重視物理科學探究過程培養學生科學素養與科學方法

付理才

《基礎教育課程改革綱要》明確指出：“改變課程實施過于強調接受學習，死記硬背、機械訓練的現狀，倡導學生主動參與，樂于探究，勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。”要真正落實這些要求，必須深入開展課堂教學改革，開展以探究為核心的教學，使高中物理教學充分體現科學探究的思想。

一、科學探究的理解及其建構主義理論基礎

建構主義的學習與教學理論的基本觀點認為：知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定情景即文化背景下，借助他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得。建構主義強調學習的主動性、社會性和情境性，他們提出：

1.一方面要提供建構理解所需的基礎，另一方面要給學生廣闊的建構空間，讓他們針對具體情境采用適當策略，尋求適合于高級學習的教學途徑。

2.在問題解決中學習。應該讓學生就學科內容提出問題，具有對知識的好奇，想知道“事情為什么是這樣的”，然后探索，尋找答案，解決自己認識上的沖突，通過這種活動使學生加深對知識的理解。

3.情景性學習。學習應著眼于解決生活中的實際問題，在具體情境中進行，學習效果應在情景中評估。

4.合作學習與交互式教學。

二、科學探究的意義與功能

1.科學探究與物理知識的建構是統一的過程。

用科學探究的思想指導物理教學不是忽視物理知識的學習，而是注重學生對物理知識的自主建構過程，科學探究與知識的建構是在同一過程中發生的。國內外物理教育的大量研究結果表明，學生學習科學知識的過程是在原有認識的基礎上自主建構知識的過程，學生的原有認識和在探究過程中產生的認知沖突在物理知識的建構過程中有十分重要的作用。

2.科學探究是物理學的基本思想和基本方法。

高中物理課堂教學中的科學探究是要通過高中物理教材中發現問題的過程分析，指導學生主動思考發現與物理學有關的問題，并學習從物理學角度較明確地表述這些問題，進而設計方案研究這些問題。從物理學的發展歷程看，伽利略開創了實驗探究的先河，他對力和運動關系的實驗探究和科學推理堪稱科學探究的典范。牛頓經過對天體運動的長期思考和理論探究，最終發現了萬有引力定律，將地面上物體的運動規律與天體的運動規律統一起來，是科學探究里程中的一座不朽豐碑。電磁感應現象是法拉第從十幾年的大量實驗中探究出的19世紀最偉大的發現，也是整個科學史上最偉大的發現之一。麥克斯韋方程組則是理論思維的結晶。物理學革命的標志——量子論和相對論的創立，都是科學探究的輝煌成就。因此，科學探究是物理學的基本思想和基本研究方法。

3.科學探究能激發學生學習物理的內在動機，使學生有效地學習物理。

在探究過程中，學生要明確研究的問題，自己收集和分析信息，做出假設或預測；要在老師的指導下，在共同討論證據、比較結論及把自己的結論和科學知識進行比較和建立聯系的過程中，獲得新的觀點和新的思維方式，主動地構建、修正或放棄自己原有的認識和解釋，從而擴展對科學的理解和認識。這個過程涉及深層次思維過程結構的重組和元認知意義上的建構，可以提高學生質疑、推理和批判性思考的能力，增強他們對自己學習的控制和責任感，從而更有效地學習物理。

三、從科學探究過程中培養學生科學素養與科學方法的途徑

1.創設科學探究問題情境。

教師通過挖掘教材，以問題為契機，精心設計，釋疑解惑，幫助學生實現探究知識目標。教師可以對一些探究的物理問題創設一些情境，或者創設一些任務，讓學生在完成任務的過程中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題。例如，學生在學習電磁感應的知識后，對電磁感應中電能的來源產生疑惑。我就在《電磁感應中的能量轉化》一節的教學中設計了這樣一些問題：為什么線框在非勻強磁場中的擺動會很快減弱？能量又是如何轉化的呢？通過這些問題的層層設問和探究，不斷激發學生的思維火花，突出學生主體地位和教師主導地位。在探究式教學中教師要善于把教材中既定的物理觀點轉化為問題，培養學生分析問題和解決問題的能力，使學生真正成為意義的主動建構者。

2.激發學生學習物理的內在動機，充分發揮學習的潛能。

在探究過程中，學生要明確研究的問題，自己收集和分析信息，做出假設或預測；要在老師的指導下，在共同討論證據，主動構建知識。這個過程涉及深層次思維過程結構的重組和元認知意義上的建構，可以提高學生質疑、推理和批判性思考的能力。

3.讓學生學會疑問。

如何確保高中物理探究性教學朝著既定目標進行？盡管教師精心設計的研究路徑具有一定的導向作用，但由于探究性問題具有較大的思維空間和發散性，教師應根據學生探究活動的實際情況，運用認知策略，通過靈活而恰當的提示引導學生進行疑問式的反思，使探究性教學既是一個目標導向的過程，又是一個自我調節與反思總結的過程。

總之，物理科學作為一種完備的知識體系，其本身就是科學探究活動的結果。在物理課堂中培養學生的科學精神就是把科學探究引入課堂，在教師的指導和啟發下，通過學生自主、獨立地探索活動，有效感知和理解物理規律，獲得情感體驗，掌握解決問題的方法。學生在完成探究的過程中，要經歷發現和提出問題、對問題進行猜想與假設、制訂計劃，設計實驗、進行實驗，搜集證據、分析證據，得出結論、反思結果等一系列的活動，從中獲得失敗與痛苦、成功與喜悅的獨特感悟與體驗，感受探索的魅力，促進對物理知識的理解與掌握。從探究過程中學會學習，學會思考，學會合作，學會探究，從而培養學生的科學素養與科學方法，這正是現代教育的目標。