物理教学中进行科学探究的实践与反思

孙 萍

(山东省青岛第二中学,山东青岛 266001)

物理学从它早期萌芽到近现代的发展,都以其丰富的、充满哲理的方法论和世界观等影响着人们的思想观点和方法.与此相应,在物理学习过程中,学生通过经历与物理学家相同或相似的探究过程,对学生掌握科学的本质,提高科学素养具有极其重要的作用.因此,近几年来,在物理课堂教学过程中,让学生学会学习,掌握用质疑和探究的方法去发现问题和解决问题,既是物理课程标准对物理教学的要求,也是广大物理教师的追求.物理教师在深入研究、探索科学探究的策略,取得显著成效的过程中,不仅提高了教学的有效性,而且促进了教师智慧的提升.

1 物理教学中实施科学探究的策略

在近几年的物理教学实践中,笔者研究和实施了以下科学探究的3项策略,取得了令人满意的效果.

1.1 优化情境设计,引导学生发现问题

爱因斯坦认为:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要,因为解决问题也许仅是数学上的或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去看旧的问题,却需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步”.这说明在科学研究过程中,如果不能发现问题、不能提出问题,科学研究便无从谈起,更别说什么创新发明了.

既然科学始于问题,问题源于发现,发现源于情境,所以说,科学探究的7个要素中的“提出问题”是首要要素.因此,为学生创设丰富真实的物理情境,组织引导学生认真观察,对学生大脑产生刺激,引发认知冲突,从而引导学生发现问题并提出问题是科学探究的灵魂,也是成功进行科学探究的前提.

在物理教学过程中,演示实验、小故事、科学史实、新闻报道、实物、模型和影像资料等等,都可以用于创设学习情境.

在物理教学过程中,优化情境设计,引导学生发现问题需要做到两点:(1)在创设物理学习情境时,应力求真实、生动、直观而又富于启发性.(2)处于教学活动主导地位的教师要充分认识到,对学生提出问题能力的培养,是课堂教学不可缺少的一环.

1.2 优化问题设计,激发学生积极思考

学生在学习过程中必然会遇到许多认知问题,这些问题交织在一起,成为学生探究的心理动力和探究式课堂教学的契机.中学生有很强的求知欲,时常表现为思想上的困惑和疑问,正是这些思想和认知问题驱动学生去追求知识、探索真理.教师通过挖掘教材,以问题为契机,精心设计,释疑解惑,帮助学生完成探究知识目标.物理教学过程中设计的问题应具备以下特点:

(1)趣味性.提出的问题科学、灰谐而不庸俗,能激发学生科学探究的兴趣.

(2)探究性.提出的问题具有适当难度,并且符合目标要求,具有科学探究的价值.适当难度是指学生在独立思考的基础上经过科学探究能得到较为合理的结果.

(3)开放性.问题的结果尽可能不是唯一的,让学生在教师的点拨和相互交流中得到启迪,在科学探究过程中拓展思维空间,引导学生发散思维,提高思维素质.

(4)层次性.问题的探究体现在操作上具有多层次性,并且每一步在张扬学生个性的基础上能激发不同知识程度和学习意向学生的积极参与,并能在不同的程度上获得成功的体验.

案例1.“全反射”一节教学的3种引入

方法1:理论引入.教师提出问题“一束光从玻璃斜射到空气,若已知玻璃的折射率为1.5,入射角为 45°,求此时的折射角多大?”学生很容易由折射率定律求得:折射角的正弦值大于1.这显然不合理,问题出在哪里?在学生的思考中引出课题.这样提出的问题具有探究性.

方法2:实验引入.将一个烤黑的钢球放入盛有清水的烧杯中,让学生观察现象,谈自己的看法,从而引出课题.这样提出的问题具有开放性.

方法3:视频引入.利用多媒体播放录像,让学生观看由全反射形成的自然现象——海市蜃楼等,激发兴趣,引出课题.这样提出的问题具有趣味性.

1.3 优化教学设计,引导学生进行有效的科学探究

任何一个概念、定理、定律都经历着由感性到理性的抽象概括过程.对教师来说,挖掘课堂上有效的探究元素,引导学生的思考方向,让学生运用自己的智慧去体验、揣摩、去发现,参与物理概念的形成、规律的揭示过程,是探究式教学的关键.只有学生亲自参与探究过程,才能领悟知识形成过程中所蕴涵的思想方法,使学生不但知其然,而且知其所以然.

1.3.1 把握探究关键,精简探究活动,避免无效环节

一堂优质高效的科学探究课需要时间做保障,这正是有效进行科学探究课的矛盾所在.因此,实施探究式教学需要教师对课堂教学进行优化,把握探究关键.这就需要我们优化课堂结构,优化课堂环境,优化课堂语言,优化教学内容,优化教学方法和优化教学手段,实现了教学的“六优化”就可保证探究教学有效实施,这需要教师的深入研究和探索.

1.3.2 循序渐进,层层探究,注重过程体验

科学探究应遵循由易到难的原则,逐步加大探究力度.科学探究应贯穿在整个教学过程中,但也要紧密结合教学内容,注重科学探究的实效性.一节课的教学内容是否适合于引导学生开展科学探究活动,应结合物理课程标准的具体要求进行综合考虑,科学探究要突出提出问题和解决问题的方法,不要过分地追求和强调科学探究的形式,应高度关注学生的学习过程和活动方式.

