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自議科學(xué)探究與物理教學(xué)論文
論文關(guān)鍵詞：科學(xué)教育科學(xué)探究建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀系統(tǒng)科學(xué)
論文摘要：科學(xué)探究是新課程理念提出的卓有成效的教學(xué)方式。文章從科學(xué)探究的含義出發(fā)，挖掘其研究的理論依據(jù)，論述了科學(xué)探究的過程和設(shè)計策略，以教學(xué)案例為基拙，討論了如何在物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究。
課程改革的核心環(huán)節(jié)是課程實(shí)施。新課程中科學(xué)探究作為一個獨(dú)具特色的課程領(lǐng)域，首次成為我國基礎(chǔ)教育課程體系的有機(jī)組成，被公認(rèn)為是我國當(dāng)前課程改革的一大亮點(diǎn)�？茖W(xué)課程通過科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究活動的過程和方法，發(fā)展初步的科學(xué)探究能力。《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)將內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分:科學(xué)探究和科學(xué)內(nèi)容�？茖W(xué)探究的提出在教學(xué)方式上本身是一個大的飛躍，而《標(biāo)準(zhǔn)》不僅要求把科學(xué)探究作為重要的教學(xué)方式還要求成為學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，這更是一個大的飛躍。
現(xiàn)代教學(xué)旨在促進(jìn)學(xué)生的多元智能的發(fā)展，而衡量多元智能的標(biāo)準(zhǔn)是:以能否解決現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際問題或生產(chǎn)及創(chuàng)造出社會需要的有效產(chǎn)品的能力為核心。物理課程中科學(xué)探究方式的實(shí)施充分表現(xiàn)出:重視對學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望、科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識及科學(xué)精神的培養(yǎng)，提高科學(xué)素養(yǎng)，它必將在現(xiàn)代教學(xué)和新課程改革中占據(jù)更加重要的地位并發(fā)揮出更重要的作用。
一、科學(xué)探究的含義及理論基礎(chǔ)
(一)科學(xué)探究的含義
“探究”在《牛津英語詞典》中的定義是:“求索知識或信息特別是求真的活動，是提問和質(zhì)疑的活動�！贝蠖鄶�(shù)學(xué)者認(rèn)為，新課程《標(biāo)準(zhǔn)》中的科學(xué)探究指的是學(xué)生探究式學(xué)習(xí)活動而非科學(xué)家的科學(xué)探究，它實(shí)質(zhì)上是一種思維創(chuàng)新方式、一種思維習(xí)慣、一種能力系列。明確了這一點(diǎn)，我們便可把科學(xué)探究定義為:在教師的指導(dǎo)和幫助下，讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時的相似過程，學(xué)習(xí)科學(xué)的知識和技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)思想和精神，全面提高科學(xué)素養(yǎng)。在探究過程中，重在探索的過程而非結(jié)果，重在收集證據(jù)而非繁雜的計算，重在對結(jié)果的評價而不迷信結(jié)果。
(二)科學(xué)探究的理論基礎(chǔ)
1.科學(xué)本質(zhì)和教育的本質(zhì)統(tǒng)一于科學(xué)探究�？茖W(xué)是什么?在國際基礎(chǔ)教育中，目前對于“科學(xué)的本質(zhì)”的看法是一個富于色彩的爭論，至今沒有一個公認(rèn)的結(jié)論。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出:科學(xué)是格物致知的一種途徑，其基本特點(diǎn)是以實(shí)證為判斷尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發(fā)點(diǎn)。人們一般認(rèn)為，科學(xué)是科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)精神三個方面組成的不可分割的有機(jī)整體。而教育，它的本質(zhì)是傳承人類文化，促進(jìn)人的社會化，因而呈現(xiàn)出人的發(fā)展功能或育人功能。只有將科學(xué)寄于探究，教育的目的才能實(shí)現(xiàn)，科學(xué)教育是科學(xué)探究過程的簡約復(fù)現(xiàn)。
