界定

（一）物理教師科學探究能力

基于一些文獻資料，物理教師科學探究能力主要是基于觀察和實驗提出物理問題的能力、形成物理問題猜想和假設的能力、設計物理實驗與制作實驗方案的能力、獲取實驗數(shù)據(jù)和處理信息的能力、基于實驗證據(jù)得出結論并給出解釋的能力，以及對科學研究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。為此，物理教師科學探究能力要素主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等。

（二）核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是當前課改的一個核心概念。專家、學者們已對這一核心概念作出界定，并且進行了闡釋。筆者認為，不僅要對核心素養(yǎng)的概念進行簡明扼要的界定與闡釋，而且要深入認識核心素養(yǎng)的價值、意義。核心素養(yǎng)的提出，將進一步落實立德樹人的根本目標，引領和促進教師的專業(yè)發(fā)展，幫助學生明確未來的發(fā)展方向。

二、提升物理教師科學探究能力的路徑

（一）研讀物理學史，形成科學的物理觀念

在物理學發(fā)展史中，很多科學家以豐碩的理論筑起了物理學的大廈，他們的科學精神和高尚品格也成為不朽的精神財富。作為物理教師，不僅要研讀教材，分析學情，尋找教學策略，更需要研讀物理學史，把握其中蘊含的哲學思想，形成科學的物理觀念。

（二）提出物理問題，提升問題的猜想與假設能力

伽利略在推導落體定律時，首先提出的問題是物體下落的速度與時間成正比，但在實際操作時無法測量物體下落的瞬時速度。伽利略進一步通過數(shù)學推導證明如果物體下落的速度與時間成正比，那么物體下落的位移與時間的平方成正比。由于自由下落的時間太短需要借助斜面，伽利略設計讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，由于小球在斜面上的加速度比豎直下落的加速度小很多，所用時間長很多，便于測量，從而得出結論。這些事例告訴大家，正是科學家們堅持不懈地提出問題、數(shù)學推演、形成猜想、設計方案、得出結論，才使得物理世界如此精彩。

筆者在講解萬用表歐姆檔測電阻原理時，學生提出了用其測電阻的阻值到底是多大的問題。于是，筆者針對電阻測量方法，帶著學生進行了實驗探究，一改平時做實驗先由教師將實驗器材準備好、實驗過程交代好，再由學生操作的模式，而是讓學生自己設計實驗所需要的器材，設計實驗步驟。設計過程中，學生懂得愛護實驗器材，嘗試設計實驗，分析實驗方案的可行性，在實踐的過程中，使學生經(jīng)歷基本的科學探究過程，學習科學探究方法，培養(yǎng)科學探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學態(tài)度。實驗中，學生在設計利用橋式電路測電阻時，采用了在靈敏電流表上串一大電阻的方法以保護儀表。先串一個大電阻進行粗調，待靈敏電流表上顯示基本為零時再將大電阻撤去進行微調，體現(xiàn)出學生的實驗素養(yǎng)及科學思維。另外，在利用伏特表的半值測電阻的實驗中，學生構思了利用補償?shù)姆椒ㄒ詼p小試驗誤差，確實是一種好方法。通過科學探究充分調動了學生的學習積極性、動手意識及參與意識，在實驗中也拓展了教師的思維，科學探究勢在必行。

（三）設計物理實驗，提升設計與制作物理實驗方案的能力

對于高中物理來說，教師要教給學生扎實的學科知識，就必須尊重物理的本質，堅持實踐取向。高中物理知識可以分為三方面：一是物理學科的本質。物理既是科學，又有其獨特的思想和方法。學生在學習物理多年后，大部分知識會遺忘，但會留下慣有的思維方式。如在講解加速度概念時，首先要知道加速度是用來描述速度變化快慢的物理量，其次要知道加速度定義為速度的變化量與發(fā)生這些變化所用時間的比值，再次要知道加速度的表達式及單位，引導學生知道加速度是矢量。每學一個概念都要清楚它用來描述什么、怎么定義以及相關的定義式、單位、量性。二是物理知識的“生本化”。教師要以學生為基本立場，依據(jù)學生的心理特點和認知水平去審視、組織教學，使其轉化為學生能夠接受的形式，從學生原有的概念出發(fā)，激發(fā)認知沖突，引導他們自主建構。三是采用各種手段重演知識發(fā)生的過程。在教學中，做到“問題合理引導，以實驗為基礎，以思維為中心，優(yōu)化教學過程”，通過合理的教學邏輯，使知識的學科邏輯順利轉化為學生的認知邏輯，從而提高課堂的有效性。

（四）獲取物理實驗數(shù)據(jù)，提升統(tǒng)計分析及處理信息的能力

物理素養(yǎng)中的探究能力不僅是探究物理問題的能力，也是通過探究物理問題掌握解決辦法的能力。比如，在物理實驗探究加速度與力、加速度與質量的關系教學中，不僅需要平衡摩擦力，還要求小車的質量遠遠大于砝碼的質量，然而在面對一些靈活性較高的探究實驗時，很多學生會對如何滿足這兩項要求感到困難。對此，筆者拋出問題“什么是平衡摩擦力的目的”，學生們紛紛發(fā)表見解，對這一問題提出不同看法，可以一起探討，也可以小組互助，使每名學生都得到不同程度的提高。接著，筆者乘勝追擊，讓學生思考在什么情況下要求小車的質量遠遠大于砝碼的質量。學生們經(jīng)過個人思考、小組討論、實驗反思自評、再實驗再反思再自評，最終得到了答案。這種看似由學生任意發(fā)揮的評價過程，卻能讓他們以放松的心情、開放的思路來整理知識、理解知識,同時加深自我的認識。如此，使學科教育的發(fā)展方向真正從知識本位轉向育人本位。

三、提升得出結論并科學解釋的能力

培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)是教師和學生協(xié)同努力、共同進步的過程。學生感覺物理難學的主要原因是物理觀念沒有正確建立，物理思維沒有真正形成。在青年教師培訓中，筆者發(fā)現(xiàn)很多青年教師都是電腦高手，他們很少給學生做實驗，演示實驗都是用PPT進行動畫演示。筆者在培訓中布置了一個探究電容器電量轉移的問題，很多青年教師都選擇用動畫進行演示，然而筆者按照他們動畫演示中提到的方式進行實際操作，卻根本看不到轉移情況。對此，筆者積極引導青年教師改變實驗方案，在親自實驗后修正方案，最終得出正確結論。這樣，青年教師在提出問題、引發(fā)質疑、得到提升的過程中，領悟到了科學探究的真諦。

后來很多青年教師反饋，在講解電容器知識時應用了筆者在培訓中提到的探究實驗，學生討論很激烈，提出了很多探究方案，學生積極思考、積極探究的學習熱情也鼓舞了教師。

四、提升交流、評估、反思的能力

提升物理教師科學探究能力對培養(yǎng)學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度能夠起到積極促進作用。通過研讀物理學史、發(fā)掘其中的哲學道理，促使教師從科學發(fā)展觀的角度去解釋物理知識與物理現(xiàn)象，并潛移默化地影響學生的物理觀念；教師提出物理問題，會直觀地向學生展現(xiàn)科學探究精神與科學思維過程；教師設計物理實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)、信息，得出實驗結論并進行科學解釋，可以向學生展示科學態(tài)度，對培育學生學科核心素養(yǎng)效果明顯。

培育學生物理學科核心素養(yǎng)與教師科學探究能力密切相關，應從本源上找到解決問題的突破口。如果只是關注于學習成績，很難實現(xiàn)對學生核心素養(yǎng)的培育，也難以落實立德樹人的根本任務。