物理探究性學(xué)習(xí)的引導(dǎo)策略

張步新

摘 要：在物理課程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，既與課程中知識(shí)與方法體系的形成或建構(gòu)過(guò)程相適應(yīng)，又能很好地貫徹與落實(shí)新課程倡導(dǎo)的三維目標(biāo)。提出問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析與論證這三個(gè)環(huán)節(jié)是蘊(yùn)含著學(xué)生活力思維的環(huán)節(jié)，也是探究性學(xué)習(xí)能否獲得高效的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：探究性學(xué)習(xí)；策略；引導(dǎo)提問(wèn)；重視設(shè)計(jì)；促進(jìn)建構(gòu)

物理課程在其知識(shí)與方法體系的形成或建構(gòu)方面，既是科學(xué)探究過(guò)程活動(dòng)的簡(jiǎn)約模擬，又是與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律相適應(yīng)的科學(xué)呈現(xiàn)。探究性學(xué)習(xí)，指學(xué)生在學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)或現(xiàn)實(shí)生活情境中選取某個(gè)問(wèn)題作為起點(diǎn)，通過(guò)質(zhì)疑與猜想、調(diào)查與實(shí)驗(yàn)、分析與論證、表達(dá)與交流等學(xué)習(xí)活動(dòng)，以獲得知識(shí)與形成技能的同時(shí)獲得相應(yīng)的過(guò)程與經(jīng)歷體驗(yàn) [1 ]。在物理課程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，既與課程中知識(shí)與方法體系的形成或建構(gòu)過(guò)程相適應(yīng)，又能很好地貫徹與落實(shí)新課程倡導(dǎo)的三維目標(biāo)。本文就物理課程探究性學(xué)習(xí)的引導(dǎo)策略，談?wù)剛€(gè)人的實(shí)踐與體會(huì)。

1 引導(dǎo)提問(wèn)策略

提出問(wèn)題，它是科學(xué)探究的起步，也是探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的開始。德國(guó)物理學(xué)家海森堡認(rèn)為：“提出正確的問(wèn)題，往往等于解決了問(wèn)題的大半 [2 ]”。愛因斯坦也指出：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，因?yàn)榻鉀Q問(wèn)題也許僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已。而提出新的問(wèn)題新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，都需要有創(chuàng)造性的想像力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步 [3 ]。”能否提出問(wèn)題，體現(xiàn)著人們?cè)趯?duì)事物觀察方面的敏銳洞察力，能否提出具有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，體現(xiàn)著人們對(duì)事物思考的深刻分析力，而這種敏銳的洞察力與深刻的分析力正是創(chuàng)造性人才所具備的特有能力素質(zhì)。然而在實(shí)際的教學(xué)中，絕大多數(shù)教師都是以自己提出問(wèn)題來(lái)作為引導(dǎo)學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)的起步，雖然有助于推進(jìn)探究性學(xué)習(xí)進(jìn)程從而提高課堂學(xué)習(xí)效率，但錯(cuò)失了訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題的契機(jī)。這種忽視創(chuàng)造力培養(yǎng)的教學(xué)行為主要源于教師注重追求知識(shí)與技能目標(biāo)，這也正是本文強(qiáng)調(diào)物理教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題的理由所在。

