自主探究在建構物理概念中的意義

黃志鋼

摘 要：物理概念的抽象及學生認知缺陷是阻礙學生學習物理概念的原因。突破障礙，有效建構物理概念的最有效途徑是“自主探究”。教師可以通過“巧設概念情境，開啟自主探究動力”，“搭建活動平臺，培養自主探究能力”，“建設智慧校園，大數據提供自主探究資料”等方式方法或手段指導學生開展“自主探究”，以達到預期效果。

關鍵詞：建構;物理概念;自主探究;“墻中洞”實驗;大數據

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2015）03-029-2

一、概念學習遇障，要求重視自主探究

物理概念的抽象性及高中生認知結構中的一些缺陷，構成了學生學習物理概念的障礙。有三個常見表現：

1.以公式記憶代替物理概念的理解，且從數學角度理解物理公式，不理解其含義和條件。

如力學中，位移、速度、平均速度、加速度等的概念及定義式，電學中有關電容、電場強度、磁感應強度等概念及定義式，這些公式都能計算相對應的物理量，但不能只從數學角度理解這些公式，否則就會理解出錯，影響學生對概念的掌握和建構。如果我們在指導學生學習時，能緊密聯系學生的日常生活經驗，通過復習初中的公式（如密度等），嘗試自主探究及類比學習，去偽存真，感受并歸納物理概念中的物理量定義方法，例如比值定義法，就能促進學生對物理概念的有效建構。

2.以物理結論代替物理概念的理解，不會進行物理過程分析，缺乏邏輯分析能力。

物理概念和規律具有高度的抽象性，它是超脫了具體的現象而提煉出的事物的本質屬性和內在聯系。有些老師覺得向學生解釋，太浪費時間了，倒不如讓學生背熟概念和某些結論。結果學生在運用或練習時卻經常出現意想不到的錯誤。如果我們有意識地讓學生經歷物理概念的建構過程，學生才能真正地理解概念的本質，而設計過程情境，指導自主探究，就是其中一條最有效的途徑。

現列舉一例子，簡單予以說明。

例如：在電源電壓不變的情況下，為使正常工作的電熱器在單位時間內產生的熱量增加一倍，下列措施可行的是：A.剪去一半的電阻絲，B.并聯一根相同的電阻絲，C.串聯一根相同的電阻絲，D.使電熱器兩端的電壓增大一倍。

析：該題正確答案是B，理論上A可以，但實際A中電阻絲會燒壞，因超額定電流，如果注意分析原理，分析過程，弄清各種制約因素，錯誤就可避免。

上述例題表明，如果我們在指導學生重視過程分析的同時，布置自主探究任務，例如整理概括方法解題集錦，讓學生概括對比，綜合集體智慧，就可以避免一批錯解的出現。

3.以物理練習代替物理概念的理解，不重視用詞語直接表達的概念，概念的建構無經緯。

中學物理課本中用語言直接表達的物理概念比物理量還要多，如質點和點電荷、重心和質心、平動和轉動、磁通變化和磁通變化率等。這些概念不僅定義嚴謹，而且能與其他物理概念形成一個完整的系統。如果模糊不清，不但直接影響解答習題，而且對于學習新知識、系統掌握物理知識都造成障礙。比如在講機械運動的定義時書上是這樣說的：一個物體相對另一個物體位置的變化，而我們老師往往都簡單帶過，而不懂講清一些問題。如果我們這樣向學生設置一個問題：“概念中一個物體是指什么？（研究對象）另一個物體又是指什么？（參照物）”這樣對概念的理解就比較深入。引導學生自主探究，建構概念體系，能有效提高教學效果。

二、巧設概念情境，開啟自主探究動力

建構主義認為學生在走進課堂之前，都不是一張白紙。學生在學習物理概念之前已經具有對物理事實的認識，即潛概念，潛概念往往是不正確的，而且也往往是根深蒂固的。但是學生頭腦中已經具有的那些潛概念其實是一種珍貴的資源，它可以成為學生形成科學概念的生長點。如何讓潛概念成為物理概念的生長點呢？關鍵是剖析學生頭腦中存在的潛概念，通過自主探究，讓學生認識到潛概念的不合理性。

聯系生活實際，巧設實驗情境，引發認知沖突，開啟自主探究的動力。從生活中得到的感性材料通常有復雜的背景，本質、非本質的因素常交融在一起，利用這樣的材料來使學生建立概念有時會遇到很大的困難。而實驗則可以提供精心設計的、經過簡化和純化了的感性材料，它能使學生對物理事實獲得明確、具體的認識。有了鮮明的感性材料后，當學生將自己原有的觀點與事實進行比較時，必然會產生認知沖突。這是概念有效教學的起點，也是學生建構物理概念的起點。

