讓科學探究真正發生

韓志強

摘 要： 科學探究是物理學科核心素養之一，它既是學生要學習和掌握的一種探究能力，同時也是學生學習科學知識、發展科學思維、形成科學態度的手段和途徑.學生參與科學探究的有效性直接決定著學生學習物理的有效性，也影響著學生核心素養形成的程度.要讓學生真正有效地參與到探究實驗中，需要教師對教材中的實驗進行創新性設計.

關鍵詞： 科學探究;核心素養;初中物理

“物理觀念”“科學思維”“科學探究”與“科學態度與責任”是構成物理學科核心素養的四個方面，其中“科學探究”與其它三個方面有所不同，它既是學生要學習和掌握的一種探究能力，同時也是學生學習科學知識、發展科學思維、形成科學態度的手段和途徑[1].可見科學探究在物理教學中有著舉足輕重的地位，學生參與科學探究的深入程度直接決定著學生學習物理的成效，也影響著學生核心素養形成的程度.

在日常的教學中教師往往會有這樣的體會，學生普遍對教材中或教學中的探究實驗缺乏興趣，很難真正參與到科學探究中去.究其原因主要有以下兩個方面，一是很多探究實驗缺乏趣味性和情境性，所設計的問題缺乏挑戰性，學生不用探究就已經猜到了答案，很難使學生產生進一步探究的欲望.二是上課老師過于注重實驗結果和實驗結論，去繁就簡，只保留與結論相關的因素，而舍棄學生真正感興趣的問題，牽著學生的鼻子進行探究.學生不感興趣、缺乏主動參與的探究活動充其量只是形式上的探究活動，本質上仍屬于灌輸式的知識教學，而不是以學生為主體的面向核心素養的教學.

真正的探究活動應具備以下幾個要素，學生的主動參與、發現問題與解決問題、帶著問題去思考、活動、學習[1]，應具有好奇心和想象力，能大膽嘗試、積極尋求有效的問題解決方法等主要特征[2].下面結合幾個教學實例來具體探討如何讓科學探究真正發生.

1 巧設創新情境、激發探究興趣

在人教版初中物理第九章第1節“探究壓力的作用效果與什么因素有關”這一實驗中，教材提供的情境設計是通過觀察小桌腿或桌面在不同壓力作用下陷入沙子的程度來判斷壓力的作用效果，如圖1所示.這一情境設計其實不必探究學生就已知道結果：桌腳肯定比桌面易陷入沙子，且壓力越大桌腳陷得越深，已經知道結果的探究就很難再激起學生進一步探究的興趣，即使學生按部就班地完成了實驗過程，學生也只是用實驗又驗證了一次生活經驗而已，而無法從實驗現象自覺轉換成物理思維.本實驗需要給學生傳遞的核心概念是，物體單位面積上受到的壓力將決定壓力產生的效果，并期望學生通過探究親自發現這一核心概念，要達到這一目的，首先需要學生無法輕易猜到實驗結果以使學生產生探究動機，二是實驗結果與學生的猜想產生沖突，以使學生主動思考現象背后的原因，如此才能讓學生真正發展探究能力和物理思維能力.

1.1 創新實驗設計

請同學們把釘床釘尖朝下水平放在一張繃緊的A4紙上，往釘床上放置重物， 猜一猜并測量多大的壓力才能把A4紙刺破，如圖2所示，并根據實驗現象和測量結果作出科學解釋.

1.2 設計解析

第一，學生對釘床是否能輕而易舉把紙刺破會產生強烈的好奇心，能有效驅動學生的探究欲望.第二，學生即使認為釘床難刺破A4紙，但學生一定猜不出到底多大的壓力才能把紙刺破，必須通過實驗才能知道具體的結果，從而使學生產生進一步探究的動力.第三，實驗結果跟學生的猜想產生很大的沖突時，會有效促進學生進行科學思維：總壓力很大，釘尖很尖，為什么沒有輕易把紙刺破呢？第四，易于引導學生得出核心物理概念：單個釘尖上承擔的壓力很小，所以不易把紙刺破，也就是說，單位面積（每個釘尖）上的壓力將決定壓力產生的效果.