2.現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀是科學(xué)探究的理論先驅(qū)�，F(xiàn)代建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生要獲得知識的提高，必須經(jīng)歷兩次心理的自我調(diào)節(jié)，這是任何人都不能替代的。不難看出，建構(gòu)主義對教師和學(xué)生的作用有了重新的定位，學(xué)習(xí)者不是知識的被動接受者，而是知識的主動建構(gòu)者。它要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中用探究法、發(fā)現(xiàn)法去建構(gòu)知識，教學(xué)過程不再是一個同步的，而是一個異步的、發(fā)散式的思維過程。我們乒，有序建構(gòu)的學(xué)習(xí)觀為科學(xué)探究提供了理論先導(dǎo)。
3.系統(tǒng)科學(xué)的三個基本原理提供了科學(xué)探究的方法論。系統(tǒng)論、控制論、信息論以系統(tǒng)論為代表，統(tǒng)稱系統(tǒng)科學(xué)。學(xué)習(xí)者必須把自己置于一個開放的、有漲落的、遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)，運(yùn)用控制論的調(diào)控與反饋原理調(diào)控探究目標(biāo)的實(shí)施，運(yùn)用信息論的有序原理對知識進(jìn)行有序建構(gòu)，通過吸收、輸出、反饋和評價等對信息進(jìn)行加工，構(gòu)成一個有序的科學(xué)探究過程，并抓住信息各部分的聯(lián)系，形成整體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮整體功能。使教育系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)乃至學(xué)習(xí)者個人系統(tǒng)成為一個開放的、有漲落的系統(tǒng)，從而達(dá)到有序，是當(dāng)代教育、教學(xué)改革的一個思路。
二、科學(xué)探究的基本過程
科學(xué)探究是一種過程，有一定的活動程序或階段。尾科學(xué)探究中，學(xué)生雖然也要經(jīng)歷科學(xué)探究的基本過程，用科學(xué)探究方法和思維方式去發(fā)現(xiàn)“新知識”，但與科學(xué)復(fù)的科學(xué)探究是有區(qū)別的:一是科學(xué)家探究的問題結(jié)論是到知的，學(xué)生探究的問題結(jié)論對學(xué)生雖然是未知的，但相又人類整體而言是已知的;二是科學(xué)家探究的目的是發(fā)現(xiàn)霎理或創(chuàng)造出具有社會意義和價值的新產(chǎn)品，而學(xué)生的科7探究其基本目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，強(qiáng)調(diào)探究過程又學(xué)生個體發(fā)展的意義;三是科學(xué)家的科學(xué)探究一般要經(jīng)掃復(fù)雜曲折，甚至是漫長的過程，而學(xué)生的科學(xué)探究則是桿據(jù)教學(xué)需要精心設(shè)計和組織的，它對實(shí)際的探究過程進(jìn)千了篩選和重組，成為適合學(xué)生探究學(xué)習(xí)的典型化、簡約仁了的活動過程;四是科學(xué)家在科學(xué)探究過程中是完全獨(dú)立的主體，而學(xué)生由于受自身知識基礎(chǔ)、能力發(fā)展水平和美心發(fā)展不成熟的制約，使他們還需要在教師的指導(dǎo)和幫到下才能順利進(jìn)行。
學(xué)生的科學(xué)探究活動雖然和科學(xué)家的有所不同，但確幾個基本過程是相同的:提出問題一建立猜想與假定一帶訂計劃一獲取事實(shí)與論據(jù)一檢驗(yàn)與評價一表達(dá)與交流《從這幾個要素中我們看到，科學(xué)探究過程突出了學(xué)生主動、生動地學(xué)習(xí)，突出學(xué)生親自感悟，培養(yǎng)多向思維，真正能運(yùn)用各種能動感官，生動體驗(yàn)，真正提高獲得新知的靛力。
三、物理教學(xué)中科學(xué)探究活動的設(shè)計策略
(一)關(guān)注過程，著眼科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)
科學(xué)探究離不開四個W:What，Why，HOW，Who。教學(xué)活動需要產(chǎn)生一種參與愿望強(qiáng)烈、互動性強(qiáng)、不怕困難、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)探究氛圍。教師要善于設(shè)計教學(xué)情境，既要營造熱烈的課堂氣氛，又要善于抓住學(xué)生思維的閃光點(diǎn)，適時點(diǎn)撥，串起學(xué)生思維火花的珍珠，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，巧妙把握課堂教學(xué)的全局。
(二)關(guān)注應(yīng)用，著眼能力提高
