物理教學中進行科學探究的實踐與反思

孫 萍

(山東省青島第二中學,山東青島 266001)

物理學從它早期萌芽到近現代的發展,都以其豐富的、充滿哲理的方法論和世界觀等影響著人們的思想觀點和方法.與此相應,在物理學習過程中,學生通過經歷與物理學家相同或相似的探究過程,對學生掌握科學的本質,提高科學素養具有極其重要的作用.因此,近幾年來,在物理課堂教學過程中,讓學生學會學習,掌握用質疑和探究的方法去發現問題和解決問題,既是物理課程標準對物理教學的要求,也是廣大物理教師的追求.物理教師在深入研究、探索科學探究的策略,取得顯著成效的過程中,不僅提高了教學的有效性,而且促進了教師智慧的提升.

1 物理教學中實施科學探究的策略

在近幾年的物理教學實踐中,筆者研究和實施了以下科學探究的3項策略,取得了令人滿意的效果.

1.1 優化情境設計,引導學生發現問題

愛因斯坦認為:“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要,因為解決問題也許僅是數學上的或實驗上的技能而已,而提出新的問題,新的可能性,從新的角度去看舊的問題,卻需要創造性的想象力,而且標志著科學的真正進步”.這說明在科學研究過程中,如果不能發現問題、不能提出問題,科學研究便無從談起,更別說什么創新發明了.

既然科學始于問題,問題源于發現,發現源于情境,所以說,科學探究的7個要素中的“提出問題”是首要要素.因此,為學生創設豐富真實的物理情境,組織引導學生認真觀察,對學生大腦產生刺激,引發認知沖突,從而引導學生發現問題并提出問題是科學探究的靈魂,也是成功進行科學探究的前提.

在物理教學過程中,演示實驗、小故事、科學史實、新聞報道、實物、模型和影像資料等等,都可以用于創設學習情境.

在物理教學過程中,優化情境設計,引導學生發現問題需要做到兩點:(1)在創設物理學習情境時,應力求真實、生動、直觀而又富于啟發性.(2)處于教學活動主導地位的教師要充分認識到,對學生提出問題能力的培養,是課堂教學不可缺少的一環.

1.2 優化問題設計,激發學生積極思考

學生在學習過程中必然會遇到許多認知問題,這些問題交織在一起,成為學生探究的心理動力和探究式課堂教學的契機.中學生有很強的求知欲,時常表現為思想上的困惑和疑問,正是這些思想和認知問題驅動學生去追求知識、探索真理.教師通過挖掘教材,以問題為契機,精心設計,釋疑解惑,幫助學生完成探究知識目標.物理教學過程中設計的問題應具備以下特點:

(1)趣味性.提出的問題科學、灰諧而不庸俗,能激發學生科學探究的興趣.

(2)探究性.提出的問題具有適當難度,并且符合目標要求,具有科學探究的價值.適當難度是指學生在獨立思考的基礎上經過科學探究能得到較為合理的結果.

(3)開放性.問題的結果盡可能不是唯一的,讓學生在教師的點撥和相互交流中得到啟迪,在科學探究過程中拓展思維空間,引導學生發散思維,提高思維素質.

(4)層次性.問題的探究體現在操作上具有多層次性,并且每一步在張揚學生個性的基礎上能激發不同知識程度和學習意向學生的積極參與,并能在不同的程度上獲得成功的體驗.

案例1.“全反射”一節教學的3種引入

方法1:理論引入.教師提出問題“一束光從玻璃斜射到空氣,若已知玻璃的折射率為1.5,入射角為 45°,求此時的折射角多大?”學生很容易由折射率定律求得:折射角的正弦值大于1.這顯然不合理,問題出在哪里?在學生的思考中引出課題.這樣提出的問題具有探究性.

方法2:實驗引入.將一個烤黑的鋼球放入盛有清水的燒杯中,讓學生觀察現象,談自己的看法,從而引出課題.這樣提出的問題具有開放性.

方法3:視頻引入.利用多媒體播放錄像,讓學生觀看由全反射形成的自然現象——海市蜃樓等,激發興趣,引出課題.這樣提出的問題具有趣味性.

1.3 優化教學設計,引導學生進行有效的科學探究

任何一個概念、定理、定律都經歷著由感性到理性的抽象概括過程.對教師來說,挖掘課堂上有效的探究元素,引導學生的思考方向,讓學生運用自己的智慧去體驗、揣摩、去發現,參與物理概念的形成、規律的揭示過程,是探究式教學的關鍵.只有學生親自參與探究過程,才能領悟知識形成過程中所蘊涵的思想方法,使學生不但知其然,而且知其所以然.

1.3.1 把握探究關鍵,精簡探究活動,避免無效環節

一堂優質高效的科學探究課需要時間做保障,這正是有效進行科學探究課的矛盾所在.因此,實施探究式教學需要教師對課堂教學進行優化,把握探究關鍵.這就需要我們優化課堂結構,優化課堂環境,優化課堂語言,優化教學內容,優化教學方法和優化教學手段,實現了教學的“六優化”就可保證探究教學有效實施,這需要教師的深入研究和探索.

1.3.2 循序漸進,層層探究,注重過程體驗

科學探究應遵循由易到難的原則,逐步加大探究力度.科學探究應貫穿在整個教學過程中,但也要緊密結合教學內容,注重科學探究的實效性.一節課的教學內容是否適合于引導學生開展科學探究活動,應結合物理課程標準的具體要求進行綜合考慮,科學探究要突出提出問題和解決問題的方法,不要過分地追求和強調科學探究的形式,應高度關注學生的學習過程和活動方式.