探究性學(xué)習(xí)中的引導(dǎo)提問(wèn)活動(dòng)，首先在于教師善于創(chuàng)設(shè)有助于促進(jìn)學(xué)生提出問(wèn)題的情境，或讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，或引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。如“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力”問(wèn)題，為引導(dǎo)學(xué)生提出有關(guān)問(wèn)題，教學(xué)中就可以創(chuàng)設(shè)如下的演示實(shí)驗(yàn)情境：馬蹄形磁鐵中間所形成的磁場(chǎng)方向豎直向下，將一段可以自由擺動(dòng)的通電直導(dǎo)體水平放置在磁場(chǎng)中，分別演示下面三種現(xiàn)象讓學(xué)生觀察：（1）改變直導(dǎo)體的指向，或正東，或正北，或東偏北，等等；（2）改變電流的方向；（3）改變馬蹄形磁鐵的放置，讓磁場(chǎng)方向與直導(dǎo)體平行。在此基礎(chǔ)上再要求學(xué)生提出與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)的問(wèn)題。依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生可能提出如下問(wèn)題：①為什么通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用？②為什么磁場(chǎng)方向與電流方向平行時(shí)則沒有作用力？③為什么磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體的作用力方向會(huì)垂直于導(dǎo)體？④磁場(chǎng)力、磁場(chǎng)方向、電流方向這三者之間具有怎樣的關(guān)系？……等等，在上面問(wèn)題中，問(wèn)題②屬于學(xué)生在認(rèn)知沖突方面的問(wèn)題，因?yàn)閷W(xué)生對(duì)力作用的認(rèn)識(shí)，幾乎都是以推、拉、壓、吸等表象來(lái)認(rèn)識(shí)力的縱向作用，而磁場(chǎng)方向與電流方向平行，類似于縱向形式，而這種縱向形式為什么不具有力的作用呢？其它問(wèn)題均屬于學(xué)生在觀察中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。問(wèn)題情境是學(xué)生提問(wèn)的基礎(chǔ)或依據(jù)，離開了問(wèn)題情境，學(xué)生的提問(wèn)就是“無(wú)源之水”。其次在于交給學(xué)生有關(guān)提問(wèn)的思維方法，或由此及彼的聯(lián)想，或由表及里的分析，或追根尋源的思考。如對(duì)于“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，若提出“兩通電導(dǎo)體是否有力的作用”問(wèn)題就是由此及彼的聯(lián)想，若提出“是否屬于磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)的作用”問(wèn)題就是由表及里的分析，而提出“是否屬于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用問(wèn)題”就是追根尋源的思考。

2 重視設(shè)計(jì)策略

解決問(wèn)題是探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中的重要方面，它不僅是學(xué)生獲取知識(shí)與技能的必要過(guò)程，而且又是學(xué)生經(jīng)歷探究而獲得相應(yīng)情感體驗(yàn)的重要過(guò)程。在探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，解決問(wèn)題的重點(diǎn)就是形成解決問(wèn)題的思路與方法，用探究性學(xué)習(xí)程序環(huán)節(jié)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，那就是“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃”。所謂“重視設(shè)計(jì)”，就是指重視學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和對(duì)探究計(jì)劃的制定。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃是探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，它不僅要求學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的貫通性運(yùn)用，而且其中還蘊(yùn)含著學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的靈活運(yùn)用和學(xué)生的創(chuàng)造性思維與智慧。如“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)”，它可以有多種測(cè)定方法：（1）設(shè)計(jì)含有安培表、伏特表、滑動(dòng)變阻器的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)量原理為E=U+Ir；（2）設(shè)計(jì)含有安培表和變阻箱的實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)驗(yàn)原理為E=IR+Ir。（3）設(shè)計(jì)含有伏特表和變阻箱的實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)驗(yàn)原理為。關(guān)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，可以用解方程組的分析方法，也可以用圖像分析法。上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，足以體現(xiàn)電學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)分析方法在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中的綜合性運(yùn)用或靈活性運(yùn)用。在針對(duì)盡可能減小測(cè)量誤差方面，設(shè)計(jì)者既要分析安培表與伏特表內(nèi)阻大小對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，又要顧及變阻箱或變阻器的阻值要求，還要考慮安培表是否內(nèi)外接的問(wèn)題。尤其對(duì)圖象法在分析與處理數(shù)據(jù)方面的優(yōu)越性方面，設(shè)計(jì)者會(huì)有更多更深層次的分析與思考。顯然，如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面有著上述各方面的分析與思考，那么這何以不是一種創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過(guò)程？何以不是體現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變通性思維與智慧？

