初中物理學科探究標準的分解與實施

　　一、問題提出
　　《物理課程標準》指出：“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一?！薄皩⒖茖W探究列入內容標準，旨在將學習重心從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神?！薄督K省物理中考指導意見》中指出“科學探究的內容將占30%以上”，可見，科學探究的內容在初中物理教學中應占有較大的比重。但在教學中廣大物理教師仍只重視物理知識標準的分解和實施，忽視科學探究標準的分解和實施，多數情況是根據教材中出現的探究問題、練習中遇到的探究習題進行探究方法和技能的教學，具有明顯的盲目性、隨意性和忽深忽淺現象，這也是近幾年來教師感到物理難教、學生感到物理難學的主要原因之一。
　　學生在學習科學探究方法和技能時，也應該遵循循序漸進的原則，所以完全有必要將《物理課程標準》中科學探究標準進行細化分解，落實到初中物理教學的各個階段，使得科學探究標準和科學內容標準一樣，得到有計劃、有層次、有系統地實施。
　　二、解決措施
　　下面以蘇科版初中物理教材為例，談談科學探究標準的分解方法、分期落實和分層教學的情況。
　　1．細化標準分解實施
　　科學探究共有7個要素、35個標準。在這35個標準中，有的標準不需要進行分解，如認識各探究環節對科學探究的意義和合作交流等，這些標準屬于學生在探究實踐中的體驗標準；而有些標準的達成必須有一定的層次，有些標準包含的內容很多，必須將此類一級探究標準細化分解為系列的二級探究標準進行教學。
　　如，學生提出問題的能力應該是逐步發展的。一級探究標準“能從日常生活、自然現象或實驗觀察中發現與物理學有關的問題”、“能書面或口頭表述這些問題”，可分解為兩個二級探究標準：一是能提出與物理相關的問題。這是一個低層次的標準，但為了培養學生的問題意識，把自己發現的問題表述成一個與物理學有關的問題，就必須廣泛地、較長時間地訓練，教師不能輕易地否定學生提出的問題、或一下子提出過高的要求，否則會欲速則不達，熄滅學生的思維火花。二是能提出科學的物理問題。這是一個高層次的要求，問題是思維的核心，科學問題又為科學探究指明了探究方向，是進行科學探究的前提，初中生最終要能提出科學的物理問題。江蘇省2009年中考就出了一道很好的有關“科學的物理問題”的考題。玻璃杯從一定高處掉到水泥地上會破碎，而掉到沙坑里卻不容易破碎，老師要求同學針對這一現象，提出一個問題，下面是四位同學的發言，其中較有價值且可探究的問題是：A．“玻璃杯掉在地上會破碎，是因為地面比較硬?！盉．“玻璃杯從一定高處掉到水泥地上會破碎嗎？”C．“為什么玻璃杯掉到水泥地上會破碎，而掉到沙坑里卻不容易破碎呢？”D．“玻璃杯掉到地上是否破碎與下落高度、地面的軟硬程度有什么關系？”當然，這個二級探究標準的訓練宜在初三年級開始實施。
　　又如，一級探究標準“嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想”，這說明了猜想必須有依據，如果一開始就對學生提出這個要求，學生以后就不敢猜想了，所以，此標準也可分解為兩個二級探究標準：一是大膽提出猜想。蘇科版初二物理教材緒言第一節第一個實驗的目的就在于此，讓學生先說一說：“如圖，是長蠟燭先滅，還是短蠟燭先滅？”其實，只要學生猜想了，就是正確的，因為教師完全可以用玻璃罩的高低來控制長蠟燭先熄滅、短蠟燭先熄滅、或者兩支蠟燭一齊熄滅，此時若在猜想依據上過多糾纏，反而失去了此實驗目的的本意。二是猜想要有依據。猜想不是胡猜亂想，在對學生進行了大膽猜想訓練后，還是要逐步引導學生根據經驗和已有知識進行猜想。盡管所提出的猜想不一定是最終的科學結論，但對問題成因的猜想仍需要有一定的依據，這種依據可以是已有的經驗和知識，也可以是科學事實。
　　再如，一級探究標準“有評估探究過程和探究結果的意識”，這個標準的內涵就比較豐富，可分解為五個二級探究標準：一是評估實驗器材的意識，如在《估測大氣壓的數值》實驗中評估彈簧測力計的量程是否符合要求；二是評估實驗方案的意識，如在《測定物質的密度》實驗中評估實驗步驟對實驗結果的影響；三是評估實驗過程的意識，如在《探究串聯和并聯電路中電流關系》實驗中評估實驗中有沒有換用不同規格的燈泡做三次實驗找出普遍規律；四是評估實驗數據的意識，評價實驗數據是否可靠（如量程是否讀錯、分度值是否讀錯、長度的測量是否估讀、數量級是否符合實際），處理實驗中出現的反常數據；五是評估實驗結論的意識，評估結論是否有一定條件（實驗中控制不變的物理量就是結論的條件）。
