（课程与教学论专业论文）物理科学探究教学研究.pdf

中文摘要 随着知识经济、信息社会的到来，人类的生存环境与生活质量越 来越依赖于科学技术的发展及其合理的应用。物理学作为一门基础自 然科学，如果不改进传统的以传授自然科学知识为主的教学模式，就 无法焕发物理教育内部的生机和活力，素质教育便无法真正实施，国 民的科学素质将难以提升。因此，在物理教学中，以素质教育为理念 的科学探究教学研究，将是社会发展对教育要求的必然。 本文共分六章。第一章主要阐述了科学探究教学是当今物理教学 改革的呼唤，包括本文的选题背景和价值意义两部分。第二章主要展 开了对物理科学探究教学的理论探讨。其中阐释了它的四个理论基 础：哲学、心理学、教育学以及系统方法论基础，定义了物理科学探 究教学的具体涵义以及其应达到的教学目标，并指出了其教学特征和 应遵循的原则。 第三章的第一节首先探讨了国外的几种科学探究教学模式，并结 合中国的国情和中学物理教学的现状以及笔者在中学物理教学的实 践，提出了自己的有效的物理科学探究教学模式八环节模式，即 创设问题情境、科学提出问题、猜想预期结果、设计实验、实验探究 记录数据、数据处理得出结论、评估结论及小组交流应用创造，接着 就该模式阐述了其具体的实施策略。第二节着重论述了物理学中适合 科学探究教学的内容，即基本概念和规律、探索性实验、日常生活现 象以及物理前沿技术等。 第四章探讨了物理科学探究教学中情感培养的涵义( 心理学角 度) 和实践( 爱、行、实、美四个方面育情) 。第五章的前三节分别 阐述了物理科学探究教学评价的意义、特点和原则。第四节根据其实 施过程及素质教育评价理念制定了评价的标准，即1 0 个科学指标。 第五节就1 0 个科学评价指标和具有针对性的评价方法，探索出了“定 性半定量”的评价体系，并对其与传统教学评价作了比较。 第六章指出了物理科学探究教学存在的问题及建议。 关键词：物理科学探究教学，有效模式，教学评价 a b s t r a c t w i t ht h ec o m i n go fk 1 1 0 w l e d g ee c o n o m ya n di n f o n n a t i o ns o c i e 哆，m e e n v i r o n m e n ta n dq u a l i t yo fh u m a l l1 i f ec o m et od e p e n dm o r ea n dm o r eo n t h ed e v e l o p m e n ta 1 1 d 印p l i c a t i o no fs c i e n c ea i l dt e c h n o l o 科a sab a s i c n a t u r a l s c i e n c e ，p h y s i c s a i m sf o r p r o m o t i n gp e o p l e s s c i e n t i f i c a c c o m p l i s h m e n t a c c o r d i n g l y ，i no r d e rt oc 邺7o u tq u a l i 哆e d u c a t i o n ，i ti s e s s e n t i a lt o i m p m v et r a d i t i o n a lp h y s i c st e a c h i n g a n dt 1 1 es t l l d yo f s c i e n c e i n q u i r yt e a c l l i n gi n 廿1 ef i e l do f p h y s i c sb e c o m e san e c e s s i 够 t h i st h e s i sc o n t a i n sf i v ec h 印t e r si nt o t a l t h ef i r s t c h 印t e r ，w h i c h i n c l u d e sb a c 坞m u n da n ds i g n 值c a i l c eo fm es u b j e c t ，曜u e st h a tp h y s i c s s c i e n c e i n q u 时t e a c h i n gi sm ei n e v i t a b l er e s u l to fr e f b 瑚a t i o ni nm o d e m t e a c h i n g a n dt 1 1 es e c o n dc h a p t e rf o c u s e so nm et l l e o r e t i cf o u n d a t i o n ， n a m e l y ，p h i l o s o p h y ，p e d a g o 野，p s y c h 0 1 0 9 ya 1 1 ds y s t e m i c _ m e t h o da 1 1 dt h e d e f i l l i t i o n ，a i m s ，f e a t i l r e sa n dp r i n c i