【毕业学位论文】（Word原稿）高中物理探究教学的理论与实践-教育学

1 高中物理探究教学的理论与实践 课题 研究报告 宁波市鄞州区姜山中学 宁 波 市 教 育 科 学 规 划 课 题 优 秀 成 果 评 审 材 料 2 课题组成员： 姓 名 性别 学 历 职 称 荣誉称号 职 务 周纪良 男 教育硕士 高级教师 鄞州区名教师 教务主任 张光成 男 大学本科 高级教师 区教坛新秀 物理教研组长 沈志霞 女 大学本科 一级教师 市教坛新秀 教务副主任 倪书恩 男 大学本科 高级教师 无 政教副主任 陈丽峰 女 大学本科 一级教师 无 无 谢万钧 男 大学本科 一级教师 区教坛新秀 无 马雨峰 男 大学本科 一级教师 无 无 3 摘 要 在国外探究教学长期研究的基础上，依托义务教育阶段课程改革的已有尝试， 我们归纳了适合高中生认知水平的探究技能， 采用问卷调查法研究了高中生的探究技能现状，力图使高中的物理探究教学适合高中学生的实际水平，不简单化、形式化，提高学生的探究技能与对科学探究本质的理解水平。 我们认为开展高中物理探究教学务必加强实验，不仅是教师做给学生看，改变学生感性认识匮乏、实际经验缺乏的实际现状，更要加强学生自己动脑设计、动手做，有 自己的实验目的的假设检验型的设计性实验，把创新思维、实践能力的培养落到实处。 通过课堂教学实践和行动研究提出适合高中学生认知水平的基于合作小组的“实验 理性”探究方法，提供了操作策略与案例。采用异质小组合作学习，对课堂问题、课后习题、生活中的实际问题，开展实验探究、社会调查、图书馆探究、因特网探究。 提出将信息技术与高中物理探究教学整合的三条途径，途径之一是利用因特网的探究学习；途径之二是中学物理实验数据的计算机实时测量；途径之三是学生利用计算机建模， 模拟物理现象、过程，处理物理实验数据， 提供了操作策略与案 例。 提出将信息技术与高中物理探究教学整合的三条途径，途径之一是利用因特网的探究学习；途径之二是利用传感器进行中学物理实验数据的计算机实时测量；途径之三是利用计算机建模，模拟物理现象、过程，处理物理实验数据，主要是利用 件，提供了操作策略与案例。 我们 以物理新教材（必修模块物理 1、 2）为基本材料，研究了其中适宜探究学习的知识点、实验、习题，并且开发设计探究学习的教学案例。 优秀教学的本质在于那些组织得恰当的问题。好的开放教学要具备足够多的的示例。 通过把探究教学理论应用于高中物理教学实践中 ，为 2006 年浙江省新课改的全面推广和纵深推进在理论和实践上作了准备。 关键词： 新课改，物理教学，教学策略，探究学习，信息技术 4 目 录 一、课题研究的提出 5 （一） 本课题的研究背景 5 1、传统教学的弊端呼唤探究教学 5 2、深化物理探究教学变革 5 3、我校实施本研究课题已经具备了 基础条件 6 （二） 本课题的研究意义 6 二、相关概念的界定及理论基础 6 （一） 相关概念的界定 6 1、 探究学习与探究教学 7 2、 高中物理探究教学策略 7 （二） 理论基础 7 1、 物理学科基础保障探究教学的科学性和深广度 7 2、 心理学基础保障探究学习的自觉性，提高探究教学中师生元认知水平 8 3、 教育学思想能端正教学观念，引领教学行为 9 4、 实践性知识是开展探究教学的主要源泉 9 三、课题研究的目标 9 四、课题实施的原则 10 （一） 系统性原则 10 （二） 主动性原则 10 （三）渐进 性原则 10 五、课题的研究与实践 10 （一）课题的实施概况 10 （二）课题具体研究的过程 11 1、基础研究 11 2、实践研究 14 六、课题研究的主要成果 27 （一）学生层面实践成果 27 （二）学生层面实践成果 28 七、讨论与结论 28 八、参考文献 29 九 、 附件 29 附件 1 中学生探究学习技能 调查问卷与分析表 30 附件 2 高中物理探究教学案例举例 35 附件 3 高中物理新教材中的探究内容分析 附件 4 教师获奖论文 附件 5 教师获得荣誉 课题研究大事记 5 一、课题研究的 提出 （一） 本课题的研究背景 1、 传统教学的弊端呼唤探究教学 主要对传统的物理课堂教学过程诸要素中不符合探究式学习的方面进行分析。 教师是课堂教学的中心，教师准备上课，教师给学生讲解新课，教师帮助学生巩固复习，一切都是教师事先安排好的。不过，不是所有学生都能达到教师事先确定的目标。 学生的学习没有纳入正式管理的视野，对学生学习的管理手段主要是布置练习作业题，检查作业题的完成情况。 教学内容以教材为主，并且以高考考试考纲规定的内容为准绳，对考纲不要求的教材内容，教师课内不讲，让学生课外自己看；学生则认为教师不 教，高考不考，提不起兴致去看。