用科學(xué)方法構(gòu)建探究教學(xué)模式

羅秀艷 尹金枝 武文雙 劉立偉

摘要：新一輪課程改革強(qiáng)調(diào)學(xué)生的全面發(fā)展，要求以學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律來(lái)組織教學(xué)。物理教學(xué)需要更加靈活和科學(xué)的教學(xué)方式，如何進(jìn)行探究教學(xué)就成為亟需解決的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)科學(xué)活動(dòng)與教育中探究活動(dòng)的比較，嘗試以科學(xué)方法理論來(lái)構(gòu)建物理探究模式。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；科學(xué)方法；探究

一、科學(xué)中的探究與教學(xué)中的探究

（一）科學(xué)中的探究

一位地質(zhì)學(xué)家在華盛頓州海岸發(fā)現(xiàn)一片死了多年仍直立在地上的西洋杉樹林，同時(shí)在其它州的也發(fā)現(xiàn)了類似的死樹林。他對(duì)這種現(xiàn)象提出疑問(wèn)：是什么導(dǎo)致了大面積樹林死亡呢？

他用14C放射性探測(cè)法測(cè)量發(fā)現(xiàn)它們是死于300年前。由于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)火山沉積物和發(fā)生過(guò)蟲害的跡象，科學(xué)家開始考慮可能是海水的原因。他想到了可能是地震引起的海嘯淹死了樹木。調(diào)查中沉積物里的沙子和化石以及研究潮汐的同行的記錄證明了地質(zhì)學(xué)家的解釋。他進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)去千余年間，在太平洋西北海岸產(chǎn)生巨大海嘯的地震多次發(fā)生。這位地質(zhì)學(xué)家的調(diào)查使政府把對(duì)新建筑物抗震力的設(shè)計(jì)要求提高了50%。

（二）教學(xué)中的探究

格瑞在五年級(jí)任教。秋天，幾個(gè)學(xué)生很興奮的把她拉到窗邊，問(wèn)她為什么并排長(zhǎng)著的三棵樹，一棵葉子掉光了；中間那棵葉子發(fā)黃且參差不齊；第三棵樹葉茂密蒼翠呢？

她請(qǐng)同學(xué)們提出各自的解釋：與光照有關(guān)；太多水的緣故；地下有有毒的物質(zhì)；三棵樹年齡不同；有害蟲。格瑞請(qǐng)把同學(xué)們按照自認(rèn)為正確的解釋分成小組，例如“水組”，“季節(jié)組”，“害蟲組”等，并要求每一組制定計(jì)劃并開展調(diào)查。

在接下來(lái)的三周，各小組開始調(diào)查。首先他們找到了購(gòu)買樹苗的原始單據(jù)，發(fā)現(xiàn)三棵樹苗的樹齡相差無(wú)幾。“害蟲組”沒(méi)有找到可以證明這些樹可能遭受蟲害的證據(jù)。“水組”觀察發(fā)現(xiàn)：沒(méi)有葉子的那棵樹幾乎一直淹在水里；中間那棵有時(shí)被淹；那棵長(zhǎng)滿綠葉的樹周圍地面潮濕，但從來(lái)沒(méi)被淹。格瑞給了大家本小冊(cè)子《栽培健康植物》。學(xué)生讀后明白了當(dāng)植物的根部被水包圍時(shí)，無(wú)法從周圍的空間吸取空氣。

“水組”繼續(xù)工作，發(fā)現(xiàn)樹基一端較低導(dǎo)致了樹根被淹。最終學(xué)校管理員采取了改進(jìn)措施。

（三）二者的比較

科學(xué)中的探究和教育中的探究都經(jīng)歷了同樣的過(guò)程：起因于觀察，產(chǎn)生疑問(wèn)；運(yùn)用知識(shí)形成解釋，并提出新的問(wèn)題；利用他人的成果支持自己的解釋；發(fā)表自己的調(diào)查結(jié)果，最后是結(jié)果產(chǎn)生的影響。它們同樣是復(fù)雜的學(xué)習(xí)活動(dòng)，需要明確假設(shè)、運(yùn)用批判性思維和邏輯思維、考慮各種可能的解釋。由此我們可以認(rèn)為探究教學(xué)是一種模擬科學(xué)活動(dòng)過(guò)程的教學(xué)。

二、理論基礎(chǔ)

