物理师范生探究式教学能力培养体系的构建

摘要：针对目前师资培训非常零碎的现状，有必要开展探究式教学的系统培训，而师范生则是恰当的培养对象。本文根据新课程的要求，构建了包括培养目标、制度保证、激励措施、案例分析、实验支持和教学设计在内的探究式教学培养体系，且已在实践中取得一系列成效。

关键词：师范生；科学探究；培养体系

中图分类号：G652文献标识码：A文章编号：1671-0568（2012）11-0076-04

一、构建物理师范生探究式教学能力培养体系的必要性

1.课程标准把科学探究定位为学生的学习方式和学习内容

简单地说，就是要求学生能模拟科学家的研究活动从而掌握科学研究方法和获取科学知识。师范生将来要成为为中学教师，首先就要具有科学探究的经历和经验，具备科学探究能力，同时还要能够设计并组织实施探究式教学。目前的情况是，由于绝大多数教师以前都没有接触过科学探究，致使其成为新课程的热点和难点。教育主管部门利用节假日对在职教师开展新课程培训，有一定的成效，但显得非常零碎。笔者进行多次访谈和问卷调查表明，中学的科学探究不尽如人意，主要是教师忙于应试没花时间去钻研，或者对科学探究产生片面的理解，或者也发现了存在的问题但无法突破。很多教师认为，每一节课都要探究；每次探究必须包含探究的七个要素；“探究太费时间”，效率低，等等。这些误区的存在，已经严重妨碍了新课程的推进，科学探究呼唤更加系统、特别是针对师范生的培训。

2.师范生探究式教学系统培训的最佳对象

师范生目前的主要任务是学习，而学习的内容由学校根据社会的需求来确定的。他们同时也是准教师，即将担负起培养中学生科学探究能力的重任，自身迫切需要提高科学探究能力。查閱核心期刊，可见数篇论文对此做出过研究，有些则专门探讨了高师理科生的培养问题，其主要的观点是通过实验来培养科学探究能力，是一个有益的尝试。[1]但是这种培养方式还只是针对师范生个人探究能力，或者是基于获得科学研究素养的基本训练。作为未来的教师，还应该思考如何把自己的科研能力转化成中学生的探究能力。有专家采用实证的方法对物理专业学生进行了前测，认为传统的方法对培养科学探究的某些能力是有用的，但学生在控制变量、实验设计和表达过程和结果方面比较弱，“清楚的表达过程和结果本身就是科学探究所要求的交流能力，因此要提高学生的交流能力，归根到底是要让学生多经历探究，并明确要求和指导学生如何表达过程和结果。”[2]这些结论要求高校为培养师范生科学探究能力多做一些努力，弥补传统教学的不足。笔者基于多年对科学探究的研究和实践，拟建立起师范生探究式教学能力的培养体系，不仅促使师范生自己研究物理问题的能力有所提高，而且还要使他们学会探究式教学设计，以便于今后在中学开展科学探究。

二、以课程标准为依据结合师范特点的制定培养目标

为新课程培养师资，课程标准是最重要的依据。物理课程标准制定的培养目标包括：保持对自然界的好奇，发展对科学的探索兴趣，在了解和认识自然的过程中有满足感及兴奋感；经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参与和科学技术有关的社会活动，在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识，这也是素质教育的重要体现。培养高素质的学生需要高素质的教师，所以师范生也应该具有相关的素质和能力。本体系结合已有的研究和师范生的特点，制定了如下培养目标：培养师范生对新课程改革的兴趣和信心；掌握科学研究的基本方法，特别是控制变量的方法；具备初步科学研究能力，特别是使用常见工具、利用常见仪器进行实验研究的能力；乐于动手动脑开展科学探索活动；能清晰表述自己的研究过程和结果；掌握科学探究的基本特征，了解中学实施科学探究中存在的误区和难点，并能掌握和采取相应的策略，能够在中学有效实施探究式教学。

三、课程教学大纲是体系的制度保证

教学大纲是体现国家和学校对学生学习要求的官方文件。2008年广州大学（以下简称“我校”）修订了包括师范类课程在内的所有课程教学大纲，明确规定了师范生必须掌握科学探究能力和开展探究式教学的能力，规定了学时和相关的要求，涉及到中学物理教学法、中学物理实验研究等师范类课程，从制度上保证了探究式教学能力的培养具有合法的地位和足够的时间，形成了对学生学业的基本要求。同时，也是对教师和相关部门如实验室的一个有力的约束。