三、搭建活動平臺，培養自主探究能力

建構主義學習觀指出，學習并非是一個被動的接受過程，而是一個主動的建構過程，也就是說，物理概念必須基于個人對經驗的操作、交流，通過“反省”來主動建構，即概念并非由教師直接傳授而獲得，教與學的成功與否取決于學生主體參與教學活動的深廣度，如果學生不進行有效的探索性學習活動，就無法獲得概念、知識。

事實證明，只要給學生搭建有效的活動平臺，不論是課余時間還是課上時間，通過這一平臺，變灌輸為探究，讓學生主動參與問題的研究，并從中獲得快樂，他們的主動性就會被激發出來，進而從根本上改變學生的學習方式。

1.創設問題，明確任務，營造探究氛圍。

人的思維活動永遠是從問題開始的。教師創設特定的學習情景，把學生置于完整的、真實或逼真的問題情境中，引導學生提出科學的問題，然后通過明確任務，合作學習，使學生主動學習、生成性地學習，最終解決問題，建構概念。

教師的任務是把教材中的物理知識轉化為問題，借助具有內在邏輯聯系的問題設計，促使學生思考，營造探究氛圍。

2.針對問題，指導方法，培養探究能力。

教師通常備課時，總有意無意地把自己怎樣講得明白、講得清楚放在首位。但是，教是為了促進學生的學，就必須把學生探索、思考等活動放在首位。所以，在教學設計中，教師要在“依綱據本”前提下，落實“精、活、實”，全力體現以“學為中心，少教多學”的教學設計原則。

在備課時要全面思考哪些是教師非指導不可的內容，如，促進學生新舊知識連接的內容、激發學生思維或進一步喚起學生求知欲望的內容、學生苦思而未解的疑問等等;哪些是可以由學生嘗試探究完成的，如有可能由學生自主探究完成的，就一定要放手讓學生去做。但是，實踐發現，學生的探究往往受阻，而學生受阻的原因也是五花八門的，有些也是教師從未遇到過的新問題。所以在組織學生實施科學探究之前，教師務必要事先進行探究體驗，體會學生探究時的感覺。這樣既便于指導，也有利于發現新問題。組織學生進行探究活動時，由于有一定的經驗，指導有針對性，學生的科學探究就可以進行得更有效了。

3.交流合作，評價結果，激發探究熱情。

物理課的特點決定了大多數的探究活動都需要合作完成。例如，在探究物體運動速度變化的活動中，要由小組內成員合作完成安裝、測量、記錄、數據處理等工作，小組里任何不和諧行為的都會影響到探究活動的完成。由于探究的結果是大家的，每個同學都會在盡量做好自己的任務的同時關心其他同學的任務。在評價結果時，學生不僅要條理清晰地表達自己的觀點，還要對自己或他人的觀點做出簡單的評述。由于大家是平等的關系，都愿意聽取他人的意見，相互取長補短，最終實現思維碰撞，發現物理概念的本質。肯定的評價，可以引發學生探究的樂趣，激發探究熱情。

4.揭示本質，抽象升華，建構科學概念。

要使學生形成概念，就必須使學生理解概念的本質。直觀材料是形成概念的基礎，但概念不能從直觀材料中直接得出，必須通過學生的思維才能把感性認識升華到理性認識。為實現認識的飛躍，就必須啟動學生的思維。在揭示概念本質時，可以引導學生通過比較、分析、綜合、抽象、概括、判斷、歸納等思維活動，使學生達成建構科學的概念。

四、建設智慧校園，大數據提供自主探究資料

建設智慧校園，提供學生自主網絡探究平臺。網絡探究平臺的核心是智慧校園網上的網絡資源庫。網絡資源庫內有：多媒體素材庫、網絡課件庫、教學資料庫、智能題庫、虛擬實驗室。網絡資源庫的建立為自主網絡探究提供了資源保證。教學軟件均鏡像在光盤鏡像服務器上，學生在課外時間可自由地從網絡資源庫中打開自己需要的教學軟件內容進行補充學習。此外，學生還可從web服務器上的教學資料庫中獲取教學資料，學生也可在教師的指導下，在教室從因特網獲取自己需要的學習資料，或者在因特網得到其他重點中學老師的指點。

另外，學生往往以為自己能復述定義就算理解物理概念了，因此，在建立概念后應及時進行有針對性的練習，通過組建的智慧校園網絡，利用云數據，編置不同問題情境中的概念練習或信息，讓學生在運用概念中發現對概念理解的偏差，從而對概念的理解進一步得到加深、鞏固和發展，最終有效建構物理概念體系。