反思探究環節認知及操作失準

物理課程屬性要求探究真、樸、實。當科學探究在重點學校尤其是公開課上演繹得惟妙惟肖時，然而普通學校常態課中教師和學生卻仍存在對探究環節的認知及操作失準。筆者以科學探究的要素為線索列舉了一些真實的物理課堂教學案例，結合新課程觀對探究的理解加以反思，旨在讓科學探究返璞歸真，有效實現其提高科學素養的教育價值，領悟物理探究文化。

高中物理是這樣定位的，即“高中物理是普通高中科學學習領域的一門基礎課程，與九年義務教育物理或科學課程相銜接，旨在進一步提高學生的科學素養”。探究式教學已經深入人心，“探究”二字在學生的課本、教師的課件乃至習題中大量出現。更有甚者：

案例1：人教版必修2“太陽與行星間的引力”教學，教師讓三位同學分別闡述了開普勒三定律，問學生：“是什么原因使行星繞太陽運動？”

學生答：太陽對行星有引力作用。毫無疑問，學生從小學課本或者科普書籍中早已獲知。

教師點頭確認，再問：“太陽對行星的引力與哪些因素有關呢？”稍作停頓，學生木然。

一位課堂活躍的學生接過老師的話題：“這個問題需要探究。”這時部分學生開始嬉笑私語。

面對學生的回答，教師很鄭重地追問“如何探究呢？”，這是一位善于挖掘課堂資源的老師，注重“生”態資源，以學生學習為中心、負責任的教師。

學生再答：先猜想與假設，然后制定計劃與設計實驗，進行實驗和收集數據，最后分析和論證，并加以評估。

教師連串發問：假設引力與太陽的質量有關，這個量你能夠用測力計或天平來測嗎？現實嗎？

學生只搖頭，歷盡周折，用時將近15分鐘后教師終于揭示主題：“這節課我們將追尋牛頓的足跡，用自己的手和腦，重新‘發現’萬有引力定律”。

點評：聽課教師驚呆于學生對科學探究要素的回答。課后了解得知，該教師將科學探究要素作為通識知識做過課堂處理，學生掌握很到位。值得思考的是：科學探究在物理課堂教學中應該體現其知識屬性還是文化屬性。在課后的調查問卷中，一個學生寫道：“探究完了，還不是要用結論解題，何苦呢？”顯然無論對于老師還是學生，對科學探究的本意理解需要一個過程。

物理課程屬性要求課堂探究真、樸、實。在普通學校常態課中還大量存在此現象:一線教師不僅對探究有認知失準，還有課堂行為的操作失準。案例如下：

一、師生提問環節導致課堂僵局

案例2：教師燒斷懸掛金屬小球的細線，小球自由下落，以此想引出自由落體運動的概念，馬上問：小球做什么運動呢？有什么規律，該如何研究？很快，善于回答問題的學生答曰：小球做勻變速直線運動。老師再問：有什么依據呢？學生回答：因為這一章的標題是“勻變速直線運動的研究”（這里指的是人教版必修1第二章）。面對學生的回答老師未做有效評價，略顯尷尬的繼續自己的分析。

案例3：探究碰撞中的不變量的教學引入，老師播放了斯諾克臺球選手直線打紅色球入袋口和斜線打粉色球入袋口的視頻，想引入一維碰撞和二維碰撞的問題。“你發現了什么？能提出問題嗎？”老師向全班同學拋出開放性問題。問了幾個同學，均沒有提出跟碰撞有關的物理問題，更沒有“碰撞前后會不會有什么物理量保持不變？”這一核心問題。一位同學回答：“我發現兩個目標球的顏色不一樣，我的問題是哪個球入袋得分更多？”其他同學都笑了，老師也笑了。最終老師不得不自己提出了課堂教學的主題。

反思：提出問題是科學探究的前提。《課程標準》要求，一、“能發現與物理學相關的問題”；二、“從物理學的角度明確地表述這些問題”。讓學生提出對能力培養無價值的問題是無效課堂教學。有價值的問題指向性非常明確，它常常來源于問題背景中的有關質疑。在這方面教材為我們提供了很好的范例。

