高中物理科學探究教學的現(xiàn)狀及對策

摘 要 針對當前高中物理科學探究教學中出現(xiàn)的“探究的形式化和內(nèi)容的固定化”等現(xiàn)狀，指出其不利于學生科學素養(yǎng)、探索精神、創(chuàng)新意識與實踐能力的持續(xù)發(fā)展。只有將“思維”作為科學探究的“神”，將“新常態(tài)”作為科學探究教學的“魂”，才能走出當前科學探究教學的瓶頸。就當前高中物理科學探究教學的“常態(tài)化、生活化、科學化、多元化、多樣化”等五個對策作一探討。

關(guān)鍵詞 高中物理 科學探究 教學現(xiàn)狀 對策探討

科學探究是新課程改革十余載的一大亮點，而科學探究教學則是新課程從學生發(fā)展的角度提倡的一種新的教學方式。從最初的簡單模仿，過渡到現(xiàn)在的可根據(jù)教學需要讓學生自行確定探究內(nèi)容；從最初純粹圍繞教材上的實驗探究，逐漸增加了圍繞習題和概念而進行的探究；從最初的只局限于新授課的探究，發(fā)展為現(xiàn)在的習題課和復習課都能呈現(xiàn)的探究；從最初的只在課內(nèi)進行的探究，拓展到現(xiàn)在課外開展的豐富多彩的探究：所有這些都無不呈現(xiàn)出科學探究教學的開放性和多元化的良好態(tài)勢。

就當前的高中物理教學而言，科學探究教學雖然已經(jīng)呈現(xiàn)出上述令人欣喜的景象，也被許多物理教師接受，然而這種接受的表現(xiàn)形式，更多的是“從課程與教學論視角將它作為一種教學模式或?qū)W習方式來研究”[1]，這種模式或方式通常包含“提出問題→猜想假設(shè)→設(shè)計實驗→收集數(shù)據(jù)→分析論證→得出結(jié)論→交流評估[2]”等各種要素在內(nèi)的完整過程。由于一堂課的時間有限，加上受教學進度以及高考指揮棒的影響，“重形式、輕實質(zhì)”的假探究現(xiàn)象還普遍存在。具體表現(xiàn)在：有的教師往往是在有人來聽課時才采取探究教學，有的是單純地對已知規(guī)律的驗證和對指定步驟的重復，有的是缺少科學思想的傳遞、科學方法的滲透和科學思維的設(shè)計，呈現(xiàn)出探究教學的形式化和探究內(nèi)容的固定化，它不利于學生的科學素養(yǎng)、探索精神、創(chuàng)新意識與實踐能力的持續(xù)發(fā)展。

筆者認為，只有將“思維”作為科學探究的“神”，將“新常態(tài)”作為科學探究教學的“魂”，才能真正走出科學探究教學的瓶頸。

一、解決瓶頸的出路是探究教學常態(tài)化

要解決當前科學探究教學的瓶頸，其根本出路是探究教學的常態(tài)化。而要真正實現(xiàn)探究教學的常態(tài)化，就必須將對學生思維方式的培養(yǎng)與訓練依托于課堂教學。然而，課堂教學的時間是有限的，我們不可能將科學探究的每一個要素在每一堂課內(nèi)都呈現(xiàn)，但可以將其中的某一個或某幾個要素在課堂內(nèi)進行，或?qū)⑵渲械囊粋€要素進行拆分，化整為零，就可以實現(xiàn)真正意義上的探究教學常態(tài)化。

江蘇常州的化學老師谷瑩瑩對科學探究教學的常態(tài)化作了這樣的描述：在科學探究教學活動中，根據(jù)具體學習內(nèi)容，可以涉及科學探究的一個或者多個要素，進行局部或完整的科學探究活動。這一個或多個要素，可以看成化學的“分子”和“原子”，可以再繼續(xù)拆分或重新組合，形成“新的物質(zhì)”[3]。谷老師所謂的“新物質(zhì)”，意指生成新的知識，而這種新知識是通過常態(tài)化的科學探究教學生成的，這對提高學生的科學素養(yǎng)十分有益。事實上，科學探究的每一個要素或步驟中，都包含著科學術(shù)語、科學知識、科學思想、科學方法。由于這種探究可以是“部分”或“整體”的，也可以是“指導型”或“開放型”的，這就需要把看似有些玄妙的科學探究滲透到常態(tài)化的課堂教學中，根據(jù)具體的教學內(nèi)容，進行局部或完整的探究活動[4]。這就給每堂課進行科學探究教學提供了操作上的可能，即使是章節(jié)的復習課也可以采用科學探究的方式進行。