重視設(shè)計(jì)策略，具體指把探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與制定計(jì)劃”活動(dòng)的主體權(quán)交給學(xué)生，尤其是那些較難或較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，更要放手讓學(xué)生去設(shè)計(jì)。當(dāng)然，由于知識(shí)與方法以及思維能力等諸多方面的欠缺，學(xué)生自然會(huì)遇到困難或障礙，對(duì)此，教師要給予必要的啟發(fā)或引導(dǎo)，但設(shè)計(jì)的主體權(quán)還應(yīng)歸還給學(xué)生。如探究“決定平行板電容器電容大小的因素”實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)確實(shí)有困難，對(duì)此，教師可以先結(jié)合水容器來(lái)提出以下問(wèn)題：①圓柱形水容器的水容量由哪些因素決定？②平行板電容器的電容量應(yīng)該由哪些因素決定？當(dāng)學(xué)生提出 “電容器電容量可能與平行板的相對(duì)面積S與相對(duì)距離d有關(guān)”的猜想后，教師就可以提出如下問(wèn)題：③依據(jù)C=，如果保持電量Q不變，若電容C變化是否會(huì)引起兩板間的電勢(shì)差U發(fā)生變化？④如何測(cè)定兩板間的電勢(shì)差？⑤保持電量Q不變，如果平行板的相對(duì)面積S或相對(duì)距離d發(fā)生變化，兩板間的電勢(shì)差U是否會(huì)發(fā)生變化？可以想象，通過(guò)這樣的啟發(fā)或引導(dǎo)，大多數(shù)學(xué)生都能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究方案。當(dāng)然，對(duì)于研究電容器電容與電介質(zhì)的關(guān)系，通常學(xué)生難以想到，同時(shí)對(duì)電介質(zhì)為什么會(huì)影響電容量的問(wèn)題也難以理解，因此，教師可以做必要的講解，也正是教師的講解引導(dǎo)之處。

3 促進(jìn)建構(gòu)策略

主動(dòng)性與自主性是探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)重要特征。主動(dòng)性，指學(xué)生主動(dòng)地參與與探究性學(xué)習(xí)有關(guān)的各種活動(dòng)，而自主性是指學(xué)生對(duì)知識(shí)與技能的獲取是自主建構(gòu)。所謂自主建構(gòu)，指學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程是自主地發(fā)現(xiàn)或自主地生成，而不是外部力量模塑而成的。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：任何知識(shí)學(xué)習(xí)都是一個(gè)積極主動(dòng)的建構(gòu)過(guò)程，學(xué)習(xí)者不是被動(dòng)地接受外在信息，而是主動(dòng)地根據(jù)先前認(rèn)知結(jié)構(gòu)注意和有選擇性的知覺外在信息，以建構(gòu)對(duì)當(dāng)前事物的認(rèn)識(shí) [4 ]。自主建構(gòu)具體表現(xiàn)有如下兩種形式：一是學(xué)習(xí)者以已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)來(lái)認(rèn)知當(dāng)前的事物，從而豐富并完善原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如認(rèn)識(shí)“帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)”，就是運(yùn)用已有的牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)來(lái)進(jìn)行分析，從而認(rèn)識(shí)“垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”是一種類平拋運(yùn)動(dòng)，并且能將“帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”自主地納入原有的平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)與方法結(jié)構(gòu)。二是在運(yùn)用原有知識(shí)與方法的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題而形成新認(rèn)識(shí)或新概念。如分析如下問(wèn)題：電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電力線由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的距離為d，電場(chǎng)力做功為W=qEd，電勢(shì)能的改變?yōu)镋B-EA= -W，若令EB=0，那么EA=qEd，若學(xué)生發(fā)現(xiàn)EA/q的比值為Ed，它對(duì)于某一勻強(qiáng)電場(chǎng)的某一位置是一個(gè)常量，從而發(fā)現(xiàn)比值EA/q可以表示電場(chǎng)能的性質(zhì)，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了“電勢(shì)”概念，這種概念的形成過(guò)程就是自主建構(gòu)。所謂促進(jìn)建構(gòu)策略，就是指促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)自主建構(gòu)的教學(xué)計(jì)劃或方案。

