淺談如何做好物理課中的科學探究

目前，基礎教育課程改革正在向縱深發展，義務教育物理課程標準已經試行了幾年。今年，高中物理課程標準頒布，拉開了高中物理課程改革的序幕。新課程標準明確提出物理課程的目的是提高全體學生的科學素養；在課程結構上註意* * *基礎相同，體現選擇性；它在課程內容上體現了時代性、基礎性和選擇性，設計了模塊化的課程供學生選擇，是課程改革的重要舉措。但是，要真正落實新課程標準的要求，促進學生科學素養的全面發展，就必須進行深入的課堂教學改革，改變以知識傳授為主的傳統教學方式，逐步形成以促進學生發展為主的現代物理教學方法。這是壹個艱巨的過程，需要明確的指導思想和物理教育工作者的共同努力。從國內外物理教育改革的發展趨勢和研究成果來看，我們應該用科學探究的理念來指導高中物理教學改革。目前物理教育界對科學探究有不同的理解和認識。有壹種觀點認為，只有放開學生，讓他們自己發現問題，自己做實驗，才是科學探究，才是探究式學習。這種觀點是對科學探究的狹隘理解，只看到了科學探究的自主性和可操作性，卻忽略了科學探究的本質意義。在實際教學中，我們不可能這樣去學習每壹門學科。因此，如何理解科學探究，如何用科學探究的理念指導物理教學改革，已成為壹個重要的研究課題。從物理學的發展來看，伽利略開創了實驗研究，他對自由落體的研究可以視為科學探究的典範。經過對天體運動的長期思考，牛頓終於發現了萬有引力，統壹了地球和天體的運動規律。難道不是科學探索裏程中的壹座豐碑嗎？電磁感應定律是法拉第實驗的結果，而麥克斯韋方程組是理論思維的結晶。哪壹個不是科學探究的輝煌成就，量子理論和相對論的創立，物理學革命的標誌？因此，科學探究的意義是非常廣泛的。從物理教育的角度，我們可以從以下三個層面來理解科學探究:壹是概念層面，科學探究體現了現代科學理念。科學不是壹個已經完成並固化的知識體系，而是人類對自然無止境的探索過程。科學知識體系是在探究的過程中不斷發展變化的，很多科學結論是要被證偽的，需要在發現新的證據後進行修正。人類對自然的認識依然如此，而對於學生來說，他們的個體認識需要在探究的過程中不斷發展變化。所以，學習物理的過程是壹個不斷改變對自然原有認識和觀念的過程，是壹個有意識地實現觀念自我更新的過程。二是思維方法層面。科學探究是科學家在長期探索自然規律的過程中形成的壹種有效的認識和實踐方式。最重要的是科學的思維方式，也就是我們通常所說的科學思維方式。當代科學教育理論認為，科學探究沒有固定的模式，但有壹些可區分的要素，如提出科學問題、建立假設、收集證據、提出理論或模型、評價和交流等。，這些都是科學思維和工作方法的體現。在物理課程標準中，根據這些要素，對學生理解科學探究、發展科學探究能力提出了要求。第三是操作技巧。任何實驗探究過程都需要壹些思維和操作技巧，比如控制變量、使用儀器、記錄和處理數據等。因此，除了第三個層次需要學生做實驗外，以上兩個層次都可以通過各種方式滲透到教學過程中。第二，科學探究體現了物理學的本質特征，是物理教學的重要組成部分。科學探究是物理的本質特征之壹，但在我國中學物理教學中卻壹直被忽視。國際體育委員會在《體育研究與教師教育》壹書中討論的第壹個話題是物理學的本質。文章作者A·P·弗倫奇指出:壹般來說，科學的本質是觀察和探索我們周圍的世界，試圖從已知的事物中確定壹些潛在的秩序和模式。物理學主要研究無生命的世界，總是試圖確認最基本的原理，統壹許多定律。他從科學的本質出發，指出了物理學與其他自然科學的區別和聯系。物理學的本質特征可以認為包括兩個方面。壹方面是它的程序性特征，即對自然的觀察和探索，體現了自然科學的* * *性；另壹方面是研究對象的特點和追求的目標。以無生命世界為主要研究領域，試圖確認世界最基本的原理，追求內在統壹。物理學是在追求知識統壹的過程中發展起來的。在科學探究過程中尋求事物本質特征和統壹規律的思維方法，是物理學的本質特征，也是物理教學首先要體現的。中學生對物理的理解和認識是通過親身經歷的學習過程逐步形成的。