例如，在復習《超重與失重現(xiàn)象》時，可以探究“人在升降電梯中上行”時電子秤的讀數(shù)變化，如圖1所示。首先測出人靜止站立時的讀數(shù)為58kg；當電梯向上啟動時，電子秤的示數(shù)顯示為65kg；電梯勻速上升時，示數(shù)恢復為58kg；當電梯即將到達設(shè)定樓層時，示數(shù)又變?yōu)?0kg。將上述運動模式和數(shù)據(jù)列成表格，緊緊圍繞問題情景，探究其內(nèi)在聯(lián)系，從中歸納出超重與失重的規(guī)律。這種科學探究過程為復習問題的提出營造氛圍，從中找回對已學知識的新鮮感，讓學生再次在探究過程中構(gòu)建完整的知識體系：“運動→向上加速→視重大于實重→超重”，“運動→向上減速→視重小于實重→失重”，從而收到了較為理想的教學效果。

二、探究常態(tài)化的前提是情境創(chuàng)設(shè)生活化

高中物理新課程標準將“生活走向物理、物理走向社會”作為物理課程改革的新理念，所以情境生活化，是科學探究教學常態(tài)化的前提。只有創(chuàng)設(shè)貼近學生生活的情境，才能使后續(xù)的科學探究更接地氣，才有利于學生逐步將科學探究成為學習習慣，這種習慣既是一種行為習慣，更是一種思維習慣。所以我們在課堂教學中，應(yīng)該重視生活化情境的創(chuàng)設(shè)。

例如，對《力的分解》這節(jié)課，可以作以下兩種情境設(shè)計。

【情境一】上課伊始，教師拿出一個重物，提出問題：放在斜面上的重物可以產(chǎn)生什么效果？如何來驗證這種效果？“斜面上的重物”是一個很生活化的情境，問題一提出，學生都躍躍欲試，并利用教師提供的幾種材料，很快設(shè)計出探究方案。即先在斜面的下端固定一擋板，然后將兩塊比較疏松的厚海綿分別放在斜面和擋板前方，再將重物放置在斜面上，觀察兩塊海綿發(fā)生的變化，如圖2所示。該探究完美地說明放在斜面上的重物分別有垂直于斜面向下和平行于斜面向下作用的兩種效果，為“力可以按照作用效果進行分解”的方法提供實踐依據(jù)。

【情境二】教師為每組同學準備了一個三角支架，如圖3所示，這也是來自于生活，比如陽臺上的晾衣架就是這種結(jié)構(gòu)。這時，教師可以讓學生提出一些值得探究的科學問題，比如：當支架的C端懸掛一重物后，AC，BC桿上分別受到什么方向的力？這種力是怎么產(chǎn)生的？如何來證明這種力的效果？這種生活化的情境以及問題的創(chuàng)設(shè)無疑最大限度地激發(fā)了學生探究的欲望，從而在自主探究過程中進一步體會怎樣將“力按照作用效果進行分解”。

教學情境的創(chuàng)設(shè)是手段，目的是為了引發(fā)思考，進行科學探究，揭示其中的本質(zhì)規(guī)律。但創(chuàng)設(shè)的情境有真假之別，許多教師喜歡播放視頻作為情境引入，雖省時省力，但難免缺乏親身體驗，甚至有虛假之嫌。如果條件許可，應(yīng)多創(chuàng)設(shè)一些源于日常生活的學生實驗或小游戲，這才是引導學生進行真探究最可行的方法。

三、探究質(zhì)態(tài)取決于問題提出科學化

探究始于“問題”，科學探究中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有兩類：一類是科學問題，另一類是生活問題。生活問題往往來自于生活觀察或常識，表現(xiàn)為對觀察結(jié)果的描述前加上一個為什么。由于生活問題僅表達了對現(xiàn)象的好奇、疑惑，缺乏確定性和深刻性，它對科學探究沒有實質(zhì)性意義，也難以成為科學探究的真正起點。要使問題真正成為科學探究的起點，就需要將問題指向已有的知識，將兩者聯(lián)系起來，使問題從現(xiàn)象的描述觸及現(xiàn)象的本質(zhì)；將完全無知的問題轉(zhuǎn)化為具有某種抽象性、滲透一定知識理論的、有所知又有所不知的問題──科學問題[1]。

例如，在上述例子中，要將兩個生活問題指向“力的作用效果”、“平行四邊形定則”、“等效替代”等相關(guān)的知識背景，并將它們聯(lián)系起來，從而將問題轉(zhuǎn)化為諸如“如何判斷力的作用效果”，“物體實際受到的力與分解得到的力是什么關(guān)系，它們遵循什么規(guī)律”等等。顯然這些問題不僅表述了對現(xiàn)象的疑惑，而且還滲透著理論，觸及問題的本質(zhì)，成為有所知又有所不知的問題，這就為科學探究“力的分解”提供了導向。所以，“科學問題”不是以常識眼光提出的無知問題，而是能為科學探究的設(shè)計提供導向的有所知的問題，它產(chǎn)生于以“好奇”、“疑惑”為基礎(chǔ)的思索和追問，其實質(zhì)是“有所知而求知”[1]。因此，科學探究教學的質(zhì)態(tài)取決于問題提出的科學化，這才是科學探究的真正起點。

