追求“形”“神”兼備的科學探究

摘要：新課程改革十分強調科學探究在物理課程中的作用，教師在實施探究教學活動時，往往只注重探究教學中的知識問題，即“形似”，而忽視了探究教學的另一面“神似”——即學生從探究學習過程中領悟科學探究的本質，形成正確的科學態度。否則探究教學就會演變成對智力進行徒有形式的機械訓練，無法使學生體驗探究學習的樂趣，迷失探究教學的方向。探究教學活動要做到“形似”又“神同”， 追求“形”“神”兼備的科學探究。

關鍵詞：探究教學；方法；能力；態度；精神

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2007)12(S)-0011-3

這次課程改革十分強調科學探究在物理課程中的作用，科學探究可從“形”和“神”兩方面來認識：一方面“形似”，通過科學探究學生要了解人類對某一自然規律認識的歷史，學習怎樣進行科學探究，通過探究把未知變為已知，更多關注的是科學探究的基本程序；另一方面“神似”，學生從中體會科學的研究方法、提高科學探究的能力、培養實事求是的科學態度、敢于創新的探索精神，更多關注的是從探究學習過程中領悟科學探究的本質，形成正確的科學態度。科學探究的“形”與“神”緊密聯系，相互依存。在現實的科學探究活動中前者是基礎，后者是靈魂。沒有前者，后者則失去載體，顯得虛無飄渺；缺乏后者，前者會失去動力和方向。

因此只有從“形”和“神”兩方面來理解，模擬科學探究的“形”， 滲透科學探究的“神”，才能把握科學探究的全貌。

1 模擬科學探究的“形”

實施科學探究教學，就必須首先呈現出科學探究的“形”，或者說科學探究教學要與科學探究保持“形似”。為此，我們提出通過模擬科學探究的基本程序來開展探究教學。

教材中第四章第2節“探究加速度與力、質量的關系”，這是一節學生實驗課，教材編寫思路是：沒有給出確定的實驗方案，要學生自己設計，但是給出了實驗的基本思路。作為提示，書中還提醒注意兩方面的問題：怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力。在思維方法上，力求突破原有教材單一方法前提下的思維格局，用綜合的方法來關注和處理單一打破后出現的復雜的、多維變化的信息，喚醒學生更深層次的靈活主動，從而實現實驗教學的教育價值。

本節開展探究教學基本程序：六個要素構成，而這六個要素的結構關系是環環相扣，彼此促進的。

提出問題 物體的加速度與它受的力、它的質量有什么定量關系？

猜想與假設 根據日常經驗和觀察到的事實，首先猜想物體的加速度與它受的力、它的質量有最簡單的關系，加速度與它受的力成正比、與它的質量成反比。

制定計劃與設計實驗 用控制變量法研究和探討a與F 、m的關系，操作活動，感知過程。怎樣測量（或比較）物體的加速度；怎樣提供和測量物體所受的恒力。

進行實驗與收集證據 教師指導實驗的注意事項，這是必須的，記錄好數據。

數據處理、分析與論證 為了直觀判斷a與F 、m的關系，分別以a為縱坐標，F 、m、1/ m為橫坐標，根據各組數據在坐標系中描點，用圖像進行分析和判斷。

交流與合作、評估 與同學進行交流，實驗方案的合理性、實驗過程的科學性、數據處理的準確性等等方面。實際上一個規律的發現不可能是幾次簡單的測量就能夠得出結論的，F=ma這個結論仍然帶有猜想和推斷的性質。

對于F=ma結論，學生僅僅出于直覺的猜想或是在先發言的學生啟發下才這樣想，思維上對于物理量之間的原理還不是很清晰。那么在這種情況下，教師有必要為學生的認識進行補充、豐富其感性經驗。教師可以進一步提問：還有別的想法嗎？為此，教者有必要進行一些現場調查和試探性提問：還有誰這樣想？還有沒有其它的答案？學生中間可能出現a與F、F2、1/F的關系， a與m、m2、1/m的關系，并不是所有的學生都能得出正確的結論，物理量關系多樣化的一個重要原則就是思維等價。

上述過程應該說是操作層面的，這是科學探究成功的首要條件，是學生學習的基礎，這里面有很多的人類認識自然規律的一般方法，保持著科學探究的“形似”。通過這一過程，學生了解了人類對某一自然規律認識的歷史，學習了怎樣進行科學探究，把未知變為已知，這才完成科學探究的第一步，這是顯性的一步。實際上，在這一過程中，更重要的是隱性部分：學生從中體會科學的研究方法、提高科學探究的能力、培養實事求是的科學態度、敢于創新的探索精神，更多關注的是從探究學習過程中領悟科學探究的本質，形成正確的科學態度。