开展科学探究要注重过程,注重学生在动手动脑和合作交流中综合素质的提高,所以要有足够的时间给学生进行要点归纳和方法总结,草草收兵没有实效.探究过程应该在教师的引导下,学生自己完成.特别是,在实验探究过程中,为了让学生经历实验探究的过程,教师应该要求学生自己选择实验方法,设计探究实验方案.

案例2.电阻定律教学中的实验探究

第1步:提出问题

电阻是电路中的重要元件,你了解哪些种类的电阻?电阻反映了导体对电流的阻碍作用,导体的这种阻碍作用的大小可能与哪些因素有关呢?

学生可能的猜想:导体长度,粗细,材料,温度……

第2步:设计实验方案

启发学生思考得出:探究多个变量之间的关系时,采用控制变量法.(1)相同材料,S一定,改变L,测R,寻求 R随L变化规律;(2)相同材料,L一定,改变 S,测 R,寻求R随S变化规律;(3)不同材料,L和S均相同,测 R,判断材料对R的影响;(4)材料,L和S均相同,改变温度,测R,判断温度对R的影响.

进行实验,收集数据;分析论证,得出结论;应用结论解释实际问题的过程(省略).

1.3.3 灵活多变,注重知识的再创造

有效的探究教学没有固定的模式,只有通过认真揣摩教材中的每一个教学内容要达到的教学效果,对教学内容进行必要的重组、整合和拓展,从中提炼出开放性教学的基本素材,才能把教材变成学材.

在探究式教学中还可以充分利用多媒体教学,为学生提供生动逼真的问题情境,让学生的视觉、听觉等多路感官系统同时接收信息,使许多抽象和难以理解的教学内容变得有声有色,寓教于乐,促使学生主动地去探究.

2 对物理教学实施科学探究过程中部分问题的反思

新中国成立以来的第8次基础教育课程改革中,从政府部门到课程专家,都倡导在物理教学中实施科学探究,但是不少人对科学探究存在不恰当的认识,在实施过程中也发现了不少的问题,对这些问题进行反思,可以使科学探究进行得更合理,发挥的作用更大.

2.1 科学探究不是万能的和唯一的学习方式

不少人对科学探究寄予了过高的期望,似乎科学探究是万能的,只要采用了科学探究就可以解决物理教学中的所有问题.事实上,探究教学不是万能的,科学探究作为一种学习方式,有它的优点和局限性,它的实施需要一定的条件支撑.因此,在教学中,不是所有的课都要探究,要根据不同的教学对象和教学内容,灵活地选择最能有效实现教学目标的学习方式.实际上,有意义的接受式学习,由于具有高效的特征,也是必须采用的学习方法.

2.2 科学探究不能模式化

科学探究的过程包含提出问题、提出猜想或假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集有关证据、分析论证、得出结论等7个要素.但并不是所有的科学探究活动都要经历7个要素,并且这些要素在科学探究过程中的顺序也不是一成不变的.因此,在物理教学设计中,应该认真分析教学内容本身的特点,看需要突出哪些要素,然后依据内容特点设计科学探究的程序.

2.3 不能以教师的探究代替学生的探究

科学探究是一种学习方式,毫无疑问,学生是科学探究的主体.但在教学实践中,经常可以看到教师控制着科学探究的进程.有的以教师的科学探究代替学生的科学探究,有的要求学生亦步亦趋地跟着教师进行所谓的“科学探究”,甚至不允许学生在探究过程中出现错误.实际上,科学探究是学生的尝试过程,在这一过程中,学生有错误是正常的,从错误中学习也是科学探究的一方面.

2.4 科学探究不一定是实验探究

前已述及,科学探究的问题应该具备开放性的特点,并且,物理学习中的很多问题都需要学生动手做实验,但是并不是一定要动手做实验才算科学探究.“动手做实验”的科学探究,不是获得科学探究的唯一方式,其他如查阅书本、报刊杂志、因特网等上面的信息,以及个人亲自参加会议和进行调查研究,都可作为科学探究的内容与方式.因为,在科学探究教学中,主要是培养学生应用科学探究学习的意识和能力.

由此看出,物理教师应该对科学探究这种学习方式正确理解.“作为科学家解决科学问题的科学探究,在科学教学中有不同含义,对教学实践也有不同意义.作为教学目标,指学生所要掌握的科学探究技能,要理解的科学探究特性,它对教学起定向、激励和标准作用;作为教学原则,指用问题激发学生积极探究未知,主动建构知识的基本要求,它对教学起指导作用;作为教学方法,指学生在教师指导下所采用的类似科学探究的学习方式或程序,它有条件地直接运用于具体教学情境之中”.作为物理教师要认识到,学生科学探究的热情和潜力是巨大的,关键是教师如何引导.使科学探究的思想和方法贯穿于我们的每一堂物理课中,让学生参与物理概念的提炼过程,有效地构建知识体系,使学生的思维和活动经常处在科学探究的氛围中,才能实现新课程中提出的“科学探究”的教学目标,使学生在科学探究的过程中学习科学探究,提高对科学探究的认识和科学探究能力,养成科学探究习惯,进而提高科学探究的素养.

1 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验).北京:人民教育出版社,2003.

2 刘力.新课程理念下的物理教学论.北京:科学出版社,2007.

3 徐学福.科学教学中的“探究”释义.教育科学,2006,22(2).