高中物理科学探究教学的现状及对策

摘 要 针对当前高中物理科学探究教学中出现的“探究的形式化和内容的固定化”等现状，指出其不利于学生科学素养、探索精神、创新意识与实践能力的持续发展。只有将“思维”作为科学探究的“神”，将“新常态”作为科学探究教学的“魂”，才能走出当前科学探究教学的瓶颈。就当前高中物理科学探究教学的“常态化、生活化、科学化、多元化、多样化”等五个对策作一探讨。

关键词 高中物理 科学探究 教学现状 对策探讨

科学探究是新课程改革十余载的一大亮点，而科学探究教学则是新课程从学生发展的角度提倡的一种新的教学方式。从最初的简单模仿，过渡到现在的可根据教学需要让学生自行确定探究内容；从最初纯粹围绕教材上的实验探究，逐渐增加了围绕习题和概念而进行的探究；从最初的只局限于新授课的探究，发展为现在的习题课和复习课都能呈现的探究；从最初的只在课内进行的探究，拓展到现在课外开展的丰富多彩的探究：所有这些都无不呈现出科学探究教学的开放性和多元化的良好态势。

就当前的高中物理教学而言，科学探究教学虽然已经呈现出上述令人欣喜的景象，也被许多物理教师接受，然而这种接受的表现形式，更多的是“从课程与教学论视角将它作为一种教学模式或学习方式来研究”[1]，这种模式或方式通常包含“提出问题→猜想假设→设计实验→收集数据→分析论证→得出结论→交流评估[2]”等各种要素在内的完整过程。由于一堂课的时间有限，加上受教学进度以及高考指挥棒的影响，“重形式、轻实质”的假探究现象还普遍存在。具体表现在：有的教师往往是在有人来听课时才采取探究教学，有的是单纯地对已知规律的验证和对指定步骤的重复，有的是缺少科学思想的传递、科学方法的渗透和科学思维的设计，呈现出探究教学的形式化和探究内容的固定化，它不利于学生的科学素养、探索精神、创新意识与实践能力的持续发展。

笔者认为，只有将“思维”作为科学探究的“神”，将“新常态”作为科学探究教学的“魂”，才能真正走出科学探究教学的瓶颈。

一、解决瓶颈的出路是探究教学常态化

要解决当前科学探究教学的瓶颈，其根本出路是探究教学的常态化。而要真正实现探究教学的常态化，就必须将对学生思维方式的培养与训练依托于课堂教学。然而，课堂教学的时间是有限的，我们不可能将科学探究的每一个要素在每一堂课内都呈现，但可以将其中的某一个或某几个要素在课堂内进行，或将其中的一个要素进行拆分，化整为零，就可以实现真正意义上的探究教学常态化。

江苏常州的化学老师谷莹莹对科学探究教学的常态化作了这样的描述：在科学探究教学活动中，根据具体学习内容，可以涉及科学探究的一个或者多个要素，进行局部或完整的科学探究活动。这一个或多个要素，可以看成化学的“分子”和“原子”，可以再继续拆分或重新组合，形成“新的物质”[3]。谷老师所谓的“新物质”，意指生成新的知识，而这种新知识是通过常态化的科学探究教学生成的，这对提高学生的科学素养十分有益。事实上，科学探究的每一个要素或步骤中，都包含着科学术语、科学知识、科学思想、科学方法。由于这种探究可以是“部分”或“整体”的，也可以是“指导型”或“开放型”的，这就需要把看似有些玄妙的科学探究渗透到常态化的课堂教学中，根据具体的教学内容，进行局部或完整的探究活动[4]。这就给每堂课进行科学探究教学提供了操作上的可能，即使是章节的复习课也可以采用科学探究的方式进行。