这样一来，本来是为开阔学生视野，加深学生理解，完善学生知识结构，激发学生进一步学习兴趣的教材内容，被无情地抛弃了。教材以教师讲授为主，教师对学生阅读教材指导不力，学生因为缺少对教材的通读、精读，导致对教材内容不熟悉，对教材结构不清楚，对教材布局谋篇的意图更无从理解，字里行间的意思闻所未闻。部分学生高中毕业时，没有完整地通读一遍教材，精读、 钻研 更加无从谈起。部分学生尽管做了许多题目，但仅仅一知半解。教材中表格内列举的各种科学技术数据没有引起学生和许多教师的重视。把数据作为证据，利 用实际数据进行解释的意识淡薄。由于没有详细的科学技术数据作为理解概念的基础，也没有亲自动手进行探究，许多学生只是机械地记忆知识条目，记了忘，忘了再记，时间一长，没忘的又混淆了，迁移能力无从谈起。 教材中的实验没有得到足够的应有的重视。学生分组实验、课堂演示实验在相当一部分中学没有得到落实。用黑板实验代替实际实验以应付考试的现象依然存在。学生的课余小制作、小实验成了一块荒芜的田野，极少有人在那里辛勤耕作。 教学方式以多轮反复讲授为主，高中三年的教学内容赶在一年半内上完了，挤出来的时间就是做题目、讲题目，以求得 在全国统一考试中取得分数上的优势。教育为学生的终身发展奠定基础被唯一地解释为考上大学，考上更好一些的大学。由于过多地迎合了家长的需要，而不顾及国家的需要，学校被社会异化为升学机器，升学率高，就是好学校。只从结果评价教师，班平均分高的教师就是好教师，不管该平均分取得的综合因素 。由于升学率成了评价学校和教师的唯一标准，费事费时的探究式学习受到教师、教学计划、教学时间、教学评价、学校、社会等多方面的制约。 解题一般采用“题型 +方法”的训练方法。这种以应付考试为主要目的的解题训练，缺少实际生活的基础，虽使得一部分学 生的逻辑推理能力得到强化，但更多的一部分学生则做过的题目会解，没做过的不会做，还有一部分则纯粹是套公式，公式套对了，则对，套错了，则错，根本没有建立依据物理学的基本规律，结合实际情况进行具体问题具体分析的能力。这使得一部分学生认为高中阶段所学的知识在实际工作中根本没用。因为这种教学方式和学习方式没有实现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，只是给学生一堆僵化的知识，而没有极大地激发学生的思维；学生也没有学以致用，没有极大地提高自己的能力，因而产生了这种学习无用的思想。 新世纪需要新的人才，培养新的人 才要求新的教育，新的教育要求新的课程，新课程倡导新的学习方式，新的学习方式 需要 在新的探究教学的过程中形成。因此必须对高中物理探究教学过程进行理论研究。 6 2、 深化物理探究教学变革 高中物理新课程标准倡导教学方式的变革，提倡 科学探究教学，但我们发现在当前中学物理探究教学研究和实践中存在如下问题。 缺乏对高中物理探究教学过程的系统研究 较多教师对探究教学的认识是零散的、不系统的，造成在教学实践中处于模仿和被动理解状态。 物理探究教学实施策略和途径的匮乏 首先，缺少对高中学生的探究技能现状的调查 ，不能有针对性的对学生必要的探究技能技能进行训练； 第二，对如何实施物理探究教学的策略缺乏深度探索，致使探究教学形式化，比较肤浅。第三，在实施探究教学时，只注重通过新课教学这一途径进行 探究，而没有从物理教学其他途径（实验教学、课外实践活动、习题教学等方面）实施探究教学。同时对教材可以实施探究教学的探究点缺乏系统研究，造成对探究点的把握不准。 3、 我校实施本研究课题已经具备了 基础条件 周纪良同志经过三年教育硕士的学习已有一定理论功底，并积累了相当数量的关于探究教学的素材。我校的物理实验室条件已经达到市先进水平。 我校办公室电脑全部开通 带网，校园内外采用光缆连接，市教育局批准我校为市现代教育技术 示范学校。我们物理组由物理教师和信息技术教师组成。许多年轻同志已掌握了计算机软件的使用方法，以及传感器与计算机数据处理的技术。 针对当前高中物理探究教学研究和实践中存在的问题，课题组根据教学实际，经过浙江师范大学教授和物理特级教师的论证提出高中物理探究教学的理论与实践这一研究课题，并于 2004 年 8 月被立项为宁波市基础教育教学课题。 （二） 本课题的研究意义 （ 1）高中物理探究教学的理论与实 践，能提高教师的课程素养，革新传统的课堂教学，落实新课程理念。 （ 2）高中物理探究教学的理论与实践，能转变学生的学习方式，使学生树立学生的探究意识，训练学生的探究技能。 