淺析“新課標(biāo)”視域下普通高中物理“科學(xué)探究”的研究現(xiàn)狀

摘 要：近年來，科學(xué)探究成為學(xué)界關(guān)注的熱點。本文基于對中國知網(wǎng)（CNKI）收錄的近20年來國內(nèi)有關(guān)中學(xué)物理學(xué)科科學(xué)探究文獻(xiàn)的梳理，從科學(xué)探究的內(nèi)涵、評價方式、建構(gòu)等幾個方面進(jìn)行研究分析。研究發(fā)現(xiàn)，目前中學(xué)物理學(xué)科的科學(xué)探究主要集中于高中學(xué)段、科學(xué)探究評價方式的研究有待完善、缺乏對教師科學(xué)探究能力的研究。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；普通高中物理；評價方式；物理新課標(biāo)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）給出“科學(xué)探究”的定義后，國內(nèi)學(xué)界對普通高中物理科學(xué)探究的研究熱度呈逐年上升趨勢。本文整理分析了國內(nèi)學(xué)界近20年來對普通高中物理科學(xué)探究的研究情況，對他們在科學(xué)探究的內(nèi)涵、評價、觀念建構(gòu)、教學(xué)策略、教學(xué)模式等方面的研究進(jìn)行梳理，期望能給未來研究科學(xué)探究的物理教育及學(xué)術(shù)工作者提供材料與幫助。

1 數(shù)據(jù)來源與研究過程

在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中，使用高級檢索，以“科學(xué)探究”為關(guān)鍵詞檢索，共有1.42萬條結(jié)果。但由于科學(xué)探究的研究涉及多個領(lǐng)域及學(xué)科，我們再次添加“物理教學(xué)”為主題精確檢索后，檢索到1606篇文獻(xiàn)。根據(jù)“被引”次數(shù)進(jìn)行排序，閱讀文獻(xiàn)內(nèi)容，手動去除與研究主題無關(guān)的文獻(xiàn)，最終選取了“被引”次數(shù)較高的65篇文獻(xiàn)。通過精讀這部分文獻(xiàn)，粗讀其他引用或下載頻次較高的文獻(xiàn)，開展文獻(xiàn)研究。

2 研究內(nèi)容

某主題內(nèi)容的文章發(fā)表趨勢與該主題內(nèi)容受關(guān)注程度及研究程度成正相關(guān)?；谥袊W(wǎng)數(shù)據(jù)庫，繪制的2001～2023年主題為“物理教學(xué)”、關(guān)鍵詞為“科學(xué)探究”相關(guān)文章發(fā)文量折線圖如圖1所示?？梢钥闯?，自2017年新的《課程標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布以來，學(xué)界對科學(xué)探究的研究熱度再次高漲，2019年熱度到達(dá)新一個高峰，雖然2020年與2021年熱度略有下降，但總體仍然在較高水平。文章內(nèi)容主要包括對科學(xué)探究內(nèi)涵的研究、科學(xué)探究評價的研究、科學(xué)探究建構(gòu)的研究等。

2.1 科學(xué)探究的內(nèi)涵

辭海對“探究”的釋義是“深入探討、反復(fù)研究”。課程標(biāo)準(zhǔn)在“學(xué)科核心素養(yǎng)”中對科學(xué)探究的定義為“基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，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”，并指出科學(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素。

科學(xué)探究是學(xué)生在教育過程中，基于經(jīng)驗、思維和情境，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要方式，也是對科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究過程的一個模仿。在不同的研究方向上，“科學(xué)探究”的內(nèi)涵也不完全相同。［1］從實踐方面看，科學(xué)探究體現(xiàn)物理動手能力，從實用角度提高學(xué)生解決實際問題的技能，啟發(fā)問題意識、質(zhì)疑精神與創(chuàng)新意識。［2］從物理實驗視角看，科學(xué)探究是用于研究發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，基于問題提出猜想、收集證據(jù)進(jìn)而實證猜想的過程。［3］從學(xué)生學(xué)習(xí)來看，科學(xué)探究是學(xué)生形成物理素養(yǎng)和深化物理規(guī)律的重要學(xué)習(xí)途徑。［4］

2.2 科學(xué)探究評價的研究

對科學(xué)探究評價的研究，既可以了解學(xué)生探究能力現(xiàn)狀，又可以了解教學(xué)效果，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)方法和策略的完善。目前對科學(xué)探究評價的研究分為科學(xué)探究現(xiàn)狀、評價方式與評價指標(biāo)、探究層次與水平劃分三個方面。

