物理探究性學習的引導策略

張步新

摘 要：在物理課程教學中，引導學生開展探究性學習，既與課程中知識與方法體系的形成或建構過程相適應，又能很好地貫徹與落實新課程倡導的三維目標。提出問題、實驗設計、分析與論證這三個環節是蘊含著學生活力思維的環節，也是探究性學習能否獲得高效的關鍵性環節。

關鍵詞：探究性學習；策略；引導提問；重視設計；促進建構

物理課程在其知識與方法體系的形成或建構方面，既是科學探究過程活動的簡約模擬，又是與學生認知發展規律相適應的科學呈現。探究性學習，指學生在學科領域內或現實生活情境中選取某個問題作為起點，通過質疑與猜想、調查與實驗、分析與論證、表達與交流等學習活動，以獲得知識與形成技能的同時獲得相應的過程與經歷體驗 [1 ]。在物理課程教學中，引導學生開展探究性學習，既與課程中知識與方法體系的形成或建構過程相適應，又能很好地貫徹與落實新課程倡導的三維目標。本文就物理課程探究性學習的引導策略，談談個人的實踐與體會。

1 引導提問策略

提出問題，它是科學探究的起步，也是探究性學習活動的開始。德國物理學家海森堡認為：“提出正確的問題，往往等于解決了問題的大半 [2 ]”。愛因斯坦也指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是一個數學上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，都需要有創造性的想像力，而且標志著科學的真正進步 [3 ]。”能否提出問題，體現著人們在對事物觀察方面的敏銳洞察力，能否提出具有探究價值的問題，體現著人們對事物思考的深刻分析力，而這種敏銳的洞察力與深刻的分析力正是創造性人才所具備的特有能力素質。然而在實際的教學中，絕大多數教師都是以自己提出問題來作為引導學生開展探究性學習的起步，雖然有助于推進探究性學習進程從而提高課堂學習效率，但錯失了訓練學生提出問題的契機。這種忽視創造力培養的教學行為主要源于教師注重追求知識與技能目標，這也正是本文強調物理教學應引導學生提出問題的理由所在。

探究性學習中的引導提問活動，首先在于教師善于創設有助于促進學生提出問題的情境，或讓學生發現問題，或引發學生的認知沖突。如“通電導體在磁場中受力”問題，為引導學生提出有關問題，教學中就可以創設如下的演示實驗情境：馬蹄形磁鐵中間所形成的磁場方向豎直向下，將一段可以自由擺動的通電直導體水平放置在磁場中，分別演示下面三種現象讓學生觀察：（1）改變直導體的指向，或正東，或正北，或東偏北，等等；（2）改變電流的方向；（3）改變馬蹄形磁鐵的放置，讓磁場方向與直導體平行。在此基礎上再要求學生提出與實驗現象有關的問題。依據實驗現象，學生可能提出如下問題：①為什么通電導體在磁場中會受到力的作用？②為什么磁場方向與電流方向平行時則沒有作用力？③為什么磁場對導體的作用力方向會垂直于導體？④磁場力、磁場方向、電流方向這三者之間具有怎樣的關系？……等等，在上面問題中，問題②屬于學生在認知沖突方面的問題，因為學生對力作用的認識，幾乎都是以推、拉、壓、吸等表象來認識力的縱向作用，而磁場方向與電流方向平行，類似于縱向形式，而這種縱向形式為什么不具有力的作用呢？其它問題均屬于學生在觀察中所發現的問題。問題情境是學生提問的基礎或依據，離開了問題情境，學生的提問就是“無源之水”。其次在于交給學生有關提問的思維方法，或由此及彼的聯想，或由表及里的分析，或追根尋源的思考。如對于“通電導體在磁場中受力”的實驗現象，若提出“兩通電導體是否有力的作用”問題就是由此及彼的聯想，若提出“是否屬于磁場對磁場的作用”問題就是由表及里的分析，而提出“是否屬于磁場對運動電荷的作用問題”就是追根尋源的思考。

2 重視設計策略

解決問題是探究性學習活動中的重要方面，它不僅是學生獲取知識與技能的必要過程，而且又是學生經歷探究而獲得相應情感體驗的重要過程。在探究性學習活動中，解決問題的重點就是形成解決問題的思路與方法，用探究性學習程序環節術語來說，那就是“設計實驗與制定計劃”。所謂“重視設計”，就是指重視學生對實驗的設計和對探究計劃的制定。

設計實驗與制定計劃是探究性學習活動的重要環節，它不僅要求學生對科學知識的貫通性運用，而且其中還蘊含著學生對科學方法的靈活運用和學生的創造性思維與智慧。如“測定電池的電動勢和內阻實驗”，它可以有多種測定方法：（1）設計含有安培表、伏特表、滑動變阻器的實驗電路，測量原理為E=U+Ir；（2）設計含有安培表和變阻箱的實驗電路，實驗原理為E=IR+Ir。（3）設計含有伏特表和變阻箱的實驗電路，實驗原理為。關于實驗數據的分析與處理，可以用解方程組的分析方法，也可以用圖像分析法。上述實驗設計，足以體現電學知識與數學分析方法在實驗測量中的綜合性運用或靈活性運用。在針對盡可能減小測量誤差方面，設計者既要分析安培表與伏特表內阻大小對測量結果的影響，又要顧及變阻箱或變阻器的阻值要求，還要考慮安培表是否內外接的問題。尤其對圖象法在分析與處理數據方面的優越性方面，設計者會有更多更深層次的分析與思考。顯然，如果學生在實驗設計方面有著上述各方面的分析與思考，那么這何以不是一種創造性的學習過程？何以不是體現學生在實驗設計中的變通性思維與智慧？