在高中物理中施行探究教学的意义在于 ： 能够有效地鼓励学生思考，激发学生思维，养成良好的思维习惯，宏扬质疑精神；保护好奇心，练就获取新知能力；掌握物理知识，培养探究技能；鼓励合作学习，具备创新能力；提高科学素养，熏陶科学精神。 二、 相关概念 的界定及理论基础 （一） 相关概念 的界定 1、 探究学习与探究教学 科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于 此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。 科学探究 也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。 1 本课题组所界定的“ 探究学习 ” 是上述第二层意义，即学生自主参与知识的获取过程，获得探究自然的各种技能，领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的1 美国国家研究理事会美国国家科学教育标准科学技术文献出版社 1999 7 态度与观念 思想与方法 知识与操作技能 物理课堂探究教与学 科学探究 教育学基础 物理学基础 心理学基础 实践知识 方法而进行的各种课内外活动。 探究是一种复杂的学习活动。它涉及到观察现象；提出问题；查阅书刊及其他信息资源以便了解已有的知识；设计调查和研究方案；根据实验证据来核查已有的结论；运用各种手段来搜集、分析和解释数 据；得出答案、进行解释并做出预测；把结果告之于人。探究需要明确假设、运用批判思维和逻辑思维、考虑各种可能的解释。 2简单地讲，探究就是寻找问题和解决问题的过程，是一种人类的思考方式、一种寻找证据的方法、一种了解事物的过程。 探究教学是以学生自主参与知识的获取为主要特征，以教师的适当引导或共同参与探究活动为主要指导方式，以掌握基础知识和探究技能、激发思维能力，培养探索世界的积极态度为目的的教学活动。 探究教与学的核心是学生知识的自主建构 3，具体操作中应以问题解决、项目完成、任务解决为引导；以实验为基础，让学生自 行设计实验、亲自动手实验来证伪或证实假设；以学生知识结构形成为目的；潜移默化形成学生的优良气质与合作意识；有益于学生的终身学习和可持续发展。 2、 高中物理探究教学策略 高中物理探究教学策略是指在探究教学理论的指导下，在高中物理探究教学实践经验的基础上，为建构学生的知识结构，发展学生的探究能力，培养学生的科学精神，提高学生的科学素养，而建立的课堂教学的结构（顺序排列）和师生间连续的有实在内容的交流。 （二） 理论基础 高中 物理探究教学的 理论与实践课题是建立在 物理学科基础、心理学基础、教育学基础、实践性知识 等 四 类 的基础上的 。它们的相互关系如图所示 1、 物理学科基础保障探究教学的科学性和深广度。 物理学科基础包括物理学史、科学哲学观、中学物理学科知识体系等。 （ 1） 物理学史 物理学史是研究物理学辨证发展的过程的规律的一门学科。物理学史对解放人类思想，破除迷信，宏扬理性具有十分重大的价值。物理学史对于物理教育的作用可以概括2 美国国家研究理事会科学、数学及技术教育中心科学探究与国家科学教育标准罗星凯等译北京：科学普及出版社 2004 (8)14 3 任长松探究式学习：学生知识的自主建构博士论文北京师范大学 2003 8 为以下十一个方面：优化教学过程、培养科学思维、激发学习兴趣、学习科学方法、提高人文素养、树立哲学理念、接受美学熏陶、辨证教学关系、借鉴历史经验、明辨科学是非、宏扬科学精神 4。 从学习物理学历 史过程中我们可以吸取不少的经验和教训，从物理学史记录的科学家的真实探索中获得有益的启迪。让学生探究物理学中主要概念的发展历史或者利用历史上的一段经典探究范例来代替教材中简单呈现的结论，例如利用因特网了解海王星的发现历史，理解科学探究中提出问题、建立假设、寻找证据、进行实验检验、发表的科学流程。学生在同样获得知识的同时，还受到了物理学特有的人文气息的熏陶，更明了了知识发现的过程，促进了态度与价值观的形成。充分挖掘与利用物理学史是开展探究教学的一个重要方面。 （ 2） 科学哲学观 爱因斯坦曾这样谈及物理学与 哲学的关系：科学研究的结果，往往使离开科学领域很远的问题的哲学观点发生变化。在中学物理教学中，对科学的理解应该把握几个尺度。 首先，科学知识、科学观念是一个目前来讲正确的但又逐渐演进的知识体系。讲基本的科学知识体系是正确的，有利于科学知识的传承；讲科学知识是演进的，有利于人类的理性的批判反思。我们要通过物理概念规律的教学，帮助学生建立科学的知识结构，培养分析解决问题的能力，以利于学生的终身发展。 