p l e so fs c i e n c e i n q u i ut e a c h i n ga r e g i v e na sw e l l i nm e “r dc h 印t e r ，s e v e r a lf o r e i g ns c i e n c e - i n q u i d rt e a c h i n gm o d e si s d e m o n s t r a t e di nt h ef i r s ts e c t i o n ，t h e na c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o na i l d r e a l i t ) ，o fp h y s i c st e a c h i n gi nc h i n a ，t h ea u m o rp u t sf o n v a r da ne f 诧c t i v e s c i e n c e i n q u i 可t e a c h i n g m o d ei n p h y s i c s e i 曲t 一1 i n km o d e ，w h i c h c o n s i s t so fc r e a t i n gc i r c u m s t a n c e ，豫i s i n gs c i e m i 矗cq u e s t i o n ，g u e s s i n g a n da n t i c i p a t i n go u t c o m e ，d e v i s i n ge x p e r i m e n t ，c a l l 了i n go u te x p e r i m e n t a n dr e c o r d i n gd a t a ，t a c k l i n gd a t aa n da v i n ga tac o n c l u s i o n ，e v a l u a t j n g t h ec o n c l u s i o n ， d i s c u s s i n ga n di n n o v a t i n g f i n a l l y ， t h ei m p l e m e n t i n g s t m t e g yo ft h et e a c h i n gm o d ei si 1 1 u s t r a t e di nd e t a i l t h es e c o n ds e c t i o n d i s t i n g u i s h e st h ec o n t e n t si np h y s i c s f i tf b rs c i e n c e i n q u i i yt e a c h i n g i n c l u d i n g s o m em n d 锄e n t a ln o t i o n sa n d 1 a w s ，e x p l o r a t o r y e x p e r i m e n t a t i o n ，d a i l yp h e n o m e n a ，a i l da d v a n c e dp h y s i c a lt e c l l n o l o g y a n ds oo n t h ef b n hc h 印t e re x p l o r e sm e a n i n gw 1 1 i c hi sb a s e do np s y c h o l o g ya n d m e t h o d st h a ta r el o v e 、a c t i o n 、h o n e s 哆a n db e a u t yo f c u l t i v a t i n ga f 琵c t i o n i np h y s i c ss c i e n c e i n q u i r yt e a c h i n g t h ef i r s tt 1 r e es e c t i o n so ft h ef i f m c h 印t e rr e s p e c t i v e l y d e a l sw i t ht h es i g n m c a l l c e ，c h a r a 曲e r i s t i c sa i l d p r i n c i p l e si ne v a l u a t i o no fp h y s i c ss c i e n c e - i n q u i r yt e a c h i n g t h ef o u r t h s e c t i o nf o n l l u l a t e st e ne v a l u a t i o nc d t e r i ai na c c o r d a n c ew i t ht h e i m p l e m e n t i n gp r o c e d u r ea n de v a l u a t i o nc o n c e p t i o no fq u a l i t ye d