物理課不應該是聽課、記筆記、做實驗、做習題的組合，而是在教師的指導和幫助下，不斷探索物理現象的本質和內在聯系的過程，把科學探究作為物理教學改革的指導思想，這是體現物理本質、促進學生科學素養發展的要求，也是國際物理教育發展的共同趨勢。在20世紀50年代以來的第壹次國際科學課程改革浪潮中，科學探究作為壹種物理過程進入了中學課程和教學。著名的PSSC教科書寫道:物理學呈現的不僅僅是幹巴巴的事實，從根本上說，它是人類探索物質世界本質的壹個持續過程。學生在物理學習中需要經歷科學探究的過程，這是國際物理教育界普遍認可的。雖然布魯納倡導的發現法在理論和實踐中受到質疑，但科學探究對物理教育的促進作用是肯定的，在20世紀末以來方興未艾的新壹輪科學課程改革浪潮中再次得到普遍認可。研究表明，科學探究和物理知識的建構是壹個統壹的過程。在物理教學改革中，很多人擔心強調科學探究會影響學生對物理知識的掌握。用科學探究的思想指導物理教學，並不是忽視物理知識的學習，而是關註學生自主建構物理知識的過程，科學探究與知識建構在同壹個過程中發生。建構知識和傳授知識的本質區別在於，知識的傳授是自上而下的，知識的來源是教師和教材，接受者是學生。構建是自下而上的，學生的頭腦不是壹張白紙。他們對物理現象和問題有很多前概念和特殊的理解和思維方式。這些原有的認識只有通過科學探究過程中的沖突和挑戰才能真正改變，科學觀念和思維方式才能真正確立。國內外物理教育的大量研究成果表明，學生學習科學知識的過程是在其原有知識的基礎上自主建構知識的過程，學生原有知識和探究過程中產生的認知沖突對物理知識的建構起著非常重要的作用。通過探究學習物理是目前國際物理教學的發展趨勢。以華盛頓大學物理教育研究組編寫的《物理探究》(1996)為例。這本教材是在長期深入細致地研究學生如何學習物理的基礎上編寫的，完全打破了傳統的物理教材編寫模式。在前言中，作者指出探究性物理由壹系列以實驗為基礎的單元組成，壹步步地向學生介紹物理和材料科學。學生通過深入學習簡單物質系統及其相互作用，獲得科學過程的直接經驗。學生從自己的觀察開始，發展基本的物理概念，使用和解釋不同的科學表達方式，構建具有解釋和預測功能的模型。所有單元設計都有壹個明確的目的，即發展學生的科學推理能力，並提供實踐活動，將科學概念、表達式和模型與實際問題聯系起來。幫助學生在探究過程中建構知識的教學策略研究也取得了壹定的成果。這裏就舉壹個典型的例子來說明在教學過程中如何把科學探究和知識建構統壹起來。尼德勒(1987)通過對1619歲學生的研究，提出了基於新科學哲學的教學策略。其目的不是用科學理論代替學生自己的觀點，而是讓學生以探索的方式理解科學理論和自己的觀點，通過比較日常思維和科學思維的差異，達到學習科學概念的目的。這個策略包括以下六個階段:1。準備:教學幹預前的過程，包括準備工具和相關概念。2.開始:問壹個開放性的問題。3.實施:包括以下內容:提出問題或形成假設，設計並進行實驗，觀察，理論討論，總結發現。4.討論結果:課堂討論。5.與科學結論的比較:將學生的發現與相似的歷史理論或現代概念進行比較，找出差異並討論產生這些差異的原因。6.反思:鼓勵學生回顧實施過程，思考出現的特殊問題或困難。這壹教學策略的後三步反映了科學知識的社會建構過程。學生、老師、科學家被視為壹個大群體，學生只能通過探究得出個別結論，而不是普遍結論。通過對科學結論的比較和反思，將學生的個體或小群體知識發展為壹般知識，從而達到在探究過程中發展科學思維和建構知識的統壹。第四，科學探究可以激發學生學習物理的內在動機，使學生有效地學習物理課程。教師的教與學生的學存在差異，這是國際物理教育界的同壹個問題，說明傳統的教學方法並不能幫助學生有效學習。許多研究者對探究式教學做了大量的研究，結果表明探究式教學更符合學生的理解和發展過程。在物理教學中，科學探究將物理學科的探究本質和學生學習的探究過程有機地統壹起來，體現了物理教學的本質特征。