科學(xué)探究的開端是發(fā)現(xiàn)和提出問題，問題是科學(xué)探究的關(guān)鍵。恰當(dāng)?shù)膯栴}特別是應(yīng)用性強(qiáng)與生活緊密相關(guān)的問題，會激起學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望、思考沖動，激發(fā)起創(chuàng)新聯(lián)想，從而獲得新的知識和方法的頓悟與突破。不僅僅是獲得了有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，而且知識遷移、綜合能力及數(shù)據(jù)記錄與處理能力、正確運(yùn)用科學(xué)語言和文字表述能力、對結(jié)論進(jìn)行評述和分析能力等都應(yīng)得到鍛煉和提高。
(三)關(guān)注體臉，著眼情感、態(tài)度、價值觀
物理學(xué)具有的實(shí)踐性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性，為科學(xué)探究提供了極其豐富的價值內(nèi)容。從培養(yǎng)人、塑造人的角度，注重了學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高，對于培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)，勇于實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)和社會關(guān)系的認(rèn)識，發(fā)展學(xué)生對于科學(xué)技術(shù)的興趣和愛好，十分有益�？茖W(xué)探究活動的過程，應(yīng)重視學(xué)生在興趣與動機(jī)、自信與意志、態(tài)度與習(xí)慣等方面的表現(xiàn)，用科學(xué)研究熏陶學(xué)生，使學(xué)生受到唯物論、辯證法、認(rèn)識論和科學(xué)方法論及愛國主義方面的教育。
(四)關(guān)注形式，著眼促進(jìn)成長
學(xué)生在科學(xué)探究活動中所經(jīng)歷的猜想、推測、設(shè)計、討論、歸納、交流、評價等等過程，無不充滿著發(fā)散、合作與取長補(bǔ)短的“景觀”，每一次的探究歷程，就是一次科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的錘煉，就是一次心智的成長，將成為他們終身學(xué)習(xí)的瑰寶。教師在教學(xué)中要大膽切實(shí)開展科學(xué)探究活動，不漏掉“半數(shù)”學(xué)生，超越課本，真正帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)人探究人類科學(xué)知識的境界。
四、科學(xué)探究活動的教學(xué)設(shè)計示例
(一)創(chuàng)設(shè)情境示例—“蒸發(fā)少，教學(xué)的引入
第一步:教師用濕毛巾在干凈的黑板上寫下“學(xué)習(xí)愉快”四個字，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)人問題情境。
(1)老師送給大家的四個字發(fā)生了什么現(xiàn)象?
(2)生活中你發(fā)現(xiàn)過類似的現(xiàn)象嗎?
(3)這一現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的?
第二步:引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計和討論。
(1)以兩個同學(xué)為一個小組發(fā)一張濕毛巾，你能提供哪些方法使毛巾變干?實(shí)際做一做。
(2)你能將這些方法進(jìn)行歸類嗎?
教師將學(xué)生回答的方法逐一寫在事先準(zhǔn)備好的空白紙片上，用實(shí)物投影儀展示，再引導(dǎo)學(xué)生對各種方法歸類，進(jìn)一步提問。 (3)你能否用簡潔的語言歸納出影響液體蒸發(fā)快慢的因素?
教師的這一系列設(shè)問猶如給學(xué)生“干枯的思維”下了一場“即時雨”，他們思維探究的火花被迅速點(diǎn)燃。教學(xué)活動全過程，學(xué)生自組織、自討論、自實(shí)驗(yàn)、自總結(jié)、自表述，充分體現(xiàn)了學(xué)生主體特征。學(xué)生心中洋溢的是發(fā)現(xiàn)者和創(chuàng)新者的自豪之感，從而產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)、探究、創(chuàng)新的強(qiáng)烈沖動。
(二)整體設(shè)計示例—“浮力”的科學(xué)探究教學(xué)活動示例
1.創(chuàng)設(shè)情境，引人新課
讓學(xué)生把乒乓球投人水中，觀察后鼓勵學(xué)生描述看到的情景，鼓勵他們回憶生活中見到的輪船、氣球的情景。然后教師簡潔地指出:我們在描述他們時都用到了“浮”字。接著鼓勵學(xué)生想一想、說一說:乒乓球和輪船都受到了重力的作用，為什么還會浮起呢?抓住學(xué)生回答中的“有向上托的力”引導(dǎo)他們結(jié)合這個力的功效為自己發(fā)現(xiàn)的力取一個名字—浮力，使新課引人既簡單又自然，又能給學(xué)生帶來自己發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造的喜悅。
2.探究小循環(huán)一
突破“下沉的物體也受到浮力”的思維難點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)測浮力的一種方法(F,=一F)
〔提出問題〕學(xué)生先觀察金屬塊在水里下沉，鼓勵學(xué)生提出問題。引導(dǎo)猜想:下沉的金屬塊也受浮力嗎?它受的浮力方向也向上嗎?
