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自議科學(xué)探究與物理教學(xué)論文
論文關(guān)鍵詞：科學(xué)教育科學(xué)探究建構主義學(xué)習觀(guān)系統科學(xué)
論文摘要：科學(xué)探究是新課程理念提出的卓有成效的教學(xué)方式。文章從科學(xué)探究的含義出發(fā)，挖掘其研究的理論依據，論述了科學(xué)探究的過(guò)程和設計策略，以教學(xué)案例為基拙，討論了如何在物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究。
課程改革的核心環(huán)節是課程實(shí)施。新課程中科學(xué)探究作為一個(gè)獨具特色的課程領(lǐng)域，首次成為我國基礎教育課程體系的有機組成，被公認為是我國當前課程改革的一大亮點(diǎn)�？茖W(xué)課程通過(guò)科學(xué)探究的學(xué)習方式，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究活動(dòng)的過(guò)程和方法，發(fā)展初步的科學(xué)探究能力�！段锢碚n程標準》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《標準》)將內容標準分為兩部分:科學(xué)探究和科學(xué)內容�？茖W(xué)探究的提出在教學(xué)方式上本身是一個(gè)大的飛躍，而《標準》不僅要求把科學(xué)探究作為重要的教學(xué)方式還要求成為學(xué)生的學(xué)習目標，這更是一個(gè)大的飛躍。
現代教學(xué)旨在促進(jìn)學(xué)生的多元智能的發(fā)展，而衡量多元智能的標準是:以能否解決現實(shí)生活中實(shí)際問(wèn)題或生產(chǎn)及創(chuàng )造出社會(huì )需要的有效產(chǎn)品的能力為核心。物理課程中科學(xué)探究方式的實(shí)施充分表現出:重視對學(xué)生終身學(xué)習愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng )新意識及科學(xué)精神的培養，提高科學(xué)素養，它必將在現代教學(xué)和新課程改革中占據更加重要的地位并發(fā)揮出更重要的作用。
一、科學(xué)探究的含義及理論基礎
(一)科學(xué)探究的含義
“探究”在《牛津英語(yǔ)詞典》中的定義是:“求索知識或信息特別是求真的活動(dòng)，是提問(wèn)和質(zhì)疑的活動(dòng)�！贝蠖鄶祵W(xué)者認為，新課程《標準》中的科學(xué)探究指的是學(xué)生探究式學(xué)習活動(dòng)而非科學(xué)家的科學(xué)探究，它實(shí)質(zhì)上是一種思維創(chuàng )新方式、一種思維習慣、一種能力系列。明確了這一點(diǎn)，我們便可把科學(xué)探究定義為:在教師的指導和幫助下，讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)的相似過(guò)程，學(xué)習科學(xué)的知識和技能，體驗科學(xué)探究的樂(lè )趣，學(xué)習科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)思想和精神，全面提高科學(xué)素養。在探究過(guò)程中，重在探索的過(guò)程而非結果，重在收集證據而非繁雜的計算，重在對結果的評價(jià)而不迷信結果。
(二)科學(xué)探究的理論基礎
1.科學(xué)本質(zhì)和教育的本質(zhì)統一于科學(xué)探究�？茖W(xué)是什么?在國際基礎教育中，目前對于“科學(xué)的本質(zhì)”的看法是一個(gè)富于色彩的爭論，至今沒(méi)有一個(gè)公認的結論。美國《國家科學(xué)教育標準》提出:科學(xué)是格物致知的一種途徑，其基本特點(diǎn)是以實(shí)證為判斷尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發(fā)點(diǎn)。人們一般認為，科學(xué)是科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)精神三個(gè)方面組成的不可分割的有機整體。而教育，它的本質(zhì)是傳承人類(lèi)文化，促進(jìn)人的社會(huì )化，因而呈現出人的發(fā)展功能或育人功能。只有將科學(xué)寄于探究，教育的目的才能實(shí)現，科學(xué)教育是科學(xué)探究過(guò)程的簡(jiǎn)約復現。