u c a t i o n a n di nm el a s ts e c t i o nt h ea u t l l o r p r o p o s e s a “q u a l i t a t i v e a n d s e 商- q u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o ns y s t e m ，w h i c hi sc o m p a r e da g a i n s tm e e v a l u a t i o no ft r a d i t i o n a lt e a c h i n g t h e1 a s tc h a p t c rp o i n t so u ts o m ep r o b l e m se x i s t e n ti n p h y s i c s s c i e n c e i n q u i i yt e a c h i n g ， a n dm e p o s s i b l e s o l u t i o n sa r eo f f e r e d c o r r e s p o n d i n 9 1 y k e yw o r d s ：p h y s i c st e a c h i n g ，s c i e n c e i n q u i r ym o d e ，e v a l u a t i o ns y s t e m 引言 面向刚到来的2 l 世纪，我们明显的感到，人类社会由工业经济 向知识经济迈进的步伐正在加快，人类的生存环境与生活质量越来越 依赖于科学技术的发展及其合理的应用。由此可见，科学技术是推 动人类社会进步和发展的生产力。因此，提高全民的科学素质，己成 为我国教育发展的重要战略，而提升全民科学素养的重任则历史地落 到了科学教育的肩上。 毫无疑问，物理学作为一门基础自然科学，如果不改进传统的以 传授自然科学知识为主的教学模式( 即向学生讲授自然科学的一般规 律，把大量知识灌输给学生) ，就无法焕发物理教育内部的生机和活 力，素质教育便无法真正实施，国民的科学素质将难以提升。当然， 一支师德高尚、业务精良的教师队伍，是实施素质教育的根本。那么， 在这个条件具备的情况下，实施素质教育的核心是什么呢? 不言而 喻，是教学改革，而且主要是课堂教学改革。馆1 教学改革怎样改? 朝什么样的方向改? 国际科学教育改革的主 流理论建构主义学习理论下的现代科学教育观给出了答案。它认 为，科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应重视对学生 探索兴趣及能力、良好思维习惯与创新意识等的培养，使其树立正确 的科学观，即从强调科学知识内容获取向理解科学过程转变，从强调 单纯积累知识向探求知识转变的科学观。要想达到这一教学目的， 科学探究教学顺应时代教学改革潮流，呼之欲出，为物理学科教学改 革指明，一个方向。 总之，要想全面实施素质教育，提升国民科学文化素质，实现应 试教育向素质教育的真正转轨，必须坚持以教学改革为核心，深入教 学领域，研究课堂教学，改革课堂教学，这是我们教育系统在新世纪 最中心、最紧迫的任务。【2 】 第一章科学探究教学是物理教学改革的呼唤 1 1 选题背景 一、2 0 世纪科学探究教学理论的发展 科学探究教学是指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去 获取知识的一种教学形式。考察中外教育史可以发现，含有探究成分 的教学活动自古有之。明确把“探究教学”作为一种重要教学方式则 是2 0 世纪五六十年代的事情，其首倡者是美国生物学家、课程专家、 芝加哥大学教授施瓦布。【9 1 1 9 6 1 年，他在哈佛大学的一次演讲中，提 出了“作为探究的理科教学”的观念，认为传统的课程对科学进行了 静态的、结论式的描述，这恰恰掩盖了科学知识是试探性的、不断发 展的真相，极力主张要积极地引导学生像科学家那样对世界进行探 究。在施瓦布等人的推动下，探究教学在英美等国得到了蓬勃的发展， 先后涌现出几种著名的探究教学模式，如：萨其曼的探究训练模式、 施瓦布的生物科学探究模式、马希尔斯和考克斯的社会探究模式，以 及学习环模式和5 e 模式等。此后，探究便成为科学教学的中心议题， 在课堂中落实科学探究教学也一直是许多教育工作者尤其是科学教 育工作者所努力的一个目标。但时至今日，“探究教学所面临的挑战 仍很明显，从传统讲授向探究转变的步伐仍十分缓慢”。h 1 因此，考察科 学探究教学理论的进展，并进而研究科学探究教学的模式及评价，不 仅有重大的理论意义，也对我国当前正在兴起的探究教学实验或实践 有巨大指导作用。 二、建构主义学习理论的兴起 建构主义( c o n s t r u c t i v is m ) 是由瑞士学者让皮亚杰 ( j p i a g e t ) 最早提出来的。他经过大量实验研究发现：个体的认知 发展与学习过程密切相关，利用建构主义可较好地发现人类学习过程 的认知规律，说明学习是如何发生的，概念是如何建构的，学习环境 应包含哪些因素。