例如，在复习《超重与失重现象》时，可以探究“人在升降电梯中上行”时电子秤的读数变化，如图1所示。首先测出人静止站立时的读数为58kg；当电梯向上启动时，电子秤的示数显示为65kg；电梯匀速上升时，示数恢复为58kg；当电梯即将到达设定楼层时，示数又变为50kg。将上述运动模式和数据列成表格，紧紧围绕问题情景，探究其内在联系，从中归纳出超重与失重的规律。这种科学探究过程为复习问题的提出营造氛围，从中找回对已学知识的新鲜感，让学生再次在探究过程中构建完整的知识体系：“运动→向上加速→视重大于实重→超重”，“运动→向上减速→视重小于实重→失重”，从而收到了较为理想的教学效果。

二、探究常态化的前提是情境创设生活化

高中物理新课程标准将“生活走向物理、物理走向社会”作为物理课程改革的新理念，所以情境生活化，是科学探究教学常态化的前提。只有创设贴近学生生活的情境，才能使后续的科学探究更接地气，才有利于学生逐步将科学探究成为学习习惯，这种习惯既是一种行为习惯，更是一种思维习惯。所以我们在课堂教学中，应该重视生活化情境的创设。

例如，对《力的分解》这节课，可以作以下两种情境设计。

【情境一】上课伊始，教师拿出一个重物，提出问题：放在斜面上的重物可以产生什么效果？如何来验证这种效果？“斜面上的重物”是一个很生活化的情境，问题一提出，学生都跃跃欲试，并利用教师提供的几种材料，很快设计出探究方案。即先在斜面的下端固定一挡板，然后将两块比较疏松的厚海绵分别放在斜面和挡板前方，再将重物放置在斜面上，观察两块海绵发生的变化，如图2所示。该探究完美地说明放在斜面上的重物分别有垂直于斜面向下和平行于斜面向下作用的两种效果，为“力可以按照作用效果进行分解”的方法提供实践依据。

【情境二】教师为每组同学准备了一个三角支架，如图3所示，这也是来自于生活，比如阳台上的晾衣架就是这种结构。这时，教师可以让学生提出一些值得探究的科学问题，比如：当支架的C端悬挂一重物后，AC，BC杆上分别受到什么方向的力？这种力是怎么产生的？如何来证明这种力的效果？这种生活化的情境以及问题的创设无疑最大限度地激发了学生探究的欲望，从而在自主探究过程中进一步体会怎样将“力按照作用效果进行分解”。

教学情境的创设是手段，目的是为了引发思考，进行科学探究，揭示其中的本质规律。但创设的情境有真假之别，许多教师喜欢播放视频作为情境引入，虽省时省力，但难免缺乏亲身体验，甚至有虚假之嫌。如果条件许可，应多创设一些源于日常生活的学生实验或小游戏，这才是引导学生进行真探究最可行的方法。

三、探究质态取决于问题提出科学化

探究始于“问题”，科学探究中经常出现的问题有两类：一类是科学问题，另一类是生活问题。生活问题往往来自于生活观察或常识，表现为对观察结果的描述前加上一个为什么。由于生活问题仅表达了对现象的好奇、疑惑，缺乏确定性和深刻性，它对科学探究没有实质性意义，也难以成为科学探究的真正起点。要使问题真正成为科学探究的起点，就需要将问题指向已有的知识，将两者联系起来，使问题从现象的描述触及现象的本质；将完全无知的问题转化为具有某种抽象性、渗透一定知识理论的、有所知又有所不知的问题──科学问题[1]。

例如，在上述例子中，要将两个生活问题指向“力的作用效果”、“平行四边形定则”、“等效替代”等相关的知识背景，并将它们联系起来，从而将问题转化为诸如“如何判断力的作用效果”，“物体实际受到的力与分解得到的力是什么关系，它们遵循什么规律”等等。显然这些问题不仅表述了对现象的疑惑，而且还渗透着理论，触及问题的本质，成为有所知又有所不知的问题，这就为科学探究“力的分解”提供了导向。所以，“科学问题”不是以常识眼光提出的无知问题，而是能为科学探究的设计提供导向的有所知的问题，它产生于以“好奇”、“疑惑”为基础的思索和追问，其实质是“有所知而求知”[1]。因此，科学探究教学的质态取决于问题提出的科学化，这才是科学探究的真正起点。