2.現代建構主義學(xué)習觀(guān)是科學(xué)探究的理論先驅�，F代建構主義認為，學(xué)生是學(xué)習的主體，學(xué)生要獲得知識的提高，必須經(jīng)歷兩次心理的自我調節，這是任何人都不能替代的。不難看出，建構主義對教師和學(xué)生的作用有了重新的定位，學(xué)習者不是知識的被動(dòng)接受者，而是知識的主動(dòng)建構者。它要求學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中用探究法、發(fā)現法去建構知識，教學(xué)過(guò)程不再是一個(gè)同步的，而是一個(gè)異步的、發(fā)散式的思維過(guò)程。我們乒，有序建構的學(xué)習觀(guān)為科學(xué)探究提供了理論先導。
3.系統科學(xué)的三個(gè)基本原理提供了科學(xué)探究的方法論。系統論、控制論、信息論以系統論為代表，統稱(chēng)系統科學(xué)。學(xué)習者必須把自己置于一個(gè)開(kāi)放的、有漲落的、遠離平衡態(tài)的系統，運用控制論的調控與反饋原理調控探究目標的實(shí)施，運用信息論的有序原理對知識進(jìn)行有序建構，通過(guò)吸收、輸出、反饋和評價(jià)等對信息進(jìn)行加工，構成一個(gè)有序的科學(xué)探究過(guò)程，并抓住信息各部分的聯(lián)系，形成整體結構，發(fā)揮整體功能。使教育系統、教學(xué)系統乃至學(xué)習者個(gè)人系統成為一個(gè)開(kāi)放的、有漲落的系統，從而達到有序，是當代教育、教學(xué)改革的一個(gè)思路。
二、科學(xué)探究的基本過(guò)程
科學(xué)探究是一種過(guò)程，有一定的活動(dòng)程序或階段。尾科學(xué)探究中，學(xué)生雖然也要經(jīng)歷科學(xué)探究的基本過(guò)程，用科學(xué)探究方法和思維方式去發(fā)現“新知識”，但與科學(xué)復的科學(xué)探究是有區別的:一是科學(xué)家探究的問(wèn)題結論是到知的，學(xué)生探究的問(wèn)題結論對學(xué)生雖然是未知的，但相又人類(lèi)整體而言是已知的;二是科學(xué)家探究的目的是發(fā)現霎理或創(chuàng )造出具有社會(huì )意義和價(jià)值的新產(chǎn)品，而學(xué)生的科7探究其基本目的是培養學(xué)生的創(chuàng )新素質(zhì)，強調探究過(guò)程又學(xué)生個(gè)體發(fā)展的意義;三是科學(xué)家的科學(xué)探究一般要經(jīng)掃復雜曲折，甚至是漫長(cháng)的過(guò)程，而學(xué)生的科學(xué)探究則是桿據教學(xué)需要精心設計和組織的，它對實(shí)際的探究過(guò)程進(jìn)千了篩選和重組，成為適合學(xué)生探究學(xué)習的典型化、簡(jiǎn)約仁了的活動(dòng)過(guò)程;四是科學(xué)家在科學(xué)探究過(guò)程中是完全獨立的主體，而學(xué)生由于受自身知識基礎、能力發(fā)展水平和美心發(fā)展不成熟的制約，使他們還需要在教師的指導和幫到下才能順利進(jìn)行。
學(xué)生的科學(xué)探究活動(dòng)雖然和科學(xué)家的有所不同，但確幾個(gè)基本過(guò)程是相同的:提出問(wèn)題一建立猜想與假定一帶訂計劃一獲取事實(shí)與論據一檢驗與評價(jià)一表達與交流《從這幾個(gè)要素中我們看到，科學(xué)探究過(guò)程突出了學(xué)生主動(dòng)、生動(dòng)地學(xué)習，突出學(xué)生親自感悟，培養多向思維，真正能運用各種能動(dòng)感官，生動(dòng)體驗，真正提高獲得新知的靛力。
三、物理教學(xué)中科學(xué)探究活動(dòng)的設計策略
(一)關(guān)注過(guò)程，著(zhù)眼科學(xué)素養的培養
科學(xué)探究離不開(kāi)四個(gè)W:What，Why，HOW，Who。教學(xué)活動(dòng)需要產(chǎn)生一種參與愿望強烈、互動(dòng)性強、不怕困難、嚴謹求實(shí)的科學(xué)探究氛圍。教師要善于設計教學(xué)情境，既要營(yíng)造熱烈的課堂氣氛，又要善于抓住學(xué)生思維的閃光點(diǎn)，適時(shí)點(diǎn)撥，串起學(xué)生思維火花的珍珠，培養學(xué)生的科學(xué)素養，巧妙把握課堂教學(xué)的全局。
(二)關(guān)注應用，著(zhù)眼能力提高
科學(xué)探究的開(kāi)端是發(fā)現和提出問(wèn)題，問(wèn)題是科學(xué)探究的關(guān)鍵。恰當的問(wèn)題特別是應用性強與生活緊密相關(guān)的問(wèn)題，會(huì )激起學(xué)生強烈的探究欲望、思考沖動(dòng)，激發(fā)起創(chuàng )新聯(lián)想，從而獲得新的知識和方法的頓悟與突破。不僅僅是獲得了有意義的學(xué)習經(jīng)歷，而且知識遷移、綜合能力及數據記錄與處理能力、正確運用科學(xué)語(yǔ)言和文字表述能力、對結論進(jìn)行評述和分析能力等都應得到鍛煉和提高。