其次，按照现代科学的观点，伽利略、笛卡儿、牛顿建立的牛顿力学体系和所包含的哲学思想，如机械决定论、还原论不能当作 高中阶段的终极真理进行教学。高中教学中不能太绝对、太线性、太完美。应该给予学生有关现代科学的激动人心的事实与观点，激励他们去探索。 第三，现在的科学教学过于强调科学理性的一面，弱化人文的一面。基础教育中，应该将科学（ 理性与逻辑，故事（ 想象力与文化，精神（ 感觉与创造性结合起来，这是后现代主义的 3S。 （ 3） 中学物理学科知识体系 中学物理学科知识体系，包括物理学的知识、方法与思想、生活物理、物理学前沿、育等，是学生必备的基础科学知识结构。通过对中 学物理学科知识体系的探究学习，能够将学生从小学、初中时期的感性直觉思维为主，发展成为以理性逻辑思维为主。 物理顾名思义为“万物之理”，物理知识不是形而上学，纯粹哲学里的东西。物理就在我们身边，物理知识涵盖了人类生活的整个时间空间。从步行到马车到汽车到飞机到个人飞行器；从平抛运动到人造卫星到空间站；从太空旅馆到火星探测到星际旅行，从普通电键到声控开关、感应自动门、自动灯，从双线绕法到漏电保护器，从压力锅到太阳能热水器到电磁灶到微波炉；从电磁波发射和接收到电视、手机、因特网；从全反射到光纤通讯；从光电效应到有声 电影到自动控制；从哈勃望远镜到哈伯常数到宇宙大爆炸；从信鸽识途到海豚超声定位到全球定位系统 。物理知识联系着人们的衣食住行，物理知识联系着现代社会的生活、生产、科研和高新科技和科学发展的前沿。学以致用是物理学习的根本。要通过学习方式的变革，突显现代学习方式的直接性、体验性、问题性、应用性。 2、 心理学基础保障探究学习的自觉性，提高探究教学中师生元认知水平。 心理学进展不断改变着人们原有的关于教师、学生、学习的观念。 （ 1） 建构主义理论 4 蔡铁权物理学史与物理教育浙江师范大学学报第 23 卷第 3 期 2000 8 9 建构主义认为：知识是学习者在一定的情景下，借助于他人的帮 助，利用必需的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。建构主义学习理论强调：以学生为中心，学生是学习的主动建构者，教师只起辅助和指导作用。强调情景对意义建构的作用，要充分利用学生原有的认知结构中的有关经验进行意义建构。强调协作学习。即在他人指导和相互协作中学习。强调对学习环境的设计。 （ 2） 人本主义心理学 人本主义心理学重视学习的情感因素，其代表人物是罗杰斯和马斯洛，人本主义学习观主张学习是人性的自我实现，是学习者内在潜能的发挥；学习者是主体，必须受到尊重；有效学习的重要条件是人际关系；最有用的学习是 学会学习。 罗杰斯提倡的意义学习，而这种意义学习是以自由为先决条件的，即允许学生自由地进行自发的、自我依赖的学习，在这种学习系统中，学习者可以自由地去实现自己所有的潜能。他提出教学中应以学生为中心，反对把学生看作 “较大的白鼠 ”和 “较慢的电子计算机 ”。意义学习的动机是产生于人类基本的自我实现倾向。其学习目的是使学生成为一个能充分发挥作用的人。教师所扮演的是一个促进者的角色。 3、 教育学思想能端正教学观念，引领教学行为 主体性教育理论对谁是主体的问题，大致有以下几种观点 “学生唯一主体观”认为，在教育、教学过程 中，学生始终处于主体 内因的地位，而教师始终处于客体 外因的地位。 “教师唯一主体观” 站在教学中“教”的立场上认为，教师是教育的现实主体，学生是教育的现实客体。 “师生双主体观”认为，教师和学生是主体，教育内容是客体。 在探究教与学过程中，“学生是一个积极的探究者，教师的作用是要创设一种能够使学生独立探究的情景，而不是提供现成的知识，学生不是被动的、消极的知识接受者，而是主动、积极的探究者”（布鲁纳），学生是当然的主体，教师应该把学生看作认真的学习者，没有这个基础，探究教学是一场梦。教师应该是学生知识建构 的帮助者、促进者、引导者。 4、 实践 性 知识是开展探究教学的主要源泉 教科书中提供了一部分探究实例，更多更好的探究课题产生于教学实践中，要靠积累型反思型的教师和专家共同编写探究范例，最好根据地区、学校实情、学生实际编写校本探究课程。好的开放教学要具备足够多的的示例。通过一组几个、十几个案例，几十学时的探究，学生必将获益良多。教师展开探究活动的实践知识的总结提高升华是下一次探究教学成功的关键。新课程的改革，必须注重教师专业的再培训。探究教学的实施，必须依靠一线教师的创造性劳动。 三、课题研究的目标 高中 物理探究教学的理论与实践，既承担了改变教师的教学观念和教学方式的任务，又承担了转变学生的学习方式 的双重任务 。 