范例1：曲線運動的闡述，教材給出了兩張照片：金屬切割機切割金屬和鏈球運動員擲球。教師提問：“砂輪打磨下來的熾熱微粒、飛出去的鏈球分別沿什么方向運動？”問題收斂，指向性明確。

范例2：核力與結合能開篇寫道：中子和質子構成原子核模型提出以后，有一個問題當時未能得到合理的解釋——在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質子為什么能擠在一起而不飛散開？

二、猜想與假設環節，學生“猜”而不“想”

案例4：探究加速度與力、質量的教學。教師播放了一段賽車視頻后問：你認為加速度與哪些因素有關呢？學生開始了大膽猜測：與賽車品牌、發動機性能、用油質量、輪胎胎面、車手、車的外形和質量有關等。問及原因，學生解釋：法拉利很出名，排名靠前，又研發了新一代發動機，采用高級燃油，跑了幾圈就換磨損掉的輪胎。同樣的車，舒馬赫贏了。

案例5：在自然光的照射下，教師將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于合適的倍率檔。即將用手遮光前，讓學生猜測讀數是變大還是變小。

反思：案例5未體現猜想的本質特征：根據已知事實或已有知識對事物或現象之間的因果性、規律性做出嘗試性解釋。它將科學猜想變成了隨意猜測，對培養學生的能力沒有任何意義。為保證學生有效猜想與假設，教師需設置恰當的情境，提供觀察、發現的事實，調動原有的知識和經驗。關于這點課本也有好的范例。

三、制定計劃與設計實驗不能細化到可操作階段

案例6：探究功與速度變化的關系。教師要求學生反復讀標題，然后破題：尋找兩個量之間的關系。最后要求學生開始制定計劃并設計實驗。討論后學生的設計計劃是：一測對物體做的功，二測物體的初末速度，三做圖象。設計的裝置是用手拉測力計拖動物體在水平面上運動，用打點計時器測速度。殊不知這種設計缺乏操作性，很難控制。

反思：制定計劃和實驗設計就是從操作的角度把探究的猜想或假設具體化、程序化。對于比較大型的探究性問題，教材做了一定陳述，因為教材很難通過交互的方式和學生共同探討。將學生的自主探究與教師的合理指導相結合，將教材的陳述以交互的方式呈現在課堂上，力爭在一個課題中強化探究的一個或幾個要素，完全沒有必要“貪大求全”。不同的課題突出不同的要素，綜合起來學生將得到深入而全面的發展。

四、實驗數據收集與分析走向極端

案例7：課堂上利用教學用可拆變壓器探究變壓器兩端的電壓與匝數的關系。設計好數據表格后，通過可拆變壓器改變匝數比的教學演示電源給原線圈提供交流電。為了展現變壓器改變電壓的功能，教師用演示電表將副線圈的電壓演示給學生看，學生深信不疑。為了提高數據的準確性和讀數方便，而后教師采用了數字式多用電表，分別測定了原副線圈的電壓。完成以后分析結果，無論哪組數據都與最終想要的結果U1∶U2=N1∶N2相差甚遠。就在大多數學生都懷疑的時候，老師說：“我們的實驗器材比較粗糙，測量交流電的電壓也可能存在誤差”。學生沉默了，老師揭示本課的主旨：“實驗和理論分析都表明，原、負線圈的電壓之比，等于兩個線圈的匝數比。”

反思：高中物理幾個關鍵性實驗：探究小車的速度隨時間變化的關系得到的v-t數據；加速度與力的關系；做功與速度變化的關系；標準電阻的伏安線性關系；閉合回路的路端電壓與電流的關系等，學生對老師的任何一次實驗都有理想的數據期待，稍有不對都以誤差解釋。案例7中的數據不準真的是誤差原因嗎？教學可拆變壓器根本就不是理想變壓器，且漏磁現象嚴重。在這里不準確的數據剛好為理想變壓器模型的提出提供了契機，有經驗的物理教師會從學生認知的角度實事求是地分析和利用實驗現象。