2.2.1 科學(xué)探究現(xiàn)狀

目前中學(xué)物理教學(xué)中對科學(xué)探究的實施存在諸多問題。

第一，對科學(xué)探究和學(xué)生實驗不重視。其主要原因是當(dāng)前學(xué)生評價機制存在路徑依賴，以成績作為重要評價指標(biāo)，家長唯分?jǐn)?shù)論，不支持科學(xué)探究教學(xué)。農(nóng)村學(xué)校教育資源匱乏，缺少實驗器材，難以開展科學(xué)探究。

第二，用教師演示代替學(xué)生自主探究。教師不考慮數(shù)據(jù)有效性，以自我為中心，否定學(xué)生思想。［5，6］

第三，教師缺乏組織開展探究式教學(xué)的正確操作策略和方法。對科學(xué)探究教育的實施簡單化、平面化、刻板化；學(xué)生探究性學(xué)習(xí)與教師教學(xué)取舍不當(dāng)；重結(jié)果輕過程，注重知識的掌握，輕視方法的多樣性；把交流與合作當(dāng)作集體討論，導(dǎo)致課堂秩序混亂，難以堅持探究教學(xué)。［7］

2.2.2 評價方式與評價指標(biāo)

在評價方式上，目前研究認(rèn)為適合評價科學(xué)探究的方式有三種：紙筆測量、現(xiàn)場觀察、工作單。其中紙筆測量成本低，有效性也低，但它是目前我國科學(xué)探究能力評價的主要甚至惟一方式；現(xiàn)場觀察有效性高，但成本也高，只能用于小規(guī)模的評價研究或探究教學(xué)過程的形成性評價；工作單則是介于紙筆測驗和現(xiàn)場觀察之間的評價方法。［8］

在評價指標(biāo)上，有學(xué)者提出對學(xué)生“問題意識”進(jìn)行評價，將“提出符合物理情境的問題數(shù)量”作為一級評價指標(biāo)。它包含兩種評價內(nèi)容：第一是從實際情境中提出問題，第二是根據(jù)物理情境提出問題的個數(shù)。［9］另外有學(xué)者根據(jù)科學(xué)探究教學(xué)評價體系指標(biāo)設(shè)計的基本原則以及科學(xué)探究教學(xué)評價體系的基本理念和教學(xué)實踐中的科學(xué)探究教學(xué)流程圖，采用德爾菲法和實驗法等教學(xué)評價指標(biāo)設(shè)計的基本方法，設(shè)計了科學(xué)探究教學(xué)評價體系的評價指標(biāo)（如表1所示）。［10］

2.2.3 探究層次與水平劃分

《課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究劃分為5個水平，但是其劃分比較抽象，實際評價過程中難以清晰應(yīng)用。為此，有學(xué)者以《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的5個水平為基礎(chǔ)細(xì)化了科學(xué)探究層次與水平。

部分研究者對我國學(xué)生的科學(xué)探究能力進(jìn)行了評估。評估結(jié)果顯示，我國學(xué)生在科學(xué)探究能力上存在明顯差異?？傮w而言，能夠達(dá)到高水平的學(xué)生很少，大部分學(xué)生處于中低水平。且隨著年級的提高，能力呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。具體表現(xiàn)為，一般探究過程的能力水平偏低，提問題能力的表現(xiàn)水平相對其他能力較高，收集證據(jù)和反思與評價能力較低。［11］學(xué)生不能準(zhǔn)確地提出和表達(dá)要探究的問題，學(xué)生推理能力強，實驗設(shè)計的能力弱，多數(shù)學(xué)生具有推理和預(yù)見能力，學(xué)生的思維方式單一，缺乏反思和批判能力。［12］

2.3 科學(xué)探究建構(gòu)的教學(xué)研究

2.3.1 科學(xué)探究建構(gòu)的途徑

探究教學(xué)是進(jìn)行科學(xué)探究的一種重要教學(xué)方式。有學(xué)者提出建構(gòu)以學(xué)生為主體的探究活動的教學(xué)策略（如圖2所示）。［13］也有學(xué)者認(rèn)為解釋和論證是科學(xué)探究中的核心實踐，兩者相互作用，體現(xiàn)了科學(xué)探究的本質(zhì)，并援引論證驅(qū)動的探究以及論證性科學(xué)探究這兩種典型策略來說明如何實踐凸顯“解釋—論證”的科學(xué)探究（如圖3所示）。［14］

物理知識是科學(xué)探究的載體和基礎(chǔ)，科學(xué)探究過程是學(xué)生知識建構(gòu)的一個過程，科學(xué)方法的習(xí)得是科學(xué)探究的精髓，科學(xué)思想的啟迪是科學(xué)探究的靈魂。［15］物理教學(xué)既有科學(xué)探究的顯性特征，又有隱性特征。在科學(xué)探究的教學(xué)過程中，學(xué)生需要得到相應(yīng)的顯性材料，并將所獲得的顯性材料進(jìn)行一定程度加工，將加工過程中所滲透的方式方法進(jìn)行恰當(dāng)?shù)啬毶A，以逐步提高科學(xué)探究能力。