通过此课题研究要达到以下几个目标： （一）通过对国内外探究教学发展的研究，将构建出适合 高中物理探究教学的过程 ，来指导开展高中物理探究教学 。 （二） 采用问卷调查法研究高中生的探究技能现状， 探索 适合高中生认知水平的 探究技能训练项目 。 （三） 通过 课堂教学实践和行动研究，提出适合高中学生认知水平的“实验 理性”探究方法， 并 提供操作策略与案例。 探索出 将信息技术与高中物理探究教学整合的 有效 10 途径 。并能 提供操作策略与 案例。 （ 四 ） 以物理新教材（必修模块物理 1、 2）为基本材料，研究其中适宜探究学习的知识点、实验、习题，并且开发设计探究学习的教学案例。 （五） 通过课题研究，提升课题组教师的科研水平，积累一定数量的具有学术价值的教学案例，发表一定数量的课题研究论文。 四、课题实施的原则 本课题实施过程中应遵循的几个原则： （一） 系统性原则 为了弄清探究教学的本质， 本课题必须通过大量的国内外文献的研究，系统地总结出国内外探究教学发展的历程，归类分析探究教学的模式、方法和特征，并归纳得出高中物理探究教学的过程。使广大教师对探究教 学意义、本质和操作方法等有比较系统的认识。 （二） 主动性原则 根据 建构主义理论，学习是主体对知识的主动建构的过程，不是在外部刺激作用下形成反应的过程。因此，学生学习过程中的主体能动性对学习效果的影响起着决定的作用。 在把握、实施高中物理探究教学策略时，应把学生学习过程中的主体能动性放在首位，使学生主动地参与教学过程，并在其中积极地去探索、去认知，并将知识、方法内化为自己认知结构的一部分。 （三） 渐进性原则 人们对任何一个新事物的接受总需要一个过程，高中物理探究教学也不例外。我们在实施本课题研究中 ， 课题组成员需要不断学习，不断总结。在课堂教学中不断试验，不断反思，切不可盲然追捧探究教学，忽视传统的接受式教学，应当两者并重。 五、课题的研究与实践 （一）课题的实施概况 1、课题研究的准备阶段（ 2004 年 4 月 2004 年 10 月） 在课题组组长周纪良老师的组织下，课题组成员查阅了国内外相关文献，确立了课题并完成开题报告 。并邀请了区教研员何丰明老师、浙江师范大学蔡铁权教授、朱铁成教授和李伟健教授，对该课题进行了可行性论证。 本课题组成员周纪良、沈志霞老师对该课题作了总体的设计，并对该课题作了申报 工作，确立为 宁波市教学研究系统研究课题。 课题组组长周纪良老师 完成了国内外探究教学发展概述。 2、课题研究的实施阶段（ 2004 年 11 月 2006 年 2 月） 在学校领导支持下，对本校高一年级的部分学生进行了 “高中生探究学习情况 ”问卷调查，并撰写了调查报告。 学校课务安排上每周有 3 节物理课， 1 节物理活动课。教学上安排每周一次集体备课，每学期每位教师都要上好一节 探 究性的评议课。 主要采用行动研究法、案例研究法 、经验总结法等，结合课堂教学的设计和实施具体研究，广泛收集案例，认真分析案例，在具体教学实践中不断反思，调整 教学设计和实施，总结经验，积累具体研究资料和成果。 3、课题研究的总结阶段（ 2006 年 3 月 2006 年 8 月） 11 课题组全面整理课题研究资料，分析总结课题研究情况，汇集课题研究成果，撰写研究报告，编印论文专集，进行课题结题鉴定汇报活动等。 4、经验推广阶段（ 2006 年 9 月始） 对 高一 年级进行新课程 探究 教学 实践 。 （二）课题具体研究的过程 1、基础研究： （ 1） 高中物理探究教学的过程 高中物理探究教学的过程 以怀疑为出发点，需要发现、形成、提出问题；以实证为判别尺度，需要收集证据，利用证据进行逻辑推理；以逻辑作辩论的 武器，需要提出解释、得出结论、自我辩护、合作交流。 1、 形成问题的方式、建立假说的策略 形成问题的方式 教学活动中，按照问题提出的主体来分，问题的来源有三个： 教师提供的问题； 学生提出的问题； 师生交互中产生的问题。 为了能够有效的开展课堂探究教学，培养学生的探究过程技能，教师应主动发展符合探究教学的口头提问能力。提问应能启发问题的产生，探查问题的存在，寻找问题的出处。课堂讨论的内容要反映探究的过程。 5以下是符合探究教学的典型提问： “你们猜这跟哪些因素有关？” 猜想； “你怎么知道是这样？” 方 法； “你为什么这么想？” 证据； “谁还有什么别的发现吗？” 寻找更多证据，修正已有解释，合作交流。 要让学生提出自己的问题，必须维护学生的好奇心。要让学生提出有深度的问题，必须要给学生足够的等待时间、思考时间，有问题形成和酝酿的时间。