因此，建构主义学习思想下的教学其核心就是强调 知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情景即社会文化 背景下，借助其他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮助，利用必要的学 习资料，通过意义建构的方式而获得的。它倡导在教师指导下以学生 为中心的教学模式，即“以学生为中心，在整个教学过程中教师起组 织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情景、协作、会话等学 习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使 学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。”综上，建构主 义强调学生学习的自主性、社会性、情景性，由此生发出探究学习和 合作学习等现代学习方式。建构式的物理教学更加强调的是探究问 题，而不仅是了解问题的答案；是批判性思维，而不仅是记忆等。嘲 这就为我们改进传统教学模式的弊端，进行科学探究教学提供了重要 的理论依据。 三、现代物理教学现状还不能适应当前社会发展的要求 众所周知，传统的物理教学方法曾在历史上发挥过积极的作用， 培养了不少优秀的人才，但是这种传统的教学方式过分侧重于知识的 传授，缺乏对学生学习兴趣、探究能力以及科学态度等方面的培养， 致使学生对物理望而生畏，丧失信心和热情，并且这将影响其终身对 物理学习的热情和信心。这样的教学是满足不了知识经济、信息时代 社会对人才的需求，即能够自主学习、能够对知识进行科学探究和创 新等方面能力的高素质人才。当然，人们已认识到这种传统的人才培 养模式的弊端，正积极进行教学方法的改革，希望能实现学生学习方 式的根本变革。在这一教育变革中，不少国家都非常重视通过科学探 究的教学方式，培养学生的科学探究能力以及科学态度和科学精神。 四、国际科学教育改革的积极影响 世界各国都在相应调整科学教育的培养目标，即着眼于培养新一 代国民具有新世纪社会、科技、经济发展所必备的素质；变革对人才 的培养模式，改进学生的学习方式，以便使现在的学生在未来社会具 有竞争力；满足学生多样化发展的需求；培养学生自信心和可持续发 展的能力。【1 2 0 世纪美国和法国中小学流行一种“动手做”的科学教育方法， 在提高学生实践能力、情感培养、问题创新等方面取得了良好的教学 效果，这是科学探究教学的一个典型例子。面向全体美国人的科学 研究报告 7 指出：科学教学应该培养和利用学生的好奇心和创造性； 强调教师教学的多样化；强调培养学生的合作学习精神；让学生懂得 社会对科学技术发展的影响，也应该知道科学技术对社会的冲击等。 美国国家研究理事会( 1 9 9 6 ) 制定的美国国家科学教育标准( 以 下简称“标准”) 【踟中详细阐明了科学教育中探究性教学的重要性及 其主要组成部分。标准指出：“让各个学段所有年级都有机会进行 进行科学探究，培养其进行探究性思维和探究性活动的能力等”。另 外，在英国、韩国等的科学教育标准中，也都强调物理学科的科学探 究教学。这些都对我进行的物理科学探究教学研究起了积极影响。 1 2 价值意义 一、能够使学生的潜能得到充分发挥 科学探究教学给学生提供了一个广阔的自主学习、探索问题的空 间，能够很好地发挥学生的主体作用。尤其对高中学生而言，该教学 模式能够满足一直潜藏在他们心中的希望：能够进行自主学习，能够 在容易发挥自己个性特长的学习环境中来体验获取知识的快乐，能够 实现自己在实践中通过动手发挥创新精神的愿望等。 二、能够有效地调动学生学习兴趣和科学素养的培养 科学探究教学能真正促进学生的学习兴趣、学习方法和学习水平 的提高，给课堂教学带来新的生机，增强了学生学习的主动性，特别 对学生良好的科学素质、严谨的理论联系实际的能力等的培养更是非 常有效。 三、能够较好地培养学生的创新精神和实践能力 科学探究教学对培养学生的创新精神和实践能力具有深远意义。 它有利于改变过去物理教学只重视科学知识，不重视科学技能；只重 视结论，不重视过程和方法，以及科学态度和科学精神的培养得不到 真正落实的情况。 四、能够促进教师在科学探究教学中“自我发展” 物理课堂进行科学探究教学，能够破除教师的“自我中心”，促 进其在科学探究教学中实现“自我发展”。课堂教学改革难，很大程 度上在于教师本身，许多事实已经证明了这一点。教师本身的问题就 在于：教师“自我中心”的顽固性和长期沿袭传统的惰性。那么怎么 进行改变呢? 科学探究教学将是很好的答案。科学探究教学要求教师 积极参与科学探究，可以在实践探究中来提高自己，改变“自我中心” 的态度，实现“自我发展”。f 3 3 】 第二章物理科学探究教学的理论探讨 2 1 理论基础 笔者经过查阅大量文献资料和对现行教学理论的思考及实践认 为，物理科学探究教学作为一种新型的教学模式，是建立在以下四个 方面的理论基础之上的： 一、哲学基础 在现在已经发展起来的哲学理论中，为科学探究教学研究提供理 论支持的主要有： ( 一) 辩证唯物主义认识论 从辩证唯物主义认识论角度看，人类的认识主要来源于实践。