　　2.活化教材分期實施
　　學生科學探究的能力必須在探究活動中不斷積累形成，那么，一級探究標準和二級探究標準何時實施呢？《物理課程標準》指出：“在學生的科學探究中，其探究過程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。科學探究滲透在教材和教學過程的不同部分?！币簿褪钦f科學探究實施的內容和時間都由學生所使用的教材內容決定，科學探究的難度和探究的內容是有一定關系的，這就很可能造成較難的探究活動出現在教材前面的章節，而后面的章節反而有一些容易的探究。解決該問題的方法，除了在編寫教材時考慮到科學探究循序漸進的要求而進行合理設計之外，教師本身也可以在教學實踐中根據具體情況，認識到物理教材是物理課程標準的范本，對教材內容適當的活化調整，對教材中的探究內容進行科學合理的平移、強化、弱化，使課堂教學效益達到最優化。
　?。?）平移內容漸進探究。學生需要經歷由簡單到復雜、由易到難的探究過程，使探究水平循序漸進地發展。因此，我們要對教材的內容進行適當的前移或后移。
　　如對蘇科版第十四章第一節《電阻》方法中的控制變量法的內容就要前移。因為在第一章第一節《聲音是什么》圖1-2的對比實驗教學中就滲透了控制變量法的思想，在第一章《綜合實踐活動》比較材料的隔聲性能教學中就明確提出要“注意控制某些條件保持不變”，此時，就可提供控制變量法的閱讀材料，讓學生領會控制變量法，并在第二章第二節《汽化和液化》中影響蒸發快慢的因素中加以鞏固應用，這樣教學水道渠成。
　　再如，對蘇科版第二章第一節《物質的三態、溫度的測量》后的習題4就要后移，因為一級探究標準“經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程”可分解出的一個二級探究標準為“利用圖像找出物理規律”，而要達成此目標，不是一蹴而就的，宜遵循從簡單到復雜的過程，即從有現成坐標到根據數據建立坐標、從直線圖線到曲線圖線、從全部規范數據到有偏離規律的數據的演變過程。此題一下子就從建立坐標、曲線圖線兩方面難住學生，必須后移。
　　（2）強化教材引導探究。課本中有些探究，單憑學生現有的知識和經驗，設計探究方案的難度較大，即使教師加以啟發，也可能勞而無功，遇此情況倒不如對教材進行適當強化，引導學生根據教師預設的過程進行探究。
　　如蘇科版第四章第三節《探究凸透鏡成像的規律》的教學，此實驗本身思想方法多、操作難，實驗內容多、歸納難，得出規律多、理解難，而教材中又增加了“科學發現不都是靠實驗歸納得來的，理論研究也是很重要的，它能使科學家提出正確的猜想，指導實驗和對實驗的結果進行科學論證”的方法，先讓學生開放性地得出蠟燭在不同位置時凸透鏡成的像，再從測出的數據進行理論分析、交流得出結論，人為地再增加了教學難度，實驗效果不好。此實驗就可以在教師引導下進行如下探究：先讓學生在光具座上找到像和物大小相等的位置，并對此位置進行深入的研究，得出“當u=2f時，成倒立、等大、實像”的結論；再固定凸透鏡位置讓學生將蠟燭左移（或右移），研究u>2f（或u<2f）的成像情況。這種“一點突破法”的學習思路學生容易接受，在u<2f的實驗過程中，學生還會再找到一個特殊點F，這既是對“一點突破法”的鞏固應用，又為得出“一焦分虛實、二焦分大小”埋下伏筆。
　　
　?。?）弱化教材真實探究。教材是課程標準的具體化，是適合不同地區、不同層次學生的需要的，課本中有些探究內容，在提出問題后，為了對學生的探究活動進行引領和提示，說出了猜想的依據或指明了探究方向、或敘述了探究步驟、或基本上得出了探究結論，這種探究不是一個完整的探究，不能培養學生的整體探究能力。筆者認為，在整個初中物理階段，我們必須對教材進行必要的弱化處理，甚至先不要看教材，安排幾個真實意義上的探究，讓學生經歷一次完整的探究過程，從而讓學生學會探究的方法、培養學生探究的能力。當然，畢竟探究式教學花費的時間較長，我們也不可能進行更多的完整的探究教學活動。