2 滲透科學探究的“神”

模擬科學探究的基本程序有助于確立和提高探究教學的規范性，使教師在開展探究教學時有章可循，而不致茫然不知所措或隨意而為，防止探究教學被神秘化或泛化。然而這還不夠，科學探究教學在模擬科學探究之“形”的同時，還應滲透科學探究的“神”，以便學生從探究學習過程中領悟科學探究的本質，形成正確的科學態度，否則探究教學就會演變成對智力進行徒有形式的機械訓練，無法使學生體驗探究學習的樂趣，迷失探究教學的方向，最終導致他們喪失學習科學的興趣和熱情。

2.1 體會科學的研究方法

課堂教學中的科學探究活動，一方面是學生個體在學習中的活動過程、思維過程；另一方面是歷史上人類認識某一規律時科學家群體的活動過程、思維過程。要讓學生在45min內跨越人類幾千年、幾百年的科學歷程，這要在老師精心指導下，在正確的教育思想和教學方法干預下才能實現，它的最大價值在于幫助學生理解科學家獲取經驗知識的方法。

“探究加速度與力、質量的關系”活動中，用控制變量法研究和探討a與F 、m的關系，用圖像法處理數據，進行分析和判斷。得出a與F 、m的關系，這些都是學生體會的科學研究方法。

再如教材“實驗：探究小車速度隨時間的變化規律”中的內容，教材不求以“簡明、輕快”的方式給出知識的結論，而是在展現知識的同時，也把得到知識的過程適當展現給學生。雖然不與人類對此問題的認識過程完全一致，但對于作為個體的人，它卻是一個學習、認識科學規律的好例子。它強化了從實驗得出規律的一般性過程，練習了用圖象分析問題的通用方法，邏輯線索清晰，在價值觀及科學過程、科學方法上的教育價值高于舊課程。

2.2 提高科學探究的能力

科學探究活動重在培養學生的科學探究能力，包括：觀察能力；發現問題、提出問題的能力； 開放性思維的能力；“此路不通，另辟蹊徑”的能力；“發現多種可能性”的能力；“估算和近似處理問題”的能力；“獲取信息與自學”的能力；“類比”的思維能力；分析概括能力；信息交流能力等等。會記錄實驗數據，知道數據處理方法，會寫實驗報告，會用科學術語、簡單圖表等描述實驗結果。

提高科學探究的能力沒有什么竅門，科學探究能力的形成必須依賴學生的學習和探究活動，緊密結合科學知識的學習，通過動手動腦，親自實踐，在感知、體驗的基礎上，內化形成，而不能簡單地通過講授教給學生。提出探究課題后，鼓勵學生大膽猜想，在這里，不管學生怎么猜，首先應鼓勵各抒己見，大膽猜想，鼓勵他們展開想象的翅膀。在中學階段，要求不要過高，必須符合中學生的特點，由扶到放，逐步培養。

2.3 培養實事求是的科學態度

科學學習心理學研究表明，無論是使學生的錯誤觀念發生轉變，還是在其日常觀念的基礎上進一步形成科學概念，都非易事，需要有大量事實或證據作支撐。這要求探究教學時，對于體現學生日常概念或理解的各種假設，無論多么幼稚可笑，教師都不要輕易作出否定或肯定性的結論，對學生進行壓服，而要讓學生通過多種途徑收集證據來驗證，從而促使學生在理解或領悟的基礎上主動轉變觀念。如此，學生才有可能養成尊重事實、敢于批判和實事求是的科學態度。

以前學生中廣泛存在的“湊數據”，甚至弄虛作假的現象，除了學習態度或者說做人的態度有問題外，還有另一層次的問題，即對科學理論與實際事物的關系的認識有偏差，沒有形成實事求是的科學態度。例如，“探究加速度與力、質量的關系”，研究物體的加速度與它所受力的大小的關系時，實際測量總會有誤差，所繪的a－F曲線總不會精確地過原點。于是我們就盼望無限制地提高測量的精確度，學生在力求完美地過原點而又無法做到的情況下，難免想到一兩個壞主意。如果我們認識到，任何測量的精度都是有限的，當我們提高測量精度后，對于是否過原點這個問題又有更高的標準來衡量……我們的心里就會比較坦然。