四、以教育心理学为指导采取多种激励措施

1.科学探究离不开激励

探究非常强调学习者的积极性和主动性。早年美国教育心理学家桑代克就提出过准备律：如果学习者已经做好准备，就给予传导，学习者就满意；如果已经准备而不给于或者没有准备就给予都会带来烦恼。因此，在中学开展探究式教学的第一个环节就是“创设情境”。要求教学情境应该对学生有吸引力，能激发学生的求知欲和好奇心，从而积极思考，自主探究，自我发现。没有学生的主动参与，科学探究是无法开展的。这一环节对于师范生也是十分重要的，良好的学习状态是科学探究能力培养成功的前提条件。有调查表明，学生的学习兴趣随着年龄的增加呈下降趋势。科学探究是对陌生事物的一种探索活动，其间遇到挫折和失败是非常正常的现象。短暂的失败不会造成太大的负面情绪，但经常出现的挫折则有可能打击学生的自信心，降低自我效能，产生习得性无助感，从而失去对科学探究的热情。[1]

2.用教师的热情唤醒学生的热情

教师上课前要充分熟悉教学内容，避免上课时因考虑教学内容而忽视与学生的交流。互动是非常重要的。教师应该不时地走到学生中间，看着学生讲课，说话的语气应该亲切自然，以平等的态度与学生沟通。要记住学生的名字，点名回答问题，让学生感觉到自己是受教师关注的，从而产生爱屋及乌的效果。应该鼓励学生积极思考、发表意见和参与讨论，用欣赏的眼光看待师范生，寻找他们的优点及时加以表扬。教师应在课堂上科学地传授知识，如果教师自己热爱生活，热爱大自然，热爱科学，那么也会潜移默化地影响师范生，为他们树立良好的榜样。一个情绪低落的人装出一副快乐的样子，不久他就会快乐起来，这就是“心理暗示”的奇妙作用。由此可见，培养学生的探究式教学能力的教师，自己也应是非常快乐的。面对以后也将走上讲台的师范生，如果教师在课堂上牢骚满腹，势必影响师范生对教师职业的怀疑，更不用说学习科学探究了。

3.利用多媒体激励学生

教师平时应该关注时事要闻，授课时可利用视频、动画、故事、实验等方法激励师范生学习科学探究，同时也为他们今后开展探究式教学提供了丰富的教学资源。据了解，不少师范生毕业从教后，仍继续使用大学时教师为他们演示的课件内容。

4.利用比赛激励学生

2010年全国大学生物理教学技能大赛在南京举行，我校2名师范生分别以对杠杆、汽化与液化的探究课获得一等奖。对此，我院在网络、课堂、大小会议上大张旗鼓地宣传，师范生热情高涨。我们邀请获奖选手与师弟师妹们座谈，回忆比赛准备的情形，讲述如何渗透新课程理念，如何提高探究式教学的水平，大家听了很受鼓舞。比赛起到了“你行我也行”的激励效果，师范生的自我效能感极大增强。

五、综合运用基于案例分析的多种教学方法

案例教学一直是美国哈佛大学培养工商管理硕士的典型教学方法。这种方法有效地克服了理论讲授单调、枯燥、低效的缺点，以现实生动的案例展示问题的情境和处理的基本原则与技巧，分析了如何理解和运用相关理论，从而为学生今后遇到类似的问题提供了借鉴，并能够发挥举一反三、触类旁通的作用。本体系分别选小学、初中、高中各一例证，以便于师范生获得全面的认识。

1.小学选用了《电磁铁》

电磁铁具有一定的结构和一定的功能，所以其中包含一定的物理规律，分析结构就能比较方便地掌握其功能。为了能给初学者有一个清楚的认识，笔者还选用了根据同样主题但用传统教法所上的课。传统方式下教师主导性很强，安排好了每一个教学环节，学生跟着教师就能学完这部分内容。而在探究式教学中，教师创设情境后，就把课堂的舞台让给了学生，把自己定位为探究的组织者和促进者。通过传统式和探究式两个《电磁铁》教学设计，比较分析了为达成教学目标而采用的截然不同的方法和策略，师范生从中看到“自行发现”物理规律与教师“告诉”规律的本质区别，领会探究式教学设计的精妙所在，学会辨别科学探究的真伪。本案例是经过多次尝试、论证和修改后的结果，是一节典型的探究课。