重視設計策略，具體指把探究性學習活動中的“實驗設計與制定計劃”活動的主體權交給學生，尤其是那些較難或較復雜的實驗設計，更要放手讓學生去設計。當然，由于知識與方法以及思維能力等諸多方面的欠缺，學生自然會遇到困難或障礙，對此，教師要給予必要的啟發或引導，但設計的主體權還應歸還給學生。如探究“決定平行板電容器電容大小的因素”實驗，要求學生自主設計確實有困難，對此，教師可以先結合水容器來提出以下問題：①圓柱形水容器的水容量由哪些因素決定？②平行板電容器的電容量應該由哪些因素決定？當學生提出 “電容器電容量可能與平行板的相對面積S與相對距離d有關”的猜想后，教師就可以提出如下問題：③依據C=，如果保持電量Q不變，若電容C變化是否會引起兩板間的電勢差U發生變化？④如何測定兩板間的電勢差？⑤保持電量Q不變，如果平行板的相對面積S或相對距離d發生變化，兩板間的電勢差U是否會發生變化？可以想象，通過這樣的啟發或引導，大多數學生都能設計出相應的實驗探究方案。當然，對于研究電容器電容與電介質的關系，通常學生難以想到，同時對電介質為什么會影響電容量的問題也難以理解，因此，教師可以做必要的講解，也正是教師的講解引導之處。

3 促進建構策略

主動性與自主性是探究性學習活動過程中的兩個重要特征。主動性，指學生主動地參與與探究性學習有關的各種活動，而自主性是指學生對知識與技能的獲取是自主建構。所謂自主建構，指學生的認知過程是自主地發現或自主地生成，而不是外部力量模塑而成的。建構主義學習理論認為：任何知識學習都是一個積極主動的建構過程，學習者不是被動地接受外在信息，而是主動地根據先前認知結構注意和有選擇性的知覺外在信息，以建構對當前事物的認識 [4 ]。自主建構具體表現有如下兩種形式：一是學習者以已有的知識與經驗來認知當前的事物，從而豐富并完善原有的認知結構。如認識“帶電粒子在電場中的偏轉”，就是運用已有的牛頓運動定律和運動學知識來進行分析，從而認識“垂直射入勻強電場的帶電粒子的偏轉運動”是一種類平拋運動，并且能將“帶電粒子在電場中的偏轉運動”自主地納入原有的平拋運動的知識與方法結構。二是在運用原有知識與方法的基礎上發現新問題而形成新認識或新概念。如分析如下問題：電荷q在電場強度為E的勻強電場中沿電力線由A點移動到B點的距離為d，電場力做功為W=qEd，電勢能的改變為EB-EA= -W，若令EB=0，那么EA=qEd，若學生發現EA/q的比值為Ed，它對于某一勻強電場的某一位置是一個常量，從而發現比值EA/q可以表示電場能的性質，并且在此基礎上構建了“電勢”概念，這種概念的形成過程就是自主建構。所謂促進建構策略，就是指促進學生對知識自主建構的教學計劃或方案。

促進學生的自主建構，首先在于教師創設有助于促進學生自主建構的感知情境。如探究電場線與等勢面的關系與區別，教學中就可以用多媒體課件展示單個點電荷、電量相等的兩同種點電荷、電量相等的兩異種點電荷等多種帶電體周圍的電場線與等勢面圖形，然后讓學生說出自己的認識或理解，如果能說出“電場線與等勢面相互垂直”、“電場線越密等勢面也越密”、“正電荷沿電力線移動電場力做正功”、“電荷沿等勢面移動電場力不做功”、“電勢沿電場線方向逐漸降低”、“電場強度是描述電場力的性質”、“電勢是描述電場能的性質”，等等，那么這就是學生很好的自主認知建構。其次在于教師創設有助于促進學生自主建構的問題情境。如“電動勢”概念的建構，教學中可以先展示含有電池、開關、小燈泡三者串聯的簡單電路，并演示開關閉合后小燈泡發光現象，然后提出下面系列問題：①開關閉合后，小燈泡發光。在外電路中，正電荷移動的方向怎樣？電場力是否做功？②在內電路中，正電荷移動的方向又怎樣？電場力做正功還是負功？是什么因素克服電場力做功？③你能引進什么物理量來描述電源這種克服電場力做功本領的大小？“電動勢”是學生難于理解的概念，但通過對上述系列問題的思考，學生就能從“克服電場力做功”這個本質的內涵來建構有關概念。雖然學生難以想到“電動勢”這個名詞，但只要能提出任意一個名詞，都是難能可貴的建構。如果學生能依據W=QU說出“電動勢”的意義，那么這何以不是一種具有科學意義的自主建構呢？即使學生說不出，但只要從“克服電場力做功”這個角度去思考問題，那么它就會離自主建構目標越來越近，教學中促進學生建構的作用就體現在這里。

自主建構還包括通過實驗探究而對物理定理與定律 的分析與論證或概括與歸納，這方面大家很熟悉，故在此不再闡述。

物理探究性學習活動通常包括提出問題、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等多個環節，本文僅是針對提出問題、實驗設計、分析與論證這三個環節提出了教學中的引導策略。這三個環節是蘊含著學生活力思維的環節，也是探究性學習能否獲得高效的關鍵性環節，這就是本文僅提出三個引導策略的原因所在。

參考文獻：

[1]王玉一.怎樣開展探究性學習[M].重慶：西南師范大學出版社，2006：14-15.

[2]王小燕.科學思維與科學方法論[M].廣州：華南理工大學出版社，2006：132.

[3]李醒民.愛因斯坦[M].北京：商務印書館，2005：263.

[4]杰里·蓋爾.教育中的建構主義[M].上海：華東師范大學出版社，2002：78-81.