要获得学生对解决问题情境的最大投入，须控制不对学生的回答做出补充。要让学生提出持续的问题，教师必须有能力引导学生解决问题，教师提供指导和帮助时尽量采用的提问的方式。 师生在讨论中，将产生大量的问题。高质量探究的关键：教师能进行符合探究教学的有效提问，学 生能形成探究性问题。 建立假说的策略 假说是对所要研究的问题提出的暂时性、推测性的回答，或者对所观察的现象的一个假设性、猜测性的解释。 高中物理探究教学中提出假说应注意： 假说要有一定的根据。学生提出假说时，一般会综合过去的经验和各种相关的信息来解释现象产生的原因。调查表明 6，学生在生活中与现行教学中提出了一个暂时性的回答后，没有进一步检验自己假设的意念和行动。 解题教学中培养学生的证据意识。假设 检验是导致科学发现的方法之一 7。 对某一现象，观察、积累体验、获得经验、进行评论、提问、探索后，假说可能随之 产生。建立假说前要有实验体验。 创造力阶段论 8（ 创造过程分为四个主要的阶段：准备期、酝酿期、启发5 张红霞科学究竟是什么北京：教育科学出版社 2003 48 6 附录 1中学生探究学习技能调查问卷问题 32 7 森克， 恩认知心理学上海：华东师范大学出版社 2004 第四版 439 8 森克， 恩认知心理学上海：华东师范大学出版社 2004 第四版 500 12 期、确认期。提出假说一般位于第三阶段，检验在最后阶段。提出假设前，必须先提出问题，明确问题，积累经验。引导探究的是问题，不是假说，如滑动摩擦力与哪些因素有关，又如重物比轻物下落得快慢的探究。假说是在实验操作过程中总结获得的。如如滑 动摩擦力可能与接触面大小有关就是一个假说，正确与否要用实验验证 。 亚里士多德对他假说的验证是日常生活经验，物体推一推动一动，不推则停止。伽利略则通过理想斜面实验进行验证。 对物理学史上某个“假说”提出的前因后果的过程学习。例如万有引力定律应用的教学中，海王星的发现就是一个科学探究中发现问题、建立假说、进行理论推理、实验检验、证伪假说修正理论或证实假说发展理论的范例。科学探究过程具体分析如下：首先，发现问题。 1781 年发现的第七颗行星天王星的运行轨道，总是同根据万有引力定律，考虑六大行星对它的引力作用后计算出来的理论轨道有一定偏差。第二，形成假说。有人推测，天王星轨道外还有一颗未发现的行星，它对天王星的引力作用引起了上述偏差。这个假说是对所要研究的问题提出暂时性的回答。但这 种假设是一种更高级的猜测，是建立在万有引力定律之上的系统的有理论依据的猜测。第三，理论推理，实验检验。亚当斯和勒维列分别计算出这颗未知行星 命名为海王星。 1846 年 9 月 23 日，德国柏林天文台的天文学家伽勒根据勒维列提供的海王星围绕太阳运动的轨道数据，用望远镜观察到海王星，从而确认了这颗太阳系的第八颗行星的存在。第四，证实假说发展理论。海王星的发现不但意味着推测 假说的成立，也又一次证明了万有引力定律的正确。 2、 收集证据的途径、提出解释的方法 收集证据的途径 高中物理教学中，证据在逻辑推理过程中使用。证 据包括科学解释所依赖的观察结果和数据 9。证据的来源有直接证据，如观察的结果、实验的结果；间接证据如已公认的知识、实验数据和结论。用作证据的实验数据应经得起别人重复实验的检验。 对学生来说，只要是围绕自己所探究的问题的种种观测结果、实验数据、相关的说明和解释，都可以称之为证据。 使用证据的规则 论证过程分原理、证据、推理过程、结论几个部分。证据与结论之间应有严格推理作为保障。推理可以分为有效推理和无效推理 10。 一个结论被判定错误了，要让学生分清错误的根源是原理应用错了，还是证据不适用，抑或是模型不适用，还是推理 过程错了。学生们能够参与提出论据、据理力争和作出解释的能力，都要靠平时的训练来培养。 11 提出解释的方法 在物理教学中，要培养学生证真的思维，也要培养证伪的意识。即对某些结论，只要举出一个反例，就可证明它伪。 解释是科学事业的核心。科学的目的是对已有的世界的解释。解释种类有描述式解释，定性式解释，定量式解释。描述（陈述）是对观察、实验的记录。描述是解释的基础。描述是证据，解释是观点。 科学的解释就是把现有的科学知识和来自观察、试验、模型的新证据组合成具有内9 美国国家研究理事会美国 国家科学教育标准科学技术文献出版社 1999 141 10 森克， 恩认知心理学上海：华东师范大学出版社 2004 第四版 11 美国国家研究理事会美国国家科学教育标准科学技术文献出版社 1999 53 13 在一致的，符合逻辑的说明 12。培养学生证据意识是 要在培养推理论证能力的过程中实现。 