2.初中选用了《探究螺线管磁场和通电电流的关系》

课本上引用了蚂蚁对磁场跟电流关系的陈述：沿着电流方向爬，N极就在我的左边。蚂蚁的话使探究已经发生了质变，探究的对象不再是探究物理规律本身，而是磁场与电流关系的表述形式，即右手螺旋定则。众所周知，右手螺旋定则的表述方式是非常简洁形象的，可惜师范生没有任何基础来发现这种表述，这说明教材的编写存在严重的逻辑问题。按照这种思路探究，注定难以获得满意的结果。比较恰当的设计是，教师根据学生已经学过的电磁铁的知识，按照因材施教的原则，运用任务驱动的方式，即寻找电磁铁磁极，来实现教师不教而学生“自行发现”磁场和电流的规律。其中，涉及利用纸笔作图来整理思路，利用相互比较来发现异同等推动探究走向深入的技巧。

3.高中采用国家新课程远程培训中的案例《探究影响单摆周期的因素》

通过控制变量法展开探究，最终排除了质量、角度等因素对周期的影响，水到渠成地探究出摆长是单摆周期的决定因素。教师并没有教，是学生发现了它。

4.时间是探究式教学的瓶颈

通过案例分析以及与师范生的討论，总结出节省探究时间的策略。

（1）在开展实验探究之前，教师应首先做这些实验，从而可以清楚地知道学生可能出现的问题，从而采取积极的应对措施。

（2）在控制变量法中，应该提出多个影响因素。但是，课堂上教师应该把学生分组，每组只研究一个因素，而不是所有的因素，从而有利于探究的精细化，也节约了时间。因此最后的交流讨论成为分工之后的合作，是基于需要的合作，真正体现了新课程的理念，绝不是教师要求学生合作。

（3）可能准备一节探究课需要花费较长的时间，这是由于参与其中的师范生还是科学探究的新手。只要大家脚踏实地，每学期设计好“一”节探究课，几年下来就会有丰富的案例，就会在以后每次探究课上节省大量的时间。

4.实验探究教学的基本模式

科学探究有多种形式，最常见的是实验探究。教师给师范生归纳总结了实验探究的基本模式：创设情景、猜想影响因素、用控制变量法设计实验（一组一个因素）、交流讨论、陈述结论。作为实验探究的基本模式，可以运用于多个主题：欧姆定律、电阻定律、牛顿第二定律、摩擦力、焦耳定律、理想气体定律，等等，基本覆盖了中学物理的许多重要实验及其规律，为师范生走出校园、走上讲台奠定了坚实的基础。

六、实验支持是培养体系的根基

1.激发兴趣

教师广泛收集生动的课堂小实验，激发学生对科学的兴趣，引导学生热爱大自然，感受大自然的和谐与美妙。这些小实验由教师演示，师范生讨论探究其中的物理规律。包括摩擦边缘可以发出悦耳频率的酒杯，因为底部没有水压而不上浮的乒乓球，斯特林热机，磁悬浮，因为在铝管中产生涡流而阻碍下落的磁铁，简易电动机，因有规律振动而引发的奇异转动，听话的浮沉子，以及回转圈，等等。演示时，学生抬头、睁大眼睛，演示完再让学生操作，从而更加满足了他们的探究欲望。

2.建设探究实验室

实验室采购了包括电钻、角磨机、车床等在内的加工工具、数据采集器、常见的测量仪器和一批常用的实验耗材，为师范生的科学探究提供方便。要致力于构建开放性的探究实验室，致力于把实验室打造成将师范生设想变为现实的乐园。