促進(jìn)學(xué)生的自主建構(gòu)，首先在于教師創(chuàng)設(shè)有助于促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)的感知情境。如探究電場(chǎng)線與等勢(shì)面的關(guān)系與區(qū)別，教學(xué)中就可以用多媒體課件展示單個(gè)點(diǎn)電荷、電量相等的兩同種點(diǎn)電荷、電量相等的兩異種點(diǎn)電荷等多種帶電體周圍的電場(chǎng)線與等勢(shì)面圖形，然后讓學(xué)生說(shuō)出自己的認(rèn)識(shí)或理解，如果能說(shuō)出“電場(chǎng)線與等勢(shì)面相互垂直”、“電場(chǎng)線越密等勢(shì)面也越密”、“正電荷沿電力線移動(dòng)電場(chǎng)力做正功”、“電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)電場(chǎng)力不做功”、“電勢(shì)沿電場(chǎng)線方向逐漸降低”、“電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)力的性質(zhì)”、“電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)”，等等，那么這就是學(xué)生很好的自主認(rèn)知建構(gòu)。其次在于教師創(chuàng)設(shè)有助于促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)的問(wèn)題情境。如“電動(dòng)勢(shì)”概念的建構(gòu)，教學(xué)中可以先展示含有電池、開關(guān)、小燈泡三者串聯(lián)的簡(jiǎn)單電路，并演示開關(guān)閉合后小燈泡發(fā)光現(xiàn)象，然后提出下面系列問(wèn)題：①開關(guān)閉合后，小燈泡發(fā)光。在外電路中，正電荷移動(dòng)的方向怎樣？電場(chǎng)力是否做功？②在內(nèi)電路中，正電荷移動(dòng)的方向又怎樣？電場(chǎng)力做正功還是負(fù)功？是什么因素克服電場(chǎng)力做功？③你能引進(jìn)什么物理量來(lái)描述電源這種克服電場(chǎng)力做功本領(lǐng)的大小？“電動(dòng)勢(shì)”是學(xué)生難于理解的概念，但通過(guò)對(duì)上述系列問(wèn)題的思考，學(xué)生就能從“克服電場(chǎng)力做功”這個(gè)本質(zhì)的內(nèi)涵來(lái)建構(gòu)有關(guān)概念。雖然學(xué)生難以想到“電動(dòng)勢(shì)”這個(gè)名詞，但只要能提出任意一個(gè)名詞，都是難能可貴的建構(gòu)。如果學(xué)生能依據(jù)W=QU說(shuō)出“電動(dòng)勢(shì)”的意義，那么這何以不是一種具有科學(xué)意義的自主建構(gòu)呢？即使學(xué)生說(shuō)不出，但只要從“克服電場(chǎng)力做功”這個(gè)角度去思考問(wèn)題，那么它就會(huì)離自主建構(gòu)目標(biāo)越來(lái)越近，教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)的作用就體現(xiàn)在這里。

自主建構(gòu)還包括通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究而對(duì)物理定理與定律 的分析與論證或概括與歸納，這方面大家很熟悉，故在此不再闡述。

物理探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)通常包括提出問(wèn)題、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等多個(gè)環(huán)節(jié)，本文僅是針對(duì)提出問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析與論證這三個(gè)環(huán)節(jié)提出了教學(xué)中的引導(dǎo)策略。這三個(gè)環(huán)節(jié)是蘊(yùn)含著學(xué)生活力思維的環(huán)節(jié)，也是探究性學(xué)習(xí)能否獲得高效的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，這就是本文僅提出三個(gè)引導(dǎo)策略的原因所在。

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