（一）教學(xué)模式

教學(xué)模式是依據(jù)教育思想和教學(xué)規(guī)律而形成的在教學(xué)過(guò)程中比較穩(wěn)固的教學(xué)程序及其方法的策略體系。教學(xué)模式通常包含以下五個(gè)因素：理論基礎(chǔ)；教學(xué)目標(biāo)；操作程序；實(shí)現(xiàn)條件（手段和策略）；評(píng)價(jià)。由于我們認(rèn)為探究教學(xué)是一種模擬科學(xué)活動(dòng)過(guò)程的教學(xué)，可以考慮用科學(xué)方法論來(lái)構(gòu)建探究教學(xué)模式。

（二）方法論

方法論是關(guān)于認(rèn)識(shí)世界和改造世界的方法的理論，研究某一具體學(xué)科，涉及某一具體領(lǐng)域的方法理論是具體科學(xué)方法論。這些方法可以歸納為兩類，即假說(shuō)的方法和模型的方法。

假說(shuō)方法：許多事物、現(xiàn)象、規(guī)律和原因無(wú)法直接獲得，人們根據(jù)已知的科學(xué)規(guī)律和科學(xué)事實(shí)提出一種推測(cè)性、嘗試性的說(shuō)明。這種說(shuō)明就是假說(shuō)，假說(shuō)只有被事實(shí)檢驗(yàn)后才能成為理論。用假說(shuō)方法的過(guò)程：?jiǎn)栴}—提出假說(shuō)—檢驗(yàn)假說(shuō)—形成該問(wèn)題的科學(xué)理論。

模型方法：許多事物不便于直接研究或無(wú)法直接研究，人們根據(jù)事物之間的相似性進(jìn)行理想化處理，找到可以方便研究或近似研究的替代物，然后根據(jù)替代物的研究情況，得到對(duì)事物原型的認(rèn)識(shí)。模型方法表示為：原型事物—建立模型—運(yùn)用模型—檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀纬蓪?duì)事物的認(rèn)識(shí)。

三、案例

將牛頓的假說(shuō)—演繹方法運(yùn)用到教學(xué)中，就形成了假說(shuō)—演繹的探究模式：

問(wèn)題—收集事實(shí)—形成假說(shuō)—推論—檢驗(yàn)推論—結(jié)論

提出要研究的課題；通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察收集有關(guān)實(shí)例；歸納形成假說(shuō)；從假說(shuō)出發(fā)，得到推論或預(yù)測(cè)；實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

應(yīng)用案例：探究“壓力的作用效果”

提出問(wèn)題：壓力產(chǎn)生的效果與那些因素有關(guān)？

讓學(xué)生利用鉛筆、橡皮泥等器材做實(shí)驗(yàn)，回憶日常提重物、背書包等現(xiàn)象。對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析、歸納，形成假說(shuō)：壓力越大，受力面積越小，壓力的效果越大。

由上述假說(shuō)，推斷出可能有如下的現(xiàn)象發(fā)生：將木桌倒過(guò)來(lái)面朝下放在沙子上，木桌下陷的深度將變小。裝訂本子時(shí)，錐子要用較大的力才能扎透厚紙。蓋高樓時(shí)，必須要有寬大的地基，否則將會(huì)樓梯下陷。

利用實(shí)驗(yàn)室的器材進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)上述推論的正確性：在小木板上釘四個(gè)長(zhǎng)釘當(dāng)作腿充當(dāng)木桌，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。用圖釘代替錐子實(shí)驗(yàn)。用磚頭當(dāng)做高樓、木板當(dāng)做地基、沙子當(dāng)做地面進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)……

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與推論預(yù)測(cè)的現(xiàn)象完全一致，證明了假說(shuō)的正確性。最終得出結(jié)論：壓力產(chǎn)生的效果與壓力、受力面積有關(guān)。壓力越大、受力面積越小，壓力的效果越明顯。

通過(guò)對(duì)科學(xué)方法論構(gòu)建的探究教學(xué)模式還需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。同時(shí)我們還應(yīng)該注意教學(xué)模式的局限性，就像物理規(guī)律是在一定的條件下得出的規(guī)律，其必有一定的局限性。而教學(xué)模式不能孤立、僵硬的使用，要針對(duì)使用條件，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容與教育對(duì)象，對(duì)各種教學(xué)模式進(jìn)行有針對(duì)性的組合。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅星凱，張琴美等譯.科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)—教育學(xué)的指南[M].北京：科學(xué)普及出版社，2004.

（作者單位：河北聯(lián)合大學(xué)遷安學(xué)院）