3.真正的探究性实验

教师专为师范生设计的真正的探究性实验——通电导体在磁场中的运动。师范生自行去探索，设计方案，组装器材，测量数据，分析结果，他们陈述自己的方案，根据公式F=BILsinθ有效运用控制变量法，设计了多种方案，来说明安培力在磁场中的受力情况：用卷成圆筒的锡箔纸代替导体减轻质量；用砂纸打磨导轨减小摩擦系数；增大导体电流；采用强磁铁；用单摆的装置演示安培力；用盐水代替导轨；用弹簧演示受力的方向甚至大小，等等，培养了师范生在科学探究活动中设计多种实验方案的能力。教师祝贺他们设计成功并拍照留念，以便于他们与周围的同学分享自己的成就。

4.系统深入的专题探究

可以考虑把专题研究与毕业论文结合起来。①题目来自中学课本或者是日常生活。有的物理问题生动有趣，但要解释清楚却是非常不容易的。选择这类题目作为研究对象，首先，可以激发学生学以致用、用以导学、活学活用的积极性。其次，也体现了新课程所要求的“从生活走向物理，从物理走向社会”，有助于更好地理解大自然，理解身处的世界。第三个好处就是帮助师范生积累科学探究的课题，引导他们通过日常生活来创设悬疑的情境，使之今后生动活泼地在中学开展科学探究活动。比如探究光的散射机制、便携式几何光学演示仪的设计、斯特林热机教具的制作、大气压、气流压力实验，等等。②要求师范生学习使用各种工具和仪器，学会分析材料的特性并作出适当的选择，有效提高师范生的技术素养和实验设计的能力，这些都是和科学探究密切相关的。这样的科学探究，是完整，系统的，能够丰富师范生的探究经历，积累探究经验，更深刻地认识和理解物理知识。③教师一定要通过文字清晰呈现研究过程而不仅仅是结果。此举的目的是为了反映师范生对科学探究的思考过程，有利于探究者本身理清思路，也能促进读者对科学探究作深入了解，有利于为低年级师范生积累活生生的素材，丰富科学探究资源，推动科学探究向纵深发展。其中，对思维过程的描述借鉴了心理学实验中“出声思考”的研究方法，是研究人的创新思维的宝贵资料。

七、关注实战，实施探究式教学设计

纸上谈兵是没有任何实际意义的。我校与中学合作开展科学探究的研究和实验，建立了实习基地，师范生利用教育实习的机会，把自己的探究式教学设计带进中学课堂。他们先后组织中学学生探究了光在不同介质中的传播路径、光的反射规律、平面镜成像规律等。利用课外活动时间，以任务驱动的方式，组织中学学生实施了相对完整的探究。典型的代表是在2006级东涌中学实习组所开展的《纸桥承重设计大赛》，要求初中生利用报纸、胶水等材料自行设计一座纸桥，希望能承受更重的砝码而不倒塌。学生对桥墩的数量、粗细、形状、间距以及桥面的构造等进行变量控制，设计出了6种不同的纸桥，反映了学生探究能力的提高。活动过程中，师范实习生全面跟踪中学学生的探究过程，提供有分寸的指导，尽量避免包办代替，以免失去科学探究的价值。此次探究活动吸引了包括实习校领导和物理科组、各个班主任和广大中学学生普遍关注，释放了中学学生的探究欲望，推动了科学探究在中学教学中地位的提高。我校2007级有两位师范生所设计的《杠杆的应用》和《汽化与液化》，集中体现了科学探究的理念，最终夺得2010年全国大学生物理教学技能大赛一等奖。

八、结语

我校依据新课程的要求，以教育心理学理论为指导，建构了物理师范生探究式教学培养体系，目的在于培养师范生自行开展科学探究的能力和开展探究式教学的能力。该体系以实验探究为主线，采用了多种有效的教学策略，促进了师范生综合素质的提高。体系所开发的丰富的教学资源，能够被师范生很容易地移植到中学。

参考文献：

[1]陈琦,刘儒德.当代教育心理学[M].北京:北京师范大学出版社,2008.

[2]朱长明.《电磁铁》的探究式教学设计[D].广西师范大学科学教育研究所,2004.

[3]朱长明.由一种奇疑的转动现象引发的探究[J].物理通报,2005,(4).

[4]余小英等.高师理科生科学探究能力培养的探索与实践[J].教育与职业,2009,(5).

[5]董秀红.物理专业师范生科学探究能力评价研究[J].中国成人教育,2008,(5).