學(xué)生科學(xué)探究能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀分析及應(yīng)對策略

四川省成都市航天中學(xué)校(610101) 張海軍

高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)提出：科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)的一種方式，是學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)的相似過程。科學(xué)探究能力是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并加以解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵部分。

1 調(diào)查對象與方法

調(diào)查對象：本次調(diào)查抽取了我校高2019級共782名理科學(xué)生作為調(diào)查對象。

調(diào)查方法：問卷調(diào)查法、訪談法。

本次調(diào)查問卷共13道題，全部為選擇題，其中12個(gè)單項(xiàng)選擇、1個(gè)多項(xiàng)選擇，題目結(jié)構(gòu)說明見表1。

表1 調(diào)查問卷的題目結(jié)構(gòu)說明

本次問卷調(diào)查共收回有效問卷776份，其中男生約占54%，女生約占46%，我們采用的是問卷星收集相關(guān)數(shù)據(jù)再結(jié)合Excel表格對數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

2 調(diào)查的結(jié)果分析

本次調(diào)查我們設(shè)計(jì)了問卷初稿并對學(xué)生進(jìn)行了初步調(diào)查，然后根據(jù)問卷反饋的結(jié)果及時(shí)對問卷進(jìn)行了修訂。此次調(diào)查主要從以下三個(gè)方面來發(fā)現(xiàn)和反映問題：教師授課的現(xiàn)狀、學(xué)生課堂探究學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀、學(xué)生對探究式學(xué)習(xí)的興趣。

2.1 教師授課的現(xiàn)狀

對教師授課的現(xiàn)狀，我們從“課堂氛圍”“教師對實(shí)驗(yàn)的重視程度”“教師課中開展科學(xué)探究活動(dòng)的情況”三個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查。

2.1.1 我校教師授課的課堂氛圍

圖1是我校高2019級教師授課的現(xiàn)狀。從圖中可以看出，我校高2019級有超過一半(50.61%)的教師課堂氛圍是活躍的，而且經(jīng)常進(jìn)行討論，但是也有極少數(shù)(約9.76%)的教師課堂氣氛嚴(yán)肅，很少進(jìn)行討論。這說明多數(shù)教師還是比較重視將發(fā)言權(quán)交給學(xué)生，讓他們主動(dòng)交流討論，有“以學(xué)生為主體”的意識，能認(rèn)識到知識是需要由學(xué)生自己去建構(gòu)的。

圖1 教師授課的氛圍

2.1.2 我校教師對實(shí)驗(yàn)的重視程度

圖2為我校教師在課堂教學(xué)中對物理實(shí)驗(yàn)的重視程度。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，90%以上的教師都非常重視物理實(shí)驗(yàn)，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師講解較多，占60.37%，而與學(xué)生一起討論和操作較少，留給學(xué)生自己探究的空間更少。我們在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)：有近50%的教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生觀察總結(jié)現(xiàn)象為主，但是也有1/3的教師會在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生參與部分探究活動(dòng)。

圖2 教師對實(shí)驗(yàn)的重視程度

2.1.3 我校教師在課堂中開展科學(xué)探究活動(dòng)的情況

關(guān)于教師在課堂中開展科學(xué)探究活動(dòng)的情況，我們從兩個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查，一方面是“探究問題提出的方式”，如圖3所示，從圖中可以看出由教師有意識地通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的活動(dòng)或者情景并由學(xué)生提出所要探究的問題不到一半。另一方面對于解決問題的方案不少教師還是由自己講解或選擇教材中的設(shè)計(jì)方案，如圖4所示，表明我校教師在設(shè)計(jì)課堂探究活動(dòng)時(shí)，對科學(xué)探究的內(nèi)涵還把握不夠，運(yùn)用的意識還不強(qiáng)，出現(xiàn)了“只有探究之形而無探究之實(shí)”的現(xiàn)象。

圖3 探究問題提出方式

圖4 探究方案的設(shè)計(jì)方式

2.2 學(xué)生課堂探究學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀

針對學(xué)生探究學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，也從三個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查：“參與探究活動(dòng)的積極性”“參與探究活動(dòng)中承擔(dān)的任務(wù)”“學(xué)生在探究活動(dòng)中的質(zhì)疑與創(chuàng)新”。

2.2.1 學(xué)生參與探究活動(dòng)的積極性

如圖5所示，反映了學(xué)生參與探究活動(dòng)的積極性。從圖中可看出，主動(dòng)參與探究活動(dòng)的學(xué)生達(dá)68.29%，看老師做的有18.29%，看其他同學(xué)做的有12.2%，一點(diǎn)都不參與的學(xué)生僅1.22%。表明我校大部分學(xué)生還是愿意或樂于參與科學(xué)探究活動(dòng)的，但有少數(shù)學(xué)生不太主動(dòng)。

圖5 學(xué)生參與探究活動(dòng)的積極性

2.2.2 學(xué)生在參與探究活動(dòng)中承擔(dān)的任務(wù)

調(diào)查中，我們了解了學(xué)生在探究活動(dòng)中承擔(dān)的任務(wù)，如圖6所示。從圖中可看出，學(xué)生做的較多的是動(dòng)手操作和記錄數(shù)據(jù)，各占34.15%、24.39%，喜歡交流和分析數(shù)據(jù)的僅為9.76%，不過無所事事的學(xué)生極少，絕大部分學(xué)生都能在科學(xué)探究中承擔(dān)一定的任務(wù)。這項(xiàng)調(diào)查說明我校學(xué)生在動(dòng)手操作方面的興趣和能力較強(qiáng)，但在表達(dá)觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理、分析論證方面較弱。

圖6 學(xué)生在探究活動(dòng)中承擔(dān)的任務(wù)