2 任務驅動，激發學生探究動機

第十一章第3節“探究影響動能大小的因素”實驗，如圖3所示，讓小球從斜坡上滾下撞擊放在平面上的木塊，用小球推動木塊的距離來反映小球動能的大小.本實驗設計的最大問題在于教師設置好了實驗步驟，讓學生驗證性地觀察實驗現象，而實驗結果不必探究就已知道，小球的質量越大、速度越快，木塊被撞得就越遠.整個過程學生不必動腦筋，既無實驗興趣，也無科學思維，實則學生并沒有進行任何的探究活動，只是形式性的經歷了一次探究步驟罷了.

2.1 創新實驗設計

給你一部小車，你如何讓這部小車產生動能？你如何讓它產生比較大的動能？你又如何來檢驗該小車具有的動能是大是小呢？你可以借助圖4中的器材完成你的實驗.

2.2 設計解析

第一、提出一連串的具有挑戰性的問題，以任務驅動激發學生探究動機.第二、學生不得不自己設計實驗方案解決自己的猜想，促使學生必須進行科學思維才能解決問題.第三、本實驗設計指向的是探究過程而不僅僅是實驗結論，有利于“科學思維”“科學探究”與“科學態度與責任”等物理學科核心素養的養成.

3 面向真實問題，發掘探究價值

人教版第八章第3節在“探究影響摩擦力的因素”實驗中，如圖5所示，對于影響摩擦力大小的因素學生不難猜到壓力大小和接觸面的粗糙程度這兩個因素，在教學實踐中教師們也往往是探究完這兩個要素就結束了實驗.對于實驗結果學生也覺得毫無意外，理所當然.但當教師問學生“接觸面的大小會影響摩擦力嗎？”“滑動速度會影響摩擦力嗎？”的問題時，學生會認為答案是肯定的，或者不敢肯定，其實這才是真正需要探究的問題.

3.1 創新實驗設計

提出問題：除壓力大小和接觸面的粗糙程度外，接觸面積的大小和滑動速度會影響摩擦力的大小嗎？請設計實驗檢驗你的猜想.

3.2 設計解析

第一、讓學生通過探究親身體驗實驗結果與猜想之間產生的沖突，使學生更好地認識到科學探究是驗證猜想并得出科學結論的必要過程，看似正確的常識必須經過科學探究才能得出正確的結論.第二、實驗結果與猜想產生了沖突，會進一步激發學生的好奇心，會促使學生進一步探究和思考結論背后的奧妙.第三、有利于學生更準確地掌握影響滑動摩擦力的因素.

3.3 創新實驗設計

生活經驗告訴我們，物體的質量越大其重量也越大，物體受到的重力與其質量成正比嗎？請通過實驗進行驗證，如果成正比請找出正比例常數.

等質量的不同物質受到的重力一樣嗎？不同的物質種類其重力與質量的比例常數相同嗎？請通過實驗進行探究.

3.4 設計解析

只有提出的問題能夠引起學生的思考，與學生的常識認知產生沖突，才是促使學生進行科學探究的真正問題.

教學實踐證明，實驗設計的新穎性、挑戰性和思維性是促進學生積極參與科學探究活動的有效策略.

上文中通過一些案例并加以簡釋來說明這些實驗設計的策略和意圖，期望能給讀者帶來一定的啟發和應用價值.教材或教學中，探究活動往往是為得出結論而設置，從而實驗設計過于直白和簡單，教師在教學過程中，應摒棄重結論輕過程的思想傾向，采取有效的策略讓學生真正參與到科學探究活中，發揮探究活動應有的價值，以更好地促進學生物理學科核心素養的有效形成和有效發展.

參考文獻：

[1]彭前程.談對“學生發展核心素養及物理學科核心素養”的理解[J].中學物理教學參考，2017，46（10）：2-3.

[2]核心素養研究課題組.中國學生發展核心素養[J].中國教育學刊，2016（10）：3.