開展科學探究要注重過程,注重學生在動手動腦和合作交流中綜合素質的提高,所以要有足夠的時間給學生進行要點歸納和方法總結,草草收兵沒有實效.探究過程應該在教師的引導下,學生自己完成.特別是,在實驗探究過程中,為了讓學生經歷實驗探究的過程,教師應該要求學生自己選擇實驗方法,設計探究實驗方案.

案例2.電阻定律教學中的實驗探究

第1步:提出問題

電阻是電路中的重要元件,你了解哪些種類的電阻?電阻反映了導體對電流的阻礙作用,導體的這種阻礙作用的大小可能與哪些因素有關呢?

學生可能的猜想:導體長度,粗細,材料,溫度……

第2步:設計實驗方案

啟發學生思考得出:探究多個變量之間的關系時,采用控制變量法.(1)相同材料,S一定,改變L,測R,尋求 R隨L變化規律;(2)相同材料,L一定,改變 S,測 R,尋求R隨S變化規律;(3)不同材料,L和S均相同,測 R,判斷材料對R的影響;(4)材料,L和S均相同,改變溫度,測R,判斷溫度對R的影響.

進行實驗,收集數據;分析論證,得出結論;應用結論解釋實際問題的過程(省略).

1.3.3 靈活多變,注重知識的再創造

有效的探究教學沒有固定的模式,只有通過認真揣摩教材中的每一個教學內容要達到的教學效果,對教學內容進行必要的重組、整合和拓展,從中提煉出開放性教學的基本素材,才能把教材變成學材.

在探究式教學中還可以充分利用多媒體教學,為學生提供生動逼真的問題情境,讓學生的視覺、聽覺等多路感官系統同時接收信息,使許多抽象和難以理解的教學內容變得有聲有色,寓教于樂,促使學生主動地去探究.

2 對物理教學實施科學探究過程中部分問題的反思

新中國成立以來的第8次基礎教育課程改革中,從政府部門到課程專家,都倡導在物理教學中實施科學探究,但是不少人對科學探究存在不恰當的認識,在實施過程中也發現了不少的問題,對這些問題進行反思,可以使科學探究進行得更合理,發揮的作用更大.

2.1 科學探究不是萬能的和唯一的學習方式

不少人對科學探究寄予了過高的期望,似乎科學探究是萬能的,只要采用了科學探究就可以解決物理教學中的所有問題.事實上,探究教學不是萬能的,科學探究作為一種學習方式,有它的優點和局限性,它的實施需要一定的條件支撐.因此,在教學中,不是所有的課都要探究,要根據不同的教學對象和教學內容,靈活地選擇最能有效實現教學目標的學習方式.實際上,有意義的接受式學習,由于具有高效的特征,也是必須采用的學習方法.

2.2 科學探究不能模式化

科學探究的過程包含提出問題、提出猜想或假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集有關證據、分析論證、得出結論等7個要素.但并不是所有的科學探究活動都要經歷7個要素,并且這些要素在科學探究過程中的順序也不是一成不變的.因此,在物理教學設計中,應該認真分析教學內容本身的特點,看需要突出哪些要素,然后依據內容特點設計科學探究的程序.

2.3 不能以教師的探究代替學生的探究

科學探究是一種學習方式,毫無疑問,學生是科學探究的主體.但在教學實踐中,經?？梢钥吹浇處熆刂浦茖W探究的進程.有的以教師的科學探究代替學生的科學探究,有的要求學生亦步亦趨地跟著教師進行所謂的“科學探究”,甚至不允許學生在探究過程中出現錯誤.實際上,科學探究是學生的嘗試過程,在這一過程中,學生有錯誤是正常的,從錯誤中學習也是科學探究的一方面.

2.4 科學探究不一定是實驗探究

前已述及,科學探究的問題應該具備開放性的特點,并且,物理學習中的很多問題都需要學生動手做實驗,但是并不是一定要動手做實驗才算科學探究.“動手做實驗”的科學探究,不是獲得科學探究的唯一方式,其他如查閱書本、報刊雜志、因特網等上面的信息,以及個人親自參加會議和進行調查研究,都可作為科學探究的內容與方式.因為,在科學探究教學中,主要是培養學生應用科學探究學習的意識和能力.

由此看出,物理教師應該對科學探究這種學習方式正確理解.“作為科學家解決科學問題的科學探究,在科學教學中有不同含義,對教學實踐也有不同意義.作為教學目標,指學生所要掌握的科學探究技能,要理解的科學探究特性,它對教學起定向、激勵和標準作用;作為教學原則,指用問題激發學生積極探究未知,主動建構知識的基本要求,它對教學起指導作用;作為教學方法,指學生在教師指導下所采用的類似科學探究的學習方式或程序,它有條件地直接運用于具體教學情境之中”.作為物理教師要認識到,學生科學探究的熱情和潛力是巨大的,關鍵是教師如何引導.使科學探究的思想和方法貫穿于我們的每一堂物理課中,讓學生參與物理概念的提煉過程,有效地構建知識體系,使學生的思維和活動經常處在科學探究的氛圍中,才能實現新課程中提出的“科學探究”的教學目標,使學生在科學探究的過程中學習科學探究,提高對科學探究的認識和科學探究能力,養成科學探究習慣,進而提高科學探究的素養.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.

2 劉力.新課程理念下的物理教學論.北京:科學出版社,2007.

3 徐學福.科學教學中的“探究”釋義.教育科學,2006,22(2).