2.2.3 學(xué)生在探究活動(dòng)中的質(zhì)疑與創(chuàng)新

在對學(xué)生質(zhì)疑與創(chuàng)新上，我們了解到如果出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論與教材結(jié)論差異很大時(shí)，學(xué)生的處理方式如圖7所示。調(diào)查顯示17.07%的學(xué)生敢于質(zhì)疑教材結(jié)論的正確性，73.38%的學(xué)生選擇質(zhì)疑自己的設(shè)計(jì)與操作的正確性，并愿意與老師、同學(xué)討論產(chǎn)生差異的原因。表明我校學(xué)生有質(zhì)疑與反思的意識，并愿意去了解產(chǎn)生差異或者錯(cuò)誤的原因。

圖7 學(xué)生在探究活動(dòng)中的質(zhì)疑與創(chuàng)新

2.3 學(xué)生對探究式學(xué)習(xí)的興趣

在調(diào)查學(xué)生是否對探究式學(xué)習(xí)感興趣時(shí)，超過80%的學(xué)生表示非常喜歡和喜歡。說明探究式學(xué)習(xí)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，這對學(xué)生而言是一種很好的學(xué)習(xí)方式。另外，我們對學(xué)生喜歡的探究環(huán)節(jié)也做了調(diào)查，喜歡“發(fā)現(xiàn)問題”和“方案設(shè)計(jì)與實(shí)施環(huán)節(jié)”的學(xué)生較多，而喜歡“猜想與反思環(huán)節(jié)”的學(xué)生相對較少。表明我校學(xué)生喜歡觀察和動(dòng)手操作，而對需要猜想與反思的活動(dòng)喜歡的程度較低。

綜上表明，我校大部分教師有探究意識且授課氣氛活躍，學(xué)生比較喜歡。但是他們對學(xué)生科學(xué)探究的活動(dòng)設(shè)計(jì)少，授課時(shí)通常僅圍繞書本展開，按書本的流程進(jìn)行，對學(xué)生活動(dòng)的控制較多，放手讓學(xué)生完成的較少，這種教學(xué)方式讓探究活動(dòng)流于形式，效率低下。而學(xué)生方面表現(xiàn)出他們雖然喜歡并愿意通過探究式的方式來學(xué)習(xí)物理知識，但在學(xué)習(xí)中卻不善于思考，習(xí)慣于被動(dòng)接受，缺乏主動(dòng)探索的精神。

3 對策與建議

3.1 轉(zhuǎn)變觀念，敢于放手

我校教師雖有“以學(xué)生為主體”的意識，但是卻不愿真正做到放手讓學(xué)生主動(dòng)去嘗試、主動(dòng)去探索，對于實(shí)驗(yàn)還是多以演示和觀察為主。為什么教師不敢真正放手呢？是因?yàn)閷W(xué)生不放心，怕學(xué)生出錯(cuò)、怕學(xué)生做的達(dá)不到預(yù)設(shè)、怕學(xué)生耽擱時(shí)間完不成教學(xué)任務(wù)。教師演示、學(xué)生觀察教學(xué)節(jié)奏快是快了，但是學(xué)生沒有經(jīng)歷知識的建構(gòu)過程，他們獲得的知識是不牢固的，從教學(xué)效果來說其實(shí)是“慢”了。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，我們應(yīng)該放手讓學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)中來，不要怕他們“浪費(fèi)”時(shí)間，而是要大膽讓他們試錯(cuò)，大膽讓他們找“茬”，這樣才有助于培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，培養(yǎng)他們科學(xué)探究的能力。新課程標(biāo)準(zhǔn)也要求我們要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，改革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓他們真正成為學(xué)習(xí)的主人。

3.2 設(shè)計(jì)活動(dòng)，樂于探究

調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生是喜歡探究活動(dòng)的，他們也愿意通過探究活動(dòng)來學(xué)習(xí)物理知識，提升能力，而有些教師在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)還是由自己講解或選擇教材中的方案，學(xué)生自己個(gè)性化探究的時(shí)間明顯不夠。要改變此現(xiàn)狀，教師不僅要轉(zhuǎn)變觀念還要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際，有效地創(chuàng)設(shè)探究活動(dòng)。通過活動(dòng)和教師的有效指導(dǎo)，讓學(xué)生在活動(dòng)中去體會、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，從而促使學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。

比如高中物理教材必修2(教科版)第4章第2節(jié)“動(dòng)能和動(dòng)能定理”，我們可以以實(shí)驗(yàn)為載體，把“合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”設(shè)計(jì)成富有探究性、創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)或課題。

(1)提出問題：合外力做功與動(dòng)能的變化有著什么樣的關(guān)系？

(2)猜想與假設(shè)：學(xué)生思考并猜想，合外力做功可能會等于動(dòng)能的變化。

(3)制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：我們鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性化地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不一定要完全按照教材來。學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)除了教材上給定的方案外，還創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了其他方案，如：“光電門與力傳感器組合”“下落的重物和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器組合”“擺錘和光電門組合”等。

(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)：對學(xué)生進(jìn)行分組并選擇自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)過程中注意數(shù)據(jù)的采集。

(5)分析與論證：各小組對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以解釋。

(6)評估、交流：各小組分析假設(shè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，反思實(shí)驗(yàn)中存在的問題。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，將實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析并在全班交流。

事實(shí)證明，學(xué)生通過親歷實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果比教師做演示實(shí)驗(yàn)或者在黑板上講理論要好很多。因此，我們在實(shí)際的教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)重視科學(xué)探究并設(shè)計(jì)有效的科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)生樂于探究從而提高自己的科學(xué)探究能力。