四、思維是“神”體現(xiàn)在方案設(shè)計多元化

科學探究的核心要素是設(shè)計實驗，其設(shè)計之“神”是思維。其實設(shè)計方案的過程就是彰顯學生思維的過程，由于學生的思維角度不同、實驗器材的選擇不同、對實驗要求的精度不同等原因，會呈現(xiàn)出設(shè)計方案百花齊放的多元化局面。有的探究是定性的，如對“摩擦力的大小與接觸面粗糙程度關(guān)系”的實驗探究，只要確保在相同壓力的條件下，能區(qū)分出不同接觸面的摩擦力是否相等就行。有的則是定量的，如對“測出不同接觸面的動摩擦因素”的實驗探究，就得分別精確測出摩擦力和壓力的大小，并由此計算出接觸面的動摩擦因素。

例如，在探究“決定安培力大小的因素”實驗中，高中物理教材介紹的實驗方案只能是定性的、粗略的，不能準確得出F=BIL這個定量表達式。筆者設(shè)計了圖4所示的實驗，就可以定量探究決定安培力大小的幾個因素。這個實驗圍繞“如何精確測量安培力的大小？怎樣改變電流的大小？如何改變導體棒在磁場中的長度？怎樣改變磁場的強弱？如何描述安培力、電流、磁場這三者方向之間的關(guān)系？”等五個問題進行設(shè)計。本實驗具體的設(shè)計原理、操作方法、以及實驗結(jié)果詳細呈現(xiàn)在本人撰寫的《定量探究影響安培力大小因素的實驗設(shè)計》一文中[5]。在這個實驗設(shè)計中，涉及到體驗法、等效法、觀察法、控制變量法、歸納法、分析法、表格法、圖像法等。

五、探究是“魂”彰顯于過程呈現(xiàn)多樣化

探究過程的多樣化是科學探究的“魂”。有的需要完整的過程，要追問做什么（提出問題）、怎樣做（設(shè)計實驗）、為什么要這樣做（便于收集數(shù)據(jù)）、怎么想到這樣做（為了分析論證）、結(jié)果怎么樣（得出結(jié)論）、是否可靠（交流評價）等。從評價而言，有自評、他評和師評三種途徑。從論證的方法而言，有實驗論證、邏輯推理、數(shù)學歸納、模型建立、反證、圖像、表格等，無不體現(xiàn)探究過程多樣化的特征。正因為如此，科學探究對提高學生的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力都是功不可沒的。

例如，在探究“液體表面張力的方向”時，可以做如圖5所示的實驗。由實驗探究可知，當用燒熱的細針刺破細線一側(cè)的液膜后，細線在另一側(cè)液膜的作用下，被拉向液膜，并使液膜表面積收縮到最小（在本實驗中表現(xiàn)為細線被拉成圓弧）。由此可以得出結(jié)論：液體的表面張力使其表面有收縮的趨勢，表面張力的方向與液面相切，并垂直于分界線指向液面內(nèi)部。最后進行理論升華，其根本原因是因為液體表面層內(nèi)分子間距離較大，宏觀表現(xiàn)為引力所致。這就是利用“實驗論證”進行探究的一種方法。

再比如，探究“點電荷”的概念時，可以通過“質(zhì)點”概念的建立過程進行類比，其思維流程如圖6所示。因為“質(zhì)點”是忽略大小和形狀的實際物體的理想化模型，在研究物體的運動和相互作用時，一般要將實際物體抽象為質(zhì)點。而探究“點電荷”的意義在于研究帶電物體在電、磁場中的運動，及帶電體間的相互作用，這時同樣不能考慮帶電體的大小和形狀，它與質(zhì)點極其相似，可以類比。這就是利用“模型建立”進行類比探究的一種方法。

綜上所述，思維是科學探究之“神”，新常態(tài)是科學探究教學之“魂”。科學探究教學新常態(tài)對策既為學生的科學素養(yǎng)、探索精神、創(chuàng)新意識與實踐能力的持續(xù)發(fā)展提供了保障，也為創(chuàng)新型人才的脫穎而出找到了突破口。

參考文獻

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[2] 中華人民共和國教育部.全日制普通高級中學物理課程標準[M].北京：人民教育出版社，2003.

[3] 谷瑩瑩.科學探究更需常態(tài)化[J].教學月刊，2010（9）.

[4] 李高峰，劉恩山.美國《國家科學教育標準》倡導的科學探究[J].教育科學，2009（10）.

[5] 方紅霞.定量探究影響安培力大小因素的實驗設(shè)計[J].教學月刊，2014（2）.

【責任編輯 郭振玲】