解释数据的方法一般有逻辑法（归纳、演绎、反证等），图表法，计算机辅助法等。提出解释需要注意： 逻辑过程简明。 注意常见的逻辑错误 13。如以偏概全，一次观察得出普遍结论；相关解释为因果；无法证明不存在即为存在；科学解释与随意解释。当他人对你的解释提出质疑时，你的解释就成为一种为证明自己所言正确的辩护。学生提出自己的解释是将所观察到的与已有知识联系起来学习新知识的方法。对于学生，这意味着对理解的更新。 3、 结论评价的重要、合作交流的技巧 结论评价的重要 探究学习有四个特点 14，第 一个特点是“学生自主地抓住自然的事物、现象，通过探究自然的过程而获得知识。”第三个特点是“旨在有效地形成认识自然之基础 科学概念。”这两个特点指出了探究学习不仅要关注过程，也要注重得出结论，不能仅仅停留在探究的过程中，而且要让学生最终获得知识结构的更新。 自主地发现问题所在，严密地分析问题，善于得出适当的结论，可以培养学生的决策能力。 “懂得科学和有科学的本领还可使学生们有足够的能力胜任将来的各种重要而富有成效的工作。工商企业者所需要的新就业者就是那种善于学习、善于推理、思维有创造性、能决善断、会解决问题的人 。” 15 合作交流的技巧 彼此间把自己有的提供给对方；或者相互沟通叫做交流。科学探究和学生学习科学的一个重要阶段就是口头和书面交流。交流的手段有口头、电子、书面、绘画、图表、模型、数学等各种交流方式。 开展探究教学需要发展学生的合作交流技能。为了促进合作，需要给学生讲授、示范一些合作技能，例如共享科学资料、专注于自己的任务、按计划完成任务、承认组员的贡献、帮助组员、获得组员帮助、在组中谈话时使用适当的语气、主动倾听、复述他人的科学思想、协商必要时让步、对问题的答案进行判断、坚持自己的看法等。 （ 2） 高中生探究 学习情况调查 与分析 要有效开展探究教学，必须了解学生的对 于 探究的认识，对待探究的态度，已有的探究技能的情况。 本调查目的是了解高中学生的探究学习技能理解和运用情况。设计分为探究态度、探究技能、和探究的元认知三个维度。维度一 探究态度 设计 11 个问题；维度二 探究技能 包括探究流程模式与和探究基本技能、整合技能，共设计 54 个问题；维度三 探究的认知与元认知策略 设计 11 个问题。共计 76 个问题。 调查对象： 姜山 中学 2004 级 高一（ 1）班， 53 人；高一（ 5）班， 52 人；共 105 人，有效问卷 102 份。采 集有效数据 102 76=7752 个。 从调查结果看： 调查发现，高一学生的探究态度良好，好奇心较强；提出问题意识较差，自主提出问题能力不强，占 ；比较喜欢猜想，但对于学习中的想法、假设不太愿意动手验证检验，占 对于生活和学习中的想法，更少去设计实验验证，占 12 美国国家研究理事会美国国家科学教育标准科学技术文献出版社 1999 13 张红霞科学究竟是什么北京：教育科学出版社 2003 86 14 钟启泉 现代教学论发展 教育科学出版社 1988 363- 364 15 美国国家研究理事会美国国家科学教育标准科学技术文献出版社 1999 14 探究技能 科学过程技能 科学探究流程模式 基本技能 统整技能 原因可能是学生认为生活中缺乏做实验的条件，占 家里没有一个工具箱，进行实验、收集证据意识薄弱，分析得出结论情况较好；合作意识欠强，反映出的问题是自我评价高的学生愿意帮助别人，自己评价低的学生， 不愿向他人学习。 平均得分小于 3 分的问题分析 平均得分小于 3 分的问题，合作与交流所占比率最大 主要表现为缺少学习伙伴，不愿意向他人求教，自己评价高的愿意帮助别人，自己评价低的，不愿向他人学习。对于提出问题，平均得分小于 3 分的问题占 60%，主要表现为没有提问的习惯，提不出明确的问题。对于分析与论证得出结论，平均得分小于 3 分的问题占 主要表现为对问题的假设或想法，形成后不太会动手用各种实验或各种推理来证明它是正确的，较少或不习惯用数字或数学关系式表达生活中的实际问题 回答得分最 高的是探究态度与探究的流程模式。对于探究的流程，每个学生 基本上 了解。 学生自己动手进行实验的条件极其缺乏，问题 9“在我的生活中，缺乏条件去做一些实验”，完全符合我的实际情况占 大部分符合我的实际情况占 有点符合我的实际情况占 问题 36“我会把生活中的实际问题用数字或数学关系式表达出来。”完全符合我的实际情况与大部分符合我的实际情况占 利用数学解决生活中的实际问题意识薄弱，实践缺乏。 调查启示 开展物理探究教学能够保持和激发学生的好奇心，满足求知欲望，是受学生欢迎的，有相当的学生基础。