[探究方案]你能用一杯水、一只彈簧秤、一個金屬塊對你的猜想進(jìn)行驗(yàn)證嗎?
讓學(xué)生通過交流和討論后得出:先稱金屬塊重力，再觀察它在水中時彈簧秤拉力F，比較‘和F的大小。
接著，讓學(xué)生親歷探究實(shí)踐、分析歸納、交流評價的過程，教師充分肯定學(xué)生的探究思維。
3.探究小循環(huán)二
突破浸人深度、物體密度、物體體積等相近因素干擾產(chǎn)生的思維障礙。
〔提出問題〕用手將乒乓球緩緩壓入水中，手會有什么感覺?請就這一現(xiàn)象提出一個值得探究的問題。
學(xué)生充分猜想討論后，再確定如下探究方案:
1)用彈簧秤分別提起相同體積的銅塊、鋁塊，測出浸沒時二者受到的浮力;
2)用彈簧秤提起一金屬塊，逐漸增加浸人體積，觀察拉力的變化，明確浮力的變化;
學(xué)生通過第2)步，突破了浮力大小與深度有關(guān)的思維障礙，再引導(dǎo)學(xué)生反思采用什么研究方法繼續(xù)探究—控制變量法。
3)用彈簧秤提著金屬塊在浸沒的條件下，改變浸人深度，觀察拉力和浮力的變化，總結(jié)影響浮力大小的因素。
4.探究小循環(huán)三
引導(dǎo)探索研究，經(jīng)歷阿基米德原理的發(fā)現(xiàn)。
[提出問題]鼓勵學(xué)生玩一玩:在溢水杯中盛滿水，用彈簧秤提起金屬塊逐漸浸人，讓學(xué)生注意觀察并表達(dá)自己的發(fā)現(xiàn);鼓勵猜想:浮力大小可能與排開的水的多少有關(guān)。
〔探究方案〕鼓勵學(xué)生自己設(shè)計驗(yàn)證方案，經(jīng)合作交流和討論后再確定:在溢水杯中盛滿水，用彈簧秤提起金屬塊測出‘，計算出F，同時用小桶承接排出的水，測出排水，再比較F浮與排水。
同樣讓學(xué)生親歷探究實(shí)踐、分析歸納、交流評價的過程，形成統(tǒng)一認(rèn)識:F浮二‘排水，鼓勵學(xué)生用語言敘述，并拓展得出數(shù)學(xué)表達(dá)式:證明前面研究的浮力決定因素的正確性，使前后呼應(yīng)起來。
如果說新課程的實(shí)施給教學(xué)改革提供了廣闊的舞臺的話，那么科學(xué)探究把更多的學(xué)習(xí)主動權(quán)交給了學(xué)生。教師不再是面面俱到的有先見之明的講解者，而是成為幫助學(xué)生獲得、建構(gòu)和內(nèi)化所學(xué)的知識，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的導(dǎo)航人。這就要求教師要有強(qiáng)烈的自我發(fā)展意識，在教學(xué)藝術(shù)上下功夫，學(xué)習(xí)做一個優(yōu)秀的課堂導(dǎo)演和設(shè)計師。
當(dāng)然，和物理概念、規(guī)律一樣，物理教學(xué)中的科學(xué)探究也是物理教學(xué)的一部分，只有將科學(xué)探究放在整個物理教學(xué)的全過程中來研究，使其無論在維度上、深度上都要接近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，與此相應(yīng)，也只有讓學(xué)生在科學(xué)探究中深刻理解和掌握物理概念、規(guī)律和方法，并通過一定質(zhì)和量的物理問題解決活動，才能使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)際解決物理問題的能力得到真正的培養(yǎng)和升華。
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