(三)關(guān)注體臉，著(zhù)眼情感、態(tài)度、價(jià)值觀(guān)
物理學(xué)具有的實(shí)踐性、應用性和創(chuàng )新性，為科學(xué)探究提供了極其豐富的價(jià)值內容。從培養人、塑造人的角度，注重了學(xué)生能力的培養和素質(zhì)的提高，對于培養學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)，勇于實(shí)踐，加強學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)和社會(huì )關(guān)系的認識，發(fā)展學(xué)生對于科學(xué)技術(shù)的興趣和愛(ài)好，十分有益�？茖W(xué)探究活動(dòng)的過(guò)程，應重視學(xué)生在興趣與動(dòng)機、自信與意志、態(tài)度與習慣等方面的表現，用科學(xué)研究熏陶學(xué)生，使學(xué)生受到唯物論、辯證法、認識論和科學(xué)方法論及愛(ài)國主義方面的教育。
(四)關(guān)注形式，著(zhù)眼促進(jìn)成長(cháng)
學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中所經(jīng)歷的猜想、推測、設計、討論、歸納、交流、評價(jià)等等過(guò)程，無(wú)不充滿(mǎn)著(zhù)發(fā)散、合作與取長(cháng)補短的“景觀(guān)”，每一次的探究歷程，就是一次科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的錘煉，就是一次心智的成長(cháng)，將成為他們終身學(xué)習的瑰寶。教師在教學(xué)中要大膽切實(shí)開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)，不漏掉“半數”學(xué)生，超越課本，真正帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)人探究人類(lèi)科學(xué)知識的境界。
四、科學(xué)探究活動(dòng)的教學(xué)設計示例
(一)創(chuàng )設情境示例—“蒸發(fā)少，教學(xué)的引入
第一步:教師用濕毛巾在干凈的黑板上寫(xiě)下“學(xué)習愉快”四個(gè)字，引導學(xué)生進(jìn)人問(wèn)題情境。
(1)老師送給大家的四個(gè)字發(fā)生了什么現象?
(2)生活中你發(fā)現過(guò)類(lèi)似的現象嗎?
(3)這一現象是怎么產(chǎn)生的?
第二步:引導學(xué)生參與實(shí)驗的設計和討論。
(1)以?xún)蓚�(gè)同學(xué)為一個(gè)小組發(fā)一張濕毛巾，你能提供哪些方法使毛巾變干?實(shí)際做一做。
(2)你能將這些方法進(jìn)行歸類(lèi)嗎?
教師將學(xué)生回答的方法逐一寫(xiě)在事先準備好的空白紙片上，用實(shí)物投影儀展示，再引導學(xué)生對各種方法歸類(lèi)，進(jìn)一步提問(wèn)。 (3)你能否用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言歸納出影響液體蒸發(fā)快慢的因素?
教師的這一系列設問(wèn)猶如給學(xué)生“干枯的思維”下了一場(chǎng)“即時(shí)雨”，他們思維探究的火花被迅速點(diǎn)燃。教學(xué)活動(dòng)全過(guò)程，學(xué)生自組織、自討論、自實(shí)驗、自總結、自表述，充分體現了學(xué)生主體特征。學(xué)生心中洋溢的是發(fā)現者和創(chuàng )新者的自豪之感，從而產(chǎn)生主動(dòng)學(xué)習、探究、創(chuàng )新的強烈沖動(dòng)。
(二)整體設計示例—“浮力”的科學(xué)探究教學(xué)活動(dòng)示例
1.創(chuàng )設情境，引人新課
讓學(xué)生把乒乓球投人水中，觀(guān)察后鼓勵學(xué)生描述看到的情景，鼓勵他們回憶生活中見(jiàn)到的輪船、氣球的情景。然后教師簡(jiǎn)潔地指出:我們在描述他們時(shí)都用到了“浮”字。接著(zhù)鼓勵學(xué)生想一想、說(shuō)一說(shuō):乒乓球和輪船都受到了重力的作用，為什么還會(huì )浮起呢?抓住學(xué)生回答中的“有向上托的力”引導他們結合這個(gè)力的功效為自己發(fā)現的力取一個(gè)名字—浮力，使新課引人既簡(jiǎn)單又自然，又能給學(xué)生帶來(lái)自己發(fā)現創(chuàng )造的喜悅。
2.探究小循環(huán)一
突破“下沉的物體也受到浮力”的思維難點(diǎn)，并發(fā)現測浮力的一種方法(F,=一F)
〔提出問(wèn)題〕學(xué)生先觀(guān)察金屬塊在水里下沉，鼓勵學(xué)生提出問(wèn)題。引導猜想:下沉的金屬塊也受浮力嗎?它受的浮力方向也向上嗎?