但要有效开展探究教学，以下三点必须重视： 首先，开展高中物理探究教学务必加强实验，不仅是教师做给学生看，改变学生感性认识匮乏、实际经验缺乏的实际现状，更要加强学生自己动脑设计、动手做，有自己的实验目的的假设检验型的设计性实验。开展实验教育，学校、社区、家庭都要采取行动。学校要开放已有实验室，更新仪器，加强专职指导教师。学校、社区要共建实践场所、调查单位，定期组织社区内的专家进行讲座，辅导学生创新实验。家庭应鼓励学生进行家庭小实验、小制作、小发明。 其次，物理教学中重视理论基础是中国教育的传 统之一。演绎推理是学生的强项，实验和归纳推理是学生的弱项，探究教学中要有意识地培养学生自主发现问题、提出问题的能力，注重学生个人认识史中的原始创新。 第三，要培养学生的合作意识。调查反映出的问题是自我评价高的学生愿意帮助别人，自己评价低的学生，不愿向他人学习，认识到这点，在合作探究教学中教师应有所作为。 2、实践研究： （ 1） 高中物理探究技能的分类与训练 综合文献，探究技能包括科学过程技能和科学探究流程模式两项。结合我国科学教学实际情况，以及高中生的认知特点，将科学探究过程所需的技能分为基本技能与统整技能两 大类。基本技能分七种：观测、分类、预测、推理、建模、信息、交流。统整技能又分五种： 形成假设、操作型定义、控制变量、实验、解释资料并得出结论。 下图是探究技能的分类图： 15 科学探究流程模式是一种思考模式，是关于如何进行科学探究的认知策略，也是人们对科学探究的理解。例如我国九年义务教育物理课程标准（ 2001）、普通高中物理课程标准（ 2003）提出 7 项科学探究要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。这是我国初、高中物理教学对科学探究流程模式的概括。 科学探究流程模式都是对科学家们的科学研究活动的模仿，具体统合了科学过程的各种技能，可以使学生增强处理问题的能力、思考判断能力与创造能力。 科学过程的基本技能 有： 观测，包括观察（ 测量（ 观察的训练项目： 观察的客观性的训练。观察的记录或者观察的描述必须与研究对象的客观实际相符。描述是解释的基础，描述是证据，解释是观点。 16解释不是事实；想象不是事实，推理不能代替事实。观察的记录或者观察的描述最好能够量化。能够用列表法记录观察数据。表达时要将证据（事实）和观点分开。 观察的准确性的要求。观察应该科学、仔细、一丝不苟。要尊重数据，保留原始数据，不篡改数据。在知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观三维课程目标中，观察是技能的一种；诚实属于第三维目标情感态度价值观。诚实是科学思维方法和科学工作的基础。在科学界，诚实受到高度赞扬。在科学课程中有许多机会展示诚实的意义和价值。 观察的结构性的指导。科学观察是有理论指导的观察。观察要事先确定目的，事先或事中制定观察计划，宜在一定的理论指导下进行探究。 观察的易错性的重视。观察的错误来自观察者、仪器和被观察对象。 观察的重复性的 认识。对一个自然现象的科学观察，一个观察者多次的观察的结果在误差允许的范围内应保持一致，其他观察者在同样的实验条件下也应能获得相同的观察结果。 测量的训练项目： 测量系统的选择。了解什么时候使用什么测量系统。这是测量的一个重要训练目标。例如要测量金属导线的直径，测量精度要求 游标卡尺，而不是毫米刻度尺或螺旋测微器。 测量仪器的操作。基本仪器的操作训练是中学理科教学中培养学生技能的一个重要途径。 原始数据记录。例如总是报告和记录你观察到的东西，而不是你想象应该 是的东西，也不是你认为老师想要的东西；不要因为与其他人得到的结果不同而涂改自己的原始数据，改变自己的计算结果。 估算水平的提高。例如要学生比拟 1 摩尔气体在标况下所占的体积 多大，许多同学不能正确回答。说明学生没有受到估算的训练。在本文所做的高中生探究技能调查问卷第 50 题中“初到一个教室，我能估计出这个教室面积有多少平方米”。只有约26的高一学生自认为能估计出，约 49自认为不能估计。 5 分为最高分，该题平均得分是 。 分类（ 在深入观察的基础上，将观察到的不同事物 用一定的标准加以整理归类的过程。 16 张红霞科学究竟是什么北京：教育科学出版社 2003 71 16 分类的训练项目： 分类标准的确定。进行分类首先要确定分类的标准或依据。例如可以把带电粒子在匀强电场中的运动情况进行分类。分类标准是初速度和磁场方向的夹角。 两分法和多分法。 根据每次划分所得子项的数量不同，分类分为二分法和多分法。例如物理量在解决问题中按照已知与否可以分为已知量和未知量，未