當然，這樣做有兩個前提，一是實驗的確是認真做的，另一個是，我們對科學理論的產生方式有正確的認識。從實驗結果到科學理論的誕生，中間不是單純的邏輯關系和簡單的歸納關系。如果我們做了很多次實驗，每次都幾乎過了原點，那么，我們為什么不能得出這樣的結論：在沒有任何誤差的情況下，a－F曲線將是一條準確地經過原點的直線？我們有什么理由拒絕這樣簡明而美好的結論呢？

探究活動要保證其科學性，假設就必須是可以被檢驗的，并經得起檢驗。經過科學驗證，合理的科學假設被確立，錯誤的科學假設被拋棄。正是這種科學探究的求實精神，才使得科學假設或理論的真理性得以保證。也正由于此，它也成為科學之所以是科學、科學區別于宗教迷信和非科學的唯一標準，在教學過程中，應該更多的讓學生去實踐，并在艱苦、困難但有意義的探究和分析中培養學生的科學態度和科學精神，這對他們的性情和精神面貌的培養同樣有著積極的意義。

2.4 敢于創新的探索精神

恩格斯所說：“只要自然科學在思維著，它的發展形式就是假說。”這是假設得以建立的前提，而沒有科學假設也就不會有科學驗證活動，進而就不會有科學的產生和發展，不能夠培養學生的創新的探索精神。學起于思，思源于疑，疑則誘發探索，探索則培養創新。大膽質疑，勇于解疑，有所創新是學生的一種寶貴品質。創新是從問題、未知開始的，提出必須思考才能解決的問題，提出學生模糊認識的問題，提出學生想急于了解的問題，他們的思維就會活躍起來，促進學生的積極思維，去創造性地思考問題。

科學探究應緊緊圍繞假設的提出和檢驗來展開。由于學生的知識經驗各異，認知水平有別，他們對同一現象或問題會形成不同的看法，提出不同的假設。對此，教師不僅不應當加以限制，反而應當大力提倡和倍加尊重。只有這樣，探究教學才有可能處在學生的最近發展區并走在發展的前面，學生才有可能開展豐富多彩而又切合實際的探究學習，經歷曲折的探究過程，并由此獲得各方面的最佳發展，激起創新的火花。

如果教師由于種種原因不給學生提供充分發表自己看法的機會，為走捷徑，幫助學生安排好了探究的路線，把學生直接引向所要獲得的學習結果，那么學生所經歷的就不是真正的探究，其想像力和創新能力的培養也就無從談起， 教師要允許和鼓勵學生大膽提出和驗證自己的想法，用自己的方式解決觀察結果。 鼓勵學生敢于質疑，大膽表現，樂于標新立異，使學生在輕松愉快的課堂環境里養成勇于探索、勇于思考和勇于創新的習慣。鼓勵學生把物理學知識和他們對物理定律的理解定性和定量地運用到熟悉和生疏環境之中，充分發揮自己的想像力和創造力，積極大膽地提出新思想或假設，培養敢于創新的探索精神。

物理新教材根據《課標》的要求，將以往教材中較多的學生實驗和演示實驗改為科學探究的問題，這些改變的目的是什么？從目前實施的課堂教學來看，答案很明確。科學探究是在教師的指導和啟發誘導下，以學生獨立自主學習和合作討論為前提，以現行的物理教材為基本探究內容，以學生周圍世界和生活中發生的實際為參照對象，為學生提供充分自由表達、質疑、探究、討論問題的機會，讓學生通過個人、小組、集體等多種解難釋疑嘗試活動，將自己所學知識應用于解決實際問題的一種科學的教與學的組織形式，并已經明顯關注了學生在學習中的主體地位，大大提高了學生在教學活動中的參與程度。 尊重學生發展的多樣性，為學生提供多樣的發展空間和資源，為學生個性和創造性的形成提供最好的環境和條件，來滿足學生多樣性發展的需要，形成敢于創新的探索精神。使那些不打算繼續學習物理的人；那些準備繼續學習物理的人；那些進一步學習或就業時需要物理知識背景的人獲得自由多樣而有個性的發展。

培養學生的創新思維，是教師追求的目標。在華盛頓兒童博物館的墻上有一標語：“我聽見了就忘記了，我看見了就記住了，我做過了就理解了”。這給教師認識科學探究、自主學習的本質很大啟迪。

上面簡述了科學探究可從基本程序“形似”和基本精神“神同”兩方面來理解，二者統一在科學探究活動過程中。科學探究活動若要真實反映科學探究的本來面目，就必須模擬科學探究的“形”，滲透科學探究的“神”，做到“形似”又“神同”。

(欄目編輯趙保鋼)