案例8：人教版選修3-1歐姆定律的教學，老師要求學生設計電路測量導體的電流和電壓。學生設計的幾乎都是初中所學的“限流式”接法。教師演示后，學生發現電流不能從0開始變化。于是老師開始引導，多接入一根導線變成“分壓式”接法。而后測量數據，學生記錄后作出了線性伏安特性曲線，完成了一次過程體驗。為了加深對分壓式接法的操作應用，教師將描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗器材分給學生，要求學生按分壓式接法連線并測定數據。學生看到小燈泡的亮度、電壓表、電流表的讀數都隨滑動變阻器的滑動而變化，于是熱情高漲起來。學生關注的中心在于對實驗過程的“成功操控”，至于數據有兩組學生這樣快捷處理：讀取一組數據，在坐標紙上描一個點，然后和原點連接起來。兩點確定一條直線。課后問學生怎么理解老師要他們做這個實驗的意圖，學生回答：“老師主要是要我們對分壓式電路連接掌握到位。”

反思：新課程的探究主張學生自主探究與教師的指導相結合。有一部分學生的自主探究意識不強，他們認為老師分配的探究性實驗任務主要是對老師演示的重現、操作的再現，目的在于鞏固和強化。教師的目的實則在于讓學生在數據分析的過程中有新的發現。而這種意圖教材可能有明確的暗示語言。如以此實驗為例，可這樣提示：“你在自己得到的曲線中有什么新發現？你怎樣解釋這個發現”。

五、評估環節學生的“數據包容”空間大

案例9：用氣壓傳感器裝置替代醫用注射器探究氣體等溫變化的規律。學生用朗威DIS附帶軟件記錄了注射器中空氣的體積和壓強傳感器的讀數，作出P-1/V數據點擬合圖線，點分布在直線的兩側。而后學生確認了研究結果，壓強P與體積V成反比。然后老師指出氣體體積的計算不完善，因為連接傳感器的軟管中有1ml氣體。請學生在現有體積的基礎上加上1ml重新擬合。學生驚呆了，數據點幾乎構成“精準”的圖線。

反思：現行的教育體系使得學生對老師深信不疑，對教科書和實驗資料給出的探究方案“按部就班”操作，缺少評估和反思意識。提醒教師在物理教學過程中，要實事求是、樸實精簡，在真實情景中發現問題與真知。不要被外表華麗的包裝所迷惑，失去了科學探究樸實歸真的文化追求。

六、合作與交流環節定位失衡

案例10：拋體運動的規律習題處理。老師給出了課后習題：某卡車司機在限速60km/h的公路上因疲勞駕駛而使汽車與路旁障礙物相撞。處理事故的交警在路旁泥地中發現了卡車頂上的一個金屬零件，可以判斷，這是事故發生時該零件從車頂上松脫后被拋出而陷在泥地里的。交警測得該零件原位置與陷落點的水平距離為13.3m，車頂距泥地的豎直高度為2.45m。請根據這些數據為判斷該車是否超速提供證據。教師要求學生分小組合作解題并發表感想。幾分鐘后老師展示了一個優秀學生的答案，該學生比較完整地敘述了從真實情景提出物理問題，用物理規律解決問題，返回情景分析判斷的一整條思路。這本是一道培養學生情感、態度與價值觀的題目。讓另一位同學發表想法，他卻回答：我覺得他長大后是一個非常優秀的警官。于是課堂氣氛驟然失色。

反思：在科學探究活動中，一個非常重要的價值取向在于培養學生的合作精神。在合作中既尊重原則又尊重他人；善于鼓勵同伴又善于分享自己的經驗。堅持實事求是的精神、嚴謹的科學態度、堅持用實踐來檢驗理論。

結語：物理實驗和科學探究是物理教學的重要內容。探究式課堂教學符合學生的認知發展規律和心理特點，也便于教師組織高效富有生機和活力的課堂。把握探究要素、結合具體教學、選擇合理的探究環節，有效形成物理探究文化。如此一來，物理科學素養的培養就能“隨風潛入夜，潤物細無聲”。

（作者單位 浙江省溫州市蒼南縣橋墩高級中學）