[探究方案]你能用一杯水、一只彈簧秤、一個(gè)金屬塊對你的猜想進(jìn)行驗證嗎?
讓學(xué)生通過(guò)交流和討論后得出:先稱(chēng)金屬塊重力，再觀(guān)察它在水中時(shí)彈簧秤拉力F，比較‘和F的大小。
接著(zhù)，讓學(xué)生親歷探究實(shí)踐、分析歸納、交流評價(jià)的過(guò)程，教師充分肯定學(xué)生的探究思維。
3.探究小循環(huán)二
突破浸人深度、物體密度、物體體積等相近因素干擾產(chǎn)生的思維障礙。
〔提出問(wèn)題〕用手將乒乓球緩緩壓入水中，手會(huì )有什么感覺(jué)?請就這一現象提出一個(gè)值得探究的問(wèn)題。
學(xué)生充分猜想討論后，再確定如下探究方案:
1)用彈簧秤分別提起相同體積的銅塊、鋁塊，測出浸沒(méi)時(shí)二者受到的浮力;
2)用彈簧秤提起一金屬塊，逐漸增加浸人體積，觀(guān)察拉力的變化，明確浮力的變化;
學(xué)生通過(guò)第2)步，突破了浮力大小與深度有關(guān)的思維障礙，再引導學(xué)生反思采用什么研究方法繼續探究—控制變量法。
3)用彈簧秤提著(zhù)金屬塊在浸沒(méi)的條件下，改變浸人深度，觀(guān)察拉力和浮力的變化，總結影響浮力大小的因素。
4.探究小循環(huán)三
引導探索研究，經(jīng)歷阿基米德原理的發(fā)現。
[提出問(wèn)題]鼓勵學(xué)生玩一玩:在溢水杯中盛滿(mǎn)水，用彈簧秤提起金屬塊逐漸浸人，讓學(xué)生注意觀(guān)察并表達自己的發(fā)現;鼓勵猜想:浮力大小可能與排開(kāi)的水的多少有關(guān)。
〔探究方案〕鼓勵學(xué)生自己設計驗證方案，經(jīng)合作交流和討論后再確定:在溢水杯中盛滿(mǎn)水，用彈簧秤提起金屬塊測出‘，計算出F，同時(shí)用小桶承接排出的水，測出排水，再比較F浮與排水。
同樣讓學(xué)生親歷探究實(shí)踐、分析歸納、交流評價(jià)的過(guò)程，形成統一認識:F浮二‘排水，鼓勵學(xué)生用語(yǔ)言敘述，并拓展得出數學(xué)表達式:證明前面研究的浮力決定因素的正確性，使前后呼應起來(lái)。
如果說(shuō)新課程的實(shí)施給教學(xué)改革提供了廣闊的舞臺的話(huà)，那么科學(xué)探究把更多的學(xué)習主動(dòng)權交給了學(xué)生。教師不再是面面俱到的有先見(jiàn)之明的講解者，而是成為幫助學(xué)生獲得、建構和內化所學(xué)的知識，提高學(xué)生創(chuàng )新能力的導航人。這就要求教師要有強烈的自我發(fā)展意識，在教學(xué)藝術(shù)上下功夫，學(xué)習做一個(gè)優(yōu)秀的課堂導演和設計師。
當然，和物理概念、規律一樣，物理教學(xué)中的科學(xué)探究也是物理教學(xué)的一部分，只有將科學(xué)探究放在整個(gè)物理教學(xué)的全過(guò)程中來(lái)研究，使其無(wú)論在維度上、深度上都要接近學(xué)生的最近發(fā)展區，與此相應，也只有讓學(xué)生在科學(xué)探究中深刻理解和掌握物理概念、規律和方法，并通過(guò)一定質(zhì)和量的物理問(wèn)題解決活動(dòng)，才能使學(xué)生的科學(xué)素養和實(shí)際解決物理問(wèn)題的能力得到真正的培養和升華。
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