四、思维是“神”体现在方案设计多元化

科学探究的核心要素是设计实验，其设计之“神”是思维。其实设计方案的过程就是彰显学生思维的过程，由于学生的思维角度不同、实验器材的选择不同、对实验要求的精度不同等原因，会呈现出设计方案百花齐放的多元化局面。有的探究是定性的，如对“摩擦力的大小与接触面粗糙程度关系”的实验探究，只要确保在相同压力的条件下，能区分出不同接触面的摩擦力是否相等就行。有的则是定量的，如对“测出不同接触面的动摩擦因素”的实验探究，就得分别精确测出摩擦力和压力的大小，并由此计算出接触面的动摩擦因素。

例如，在探究“决定安培力大小的因素”实验中，高中物理教材介绍的实验方案只能是定性的、粗略的，不能准确得出F=BIL这个定量表达式。笔者设计了图4所示的实验，就可以定量探究决定安培力大小的几个因素。这个实验围绕“如何精确测量安培力的大小？怎样改变电流的大小？如何改变导体棒在磁场中的长度？怎样改变磁场的强弱？如何描述安培力、电流、磁场这三者方向之间的关系？”等五个问题进行设计。本实验具体的设计原理、操作方法、以及实验结果详细呈现在本人撰写的《定量探究影响安培力大小因素的实验设计》一文中[5]。在这个实验设计中，涉及到体验法、等效法、观察法、控制变量法、归纳法、分析法、表格法、图像法等。

五、探究是“魂”彰显于过程呈现多样化

探究过程的多样化是科学探究的“魂”。有的需要完整的过程，要追问做什么（提出问题）、怎样做（设计实验）、为什么要这样做（便于收集数据）、怎么想到这样做（为了分析论证）、结果怎么样（得出结论）、是否可靠（交流评价）等。从评价而言，有自评、他评和师评三种途径。从论证的方法而言，有实验论证、逻辑推理、数学归纳、模型建立、反证、图像、表格等，无不体现探究过程多样化的特征。正因为如此，科学探究对提高学生的科学素养、创新精神和实践能力都是功不可没的。

例如，在探究“液体表面张力的方向”时，可以做如图5所示的实验。由实验探究可知，当用烧热的细针刺破细线一侧的液膜后，细线在另一侧液膜的作用下，被拉向液膜，并使液膜表面积收缩到最小（在本实验中表现为细线被拉成圆弧）。由此可以得出结论：液体的表面张力使其表面有收缩的趋势，表面张力的方向与液面相切，并垂直于分界线指向液面内部。最后进行理论升华，其根本原因是因为液体表面层内分子间距离较大，宏观表现为引力所致。这就是利用“实验论证”进行探究的一种方法。

再比如，探究“点电荷”的概念时，可以通过“质点”概念的建立过程进行类比，其思维流程如图6所示。因为“质点”是忽略大小和形状的实际物体的理想化模型，在研究物体的运动和相互作用时，一般要将实际物体抽象为质点。而探究“点电荷”的意义在于研究带电物体在电、磁场中的运动，及带电体间的相互作用，这时同样不能考虑带电体的大小和形状，它与质点极其相似，可以类比。这就是利用“模型建立”进行类比探究的一种方法。

综上所述，思维是科学探究之“神”，新常态是科学探究教学之“魂”。科学探究教学新常态对策既为学生的科学素养、探索精神、创新意识与实践能力的持续发展提供了保障，也为创新型人才的脱颖而出找到了突破口。

参考文献

[1] 应向东.科学探究教学的哲学思考[J].课程·教材·教法，2005（5）.

[2] 中华人民共和国教育部.全日制普通高级中学物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2003.

[3] 谷莹莹.科学探究更需常态化[J].教学月刊，2010（9）.

[4] 李高峰，刘恩山.美国《国家科学教育标准》倡导的科学探究[J].教育科学，2009（10）.

[5] 方红霞.定量探究影响安培力大小因素的实验设计[J].教学月刊，2014（2）.

【责任编辑 郭振玲】