　　如在第十章《壓強和浮力》第四節《浮力》中，“探究影響浮力大小的因素”是一個重點教學內容，完全可以安排一個完整的探究活動，但教材中在提出“浮力的大小可能與哪些因素有關？”“你是根據什么經驗提出猜想的？”后，給出了具體器材、給出了具體的實驗步驟、給出了四個填空式的結論和歸納性的總結論。有預習習慣的學生看書后，很容易根據實驗步驟和結論反過來說出猜想內容，這不是一種真實意義上的探究。所以，在教學過程中，我們可以不要求學生看書預習，弱化教材的引領和提示作用，教師可以通過設計探究情境、引導學生猜想假設、設計系列問題來引領學生設計探究步驟，最后讓學生開放性、合作性地進行實驗，得出結論，從而實施完整的探究過程。
　　在初中物理教材中，根據弱化教材后可“更有效地探究”和“分期分散探究”的原則，可安排如下12個課題讓學生進行的真實探究：比較材料的隔聲性能、探究平面鏡成像的特點、探究物體質量與體積的關系、探究滑動摩擦力大小的影響因素、探究壓力作用的效果、探究影響浮力大小的因素、探究杠桿的平衡條件、探究物質吸熱升溫的屬性、探究串聯和并聯電路中的電流關系、探究電功大小的影響因素、探究電流熱效應的影響因素、探究感應電流產生的條件。
　　3.深化課堂分層實施
　　學生探究水平需要循序漸進地發展。學生對科學探究難度的感覺不僅與探究內容有關，還和探究過程中學生的自主程度有關。探究過程中學生自主解決的環節越多，教師的指導越少或指導得越原則，也會導致探究難度的增大。因此，教師必須注意分析教材中各個科學探究活動對學生的能力要求，把握好對學生探究的指導尺度。下面就轉換法的教學，談談分層實施的具體做法：從“接觸——到運用——最后選用”，教學中如小孩學步，有一個“先扶走——再放手——最后會跑”的發展過程。
　　第一次接觸轉換法：在第一章《聲現象》第一節《聲音是什么》中。在體驗聲音的產生時，安排了兩個實驗：（1）把手指放在喉嚨發聲處，（2）將發聲的音叉觸及面頰。由于學生剛學習物理，對轉換法沒有一點兒感性認識，所以這兩個實驗的教學也是有區別的。實驗（1）中請學生們把手指放在喉嚨發聲處，讓學生說話，直接體驗說話時聲帶在振動；而在實驗（2）中，先敲擊音叉發聲，當學生聽到音叉發聲后問：“你們能看到音叉在振動嗎？”在學生回答“不能看到”時，讓學生將發聲的音叉觸及面頰，在學生們體驗后再問：“你們現在能知道音叉在振動嗎？”滲透出轉換法的放大思想——用易觀測到的現象來顯示不易觀測到的方法。
　　第二次運用轉換法：在第一章《聲現象》第二節《聲音的特征》中。在探究聲音的強弱與什么因素有關時，要學生們設計：“想出一種能顯示出鼓面振動幅度大小的辦法”。這里要留一定的時間讓學生去思考和交流，將前面初學的轉換法遷移應用，開放性地提出一些合理方法：在鼓面上放一些泡沫塑料粒子；將鼓面豎放后，在旁邊懸放一只乒乓球；用膠帶紙在鼓面上固定一個小平面鏡，觀察小平面鏡反射所形成光斑的振幅變化等等。
　　第三次選用轉換法：在第一章《聲現象》綜合實踐活動《比較材料的隔聲性能》中。在設計實驗時讓學生思考：材料的隔聲性能是不易直接測量的物理量，為了保證測試合理，我們應設計一種能明顯反映材料隔聲性能的方法。學生們經過思考、交流后，有兩種方法：一是保持人距離聲源的遠近一定，比較所聽聲音的響度；二是當人后退直至聽不到聲音時，比較人距聲源的距離。這兩種方法用哪一個好呢？教師要有意識地讓學生先用第一種方法進行實驗，當學生在實驗過程中發現難以用所聽聲音的強弱加以區分時，再引導學生用第二種方法做實驗進行對比?；蛘咴趯W生想到第一種方法時就做實驗，發現這種方法不行時，引導學生想出第二種方法，總之要讓學生領悟到：轉換法是有優劣之分的，實驗時要選用好的轉換法。
　　對轉換法的選用，還體現在第十五章《電功和電能》第三節《電熱器電流的熱效應》中。在《探究影響電流熱效應的因素》實驗設計時，對于“怎樣比較通電導體產生的熱量的多少”的問題，學生們想出了很多方法，如在電阻絲中插入火柴頭，看哪個先被點燃；將電阻絲浸沒在一定質量的煤油中，比較煤油柱升高的高度；將電阻絲放在封閉的空氣盒中，比較液柱升高的高度……?！斑@些方法都是可行的，哪種方法現象更明顯呢？”學生們聯想到各種物質熱膨脹程度不同，選用了利用氣體轉換的方法。
　　
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