從最初的理解出發，學生積極參與尋找解釋和答案的過程，真正成為探索物理世界的主體。與啟發式教學有本質區別。啟發式教學還是把教師放在主體地位，學生需要教師去啟發，往往會導致壹種有啟發而無發展的局面。科學探究可以激發學生學習物理的內在動機，充分發揮學生的學習潛能。在探究過程中，學生要明確研究問題，自己收集分析信息，做出假設或預測；要在教師的指導下，在討論證據、比較結論、將自己的結論與科學知識相比較的過程中，獲得新的觀點和新的思維方式，積極地建構、修正或放棄原有的理解和解釋，從而擴大對科學的認識和理解。這個過程涉及到深層思維過程結構的重組和元認知意義上的建構，可以提高學生的質疑、推理和批判性思維能力，增強他們對自己學習的控制力和責任感，從而更有效地學習物理。探究式教學不僅在西方國家有著悠久的歷史和相關的研究，在我國臺灣地區和香港也已實踐多年。在我國的物理教學改革中，許多教師也在嘗試探索教學，並取得了壹定的成效。然而，由於課時的限制和應試教育的壓力，高中物理課堂教學的改革受到了壹定的影響，但研究性學習和項目研究的開展對教師觀念的轉變和經驗的積累起到了壹定的作用。五、高中物理教學改革的建議雖然學生學習科學的性質是* * *，但國外、港臺的相關研究成果可以借鑒。然而，教學過程是壹個非常復雜的過程，它受到許多因素的影響和制約，其中社會環境、文化背景和學校條件是不可忽視的，而正是在這些方面，中國與發達國家存在著巨大的差異。從中國的現狀來看，發達地區和欠發達地區之間，重點中學和普通中學之間，也有很大的差異。探究教學作為壹種現代物理教學模式，應該是我們教學改革和發展的方向，但不可能壹步到位。在當前條件下，用科學探究的理念指導物理教學改革應該是可行的。關鍵在於教師對探究教學的認可和對有效物理教學的責任感。同時，教師自身對科學探究的理解和引導學生進行科學探究的能力也很重要。教師可以根據學校和學生的實際情況，把科學探究作為物理教學的指導思想，從以下三個方面入手，逐步改變傳統的教學模式，向探究教學方向發展。第壹，科學探究的思想體現在具體的教學方法和手段上。教師要抓住科學探究的本質，而不是形式化、程式化。例如，教師的教學作為壹種具體的教學方法，不僅可以成為滿堂知識教學，而且可以體現科學探究的思想，作為探究教學的補充。關鍵在於老師什麽時候用，怎麽用這種方法。第二，就像科學家的探究過程壹樣，學生的探究方式是靈活多樣的，而不是壹套具體的模式和程序。教師應註意激發學生的探究熱情，培養學生自主探究的意識和能力。第三，科學探究不壹定需要設備完善的實驗室。教師應盡量利用生活中低成本的物品，引導學生在謙遜的基礎上開展探究活動。這樣，用科學探究的思想指導物理教學的教學方法就多了起來。學生動手實驗是重要途徑之壹，但不是唯壹途徑。任何物理教學內容都是科學探究過程和結果的統壹，也是發現問題、提出問題、解決問題的過程。只是在以往的教學中，忽視了科學探究這壹過程，往往把科學結論直接講給學生聽，讓學生理解和應用，從而把科學過程和結果割裂開來。用科學探究的思想和理念指導物理教學，教師首先要營造探究學習的課堂氛圍，讓學生逐漸體驗和認識到學習物理是在教師的指導和幫助下不斷探索周圍物質世界，不斷發展自己的理解和探究能力，形成科學的思維方式和行為習慣的過程。教師要從科學發展的角度認真研究教學內容，分析科學家提出和解決問題的研究方法；在充分了解學生原有認識和思維方式的基礎上，從學生發展的角度把握每壹個重要物理問題的提出、研究和解決的過程，根據學生實際把大問題分解成小問題，最終轉化為學生感興趣並能解決的問題。為學生提供研究所需的儀器、數據或資料，引導學生用科學的研究方法和思維方式探索問題的答案，並嘗試自己或通過合作學習解決這些問題。當學生遇到困難時，他們可以使用各種方式(如多媒體教學等。)展示或再現物理學家的探究過程和思維方法，從而啟發學生。在這個過程中，引導學生積極尋求和建立知識之間的聯系，建構自己對物理世界的認識。只有這樣，物理課程標準提出的三維目標才能真正在學生身上實現。