2.3.2 基于物理教材提高科學(xué)探究能力的研究

有學(xué)者通過分析70多年來人教版高中物理教科書中學(xué)生實驗的科學(xué)探究特征演變，發(fā)現(xiàn)物理實驗的科學(xué)探究特征依次呈現(xiàn)出天然的、覺醒的和全面發(fā)展的三種類型。于是，有學(xué)者提出通過循序漸進(jìn)的訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)學(xué)生動手實驗的能力，以形成基本符合科學(xué)規(guī)范的探究意識和素養(yǎng)（如圖4所示）。［16］有學(xué)者通過比較2019年與2004年版高中物理教材中科學(xué)探究活動設(shè)計，提出教師需有必要、有意識進(jìn)行二次開發(fā)，統(tǒng)籌安排科學(xué)探究活動，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究要素更加均衡發(fā)展以及突破學(xué)科屏障，采取跨學(xué)科的方式實現(xiàn)科學(xué)探究能力的提升。［17］

2.3.3 基于實驗提高學(xué)生科學(xué)探究能力的策略研究

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的形成。研究較多的有以下幾個方面。

第一，巧妙設(shè)疑。在物理課開始，教師通過演示實驗展示的現(xiàn)象與學(xué)生長期存在的前概念相沖突，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。［18］在實驗現(xiàn)象的“魔力”下，學(xué)生在探究過程中更加投入，帶著問題進(jìn)行探究，積極主動，有所作為。

第二，創(chuàng)設(shè)情境。提出問題是實驗探究過程中的重要環(huán)節(jié)。愛因斯坦說過，發(fā)現(xiàn)一個問題往往比解決一個問題更重要。學(xué)生自行思考分析后提出問題，可以提高學(xué)生解決實際問題的動力與興趣，［19］以此培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)探究能力。

第三，確定詳細(xì)且明確的計劃。制定計劃需要研究者掌握實驗的基本原理和方法，知道需要的實驗儀器，掌握科學(xué)數(shù)據(jù)分析的思路和方法。［20］教師根據(jù)學(xué)生提出的問題，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地分析，從各個方面考慮他們自己的實驗方案。

第四，親歷探究過程。學(xué)生是課堂的主人，是科學(xué)探索的主體。鼓勵學(xué)生親自操作實驗儀器，親自體驗實驗現(xiàn)象的發(fā)生和變化過程，并探索實驗方法，這是因為學(xué)生自己探索的過程是他們思考的過程，是思維綜合的過程，是獲取知識的過程。學(xué)生通過自行設(shè)計實驗探究本質(zhì)，既掌握了知識，又培養(yǎng)了探索新知識的能力。

第五，從實驗中獲得的數(shù)據(jù)是對實驗事實的真實記錄。只有經(jīng)過分析論證，才能形成具有普遍意義的物理規(guī)律。在組織課堂時，教師須引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用實驗基本設(shè)備，理解操作意義和客觀記錄實驗結(jié)果。

3 研究結(jié)論

從獲取的文獻(xiàn)分析來看，學(xué)界對科學(xué)探究的研究逐漸增多，但是依然有不足之處。

首先，對科學(xué)探究的研究主要集中在高中階段。現(xiàn)有研究表明，在高中階段科學(xué)探究的實施過程中存在重視程度不夠、實施方法不當(dāng)、活動組織不合理等問題。因此，科學(xué)探究在高中物理教學(xué)中的有效實施還存在很大的改進(jìn)空間。

其次，對科學(xué)探究的評價方式的研究有待完善?？茖W(xué)探究能力培養(yǎng)是一個長期過程，高一與高三學(xué)生對科學(xué)探究的理解與掌握層級不同?，F(xiàn)有研究對科學(xué)探究的評價未區(qū)分年級，對不同年級學(xué)生科學(xué)探究的評價無清晰的標(biāo)準(zhǔn)。

最后，缺乏對教師科學(xué)探究能力的研究。教師在科學(xué)探究實施的過程中應(yīng)當(dāng)起主導(dǎo)地位，只有教師深入理解科學(xué)探究，才能將其貫徹落實到學(xué)生科學(xué)探究的培養(yǎng)當(dāng)中。然而，目前對科學(xué)探究的研究主要集中在學(xué)生身上，對于教師是否具備科學(xué)探究的素養(yǎng)并無相關(guān)研究。

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