实 践是认识的源泉、是认识发展的动力、是认识的目的、是检验认识( 包 括真理) 的唯一标准。认识的能动作用不仅在于从感性认识到理性认 识的飞跃，更重要的还在于从理性认识到实践的飞跃。人类总是遵循 着“实践一认识一实践”这一无限循环的轨迹，永无止境地推动认识 的发展。科学探究教学较好地体现了学生对知识的学习是从感性认识 到理性认识，从理性认识到实践( 包括实验) 的认识过程。这里是让 学生自己走完这一过程，让他们在走的过程中去实现认识上的“飞 跃”。而有了这个过程，有了这个“飞跃”，就能变不完全的知识( 缺 少感性知识) 为较为完全的知识( 感性知识加理性知识) ；就能变“注 入式”这种呆板的、抽象的教学为“科学探究式”这种活泼的、生动 的教学；就能变学生“被动学”为“主动学”；就能变单靠死记硬背 来积累和巩固知识为在理解的基础上掌握和运用知识。“们 ( 二) 人本主义哲学观 现代人本主义教育】，其强调人的潜能的发展和自我实现，主张 教育是为了培养心理健康和具有创造性的人，相信并注重学生的潜 力，充分尊重学生的个性发展，最终使每个学生达到自己力所能及的 最佳状态。科学探究教学正是以学生自身发展为本的教学，是人本主 义教育观的很好体现。例如，科学探究教学为学生提供了一个广阔的 自主学习、探索问题的空间，有利于学生个人潜能的发挥及创新能力 的培养等。 二、心理学基础 ( 一) 皮亚杰的建构主义学习理论 注：此理论在该论文p 1 0 己介绍。 ( 二) 布鲁纳的结构主义学习理论 布鲁纳的结构主义学习理论主张：学习是学生对知识的获得、转 换、评价三个过程组成的；教学中应当广泛地采用“发现教学法”， 让学生通过自身自主发现问题，并以解决问题的方式获取知测1 2 】。这 里主要体现学生的自主学习过程。自主学习是基于学生需要的一种个 别化学习，倡导学生的积极参与。 ”1 所以在这个过程中可以很好地培 养学生的独立思维能力和科学探究的方法及态度，教会学生学会认 知，学会学习。 三、教育学基础 教育性永远是教学的基本属性。h 1 到目前教育理论的研究中，能 够支撑科学探究教学研究的教育理论主要有：s t s 教育理念和生活教 育理论。2 0 0 0 年，国内曾出版了一本名为物理教育中的科学技术 社会的论文集，书中认为s t s ( s c i e n c e ，t e c h n o l o g y a n d s o c i e r y 的简写) 教育即“把科学教育和当前科技发展、社会发展、 社会生活紧密结合起来”的教育。【3 4 1 物理学是科学、技术和社会结合 非常紧密的一门学科，进行物理科学探究教学能较好地体现s t s 教育 理念。正因为物理学与现实生活联系非常密切，所以“生活教育理论” 也对物理科学探究教学研究提供了重要的理论支持。它认为，生活教 育是给生活以教育，用生活来教育，为寻求高质量生活而教育。在一 定程度上说：生活决定教育。物理科学探究教学就非常注意教育的生 活性，要求从学生亲临的生活中去探究，以求学生将探究到的问题在 生活中解决并最终服务于人类生活。 四、系统方法论基础 系统是由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的 有机整体。系统论认为，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、 时序性等是所有系统的共同的基本特征。“钉这就表明，系统论不仅是 反映客观规律的科学理论，而且具有科学方法论的含义，这正是系统 方法论。实际上，如果把整个物理科学探究教学活动的基本思想概括 成一句话，那就是系统方法论。物理科学探究教学是一个由教师、学 生、教学目标、教学内容、教学媒体和方法等诸因素构成的动态系统， 是一个多任务、多层次、多要素的复杂系统，系统中的各因素相互联 系、相互依赖、相互制约。“6 1 因此，在物理科学探究教学中，只有有 了系统的设计和分析，才可能取得良好的教学效果。 2 2 涵义 什么是科学探究教学呢? 要想明白这个问题，首先要弄清楚什么 是探究和科学探究。根据我国汉语大词典的解释，探究是指“探 讨、研究”。探讨就是探求知识、探求真理、探求事物的本质；研究 就是研讨问题、解决问题。旧美国国家科学教育标准对科学探究 的解释是：“科学探究指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所 获事实证据做出解释的各种方式。也指学生构建知识、形成科学观念、 领悟科学研究方法的各种活动”。【8 1 由此可见，科学探究可以是指科 学领域里的探究，即科学家提出关于自然界的问题，寻求答案，深化 理解的过程；也可以是指学生在科学课堂所进行的探究，即学生用以 获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法 而进行的各种活动。【1 8 综上可以得出，物理科学探究教学实质上是将科学领域的探究引 入物理课堂教学，让学生在教师有效指导下和相互有效启发下，凭借 物理教材和教师( 或学生) 提供的信息，通过主体参与教学，以类似 科学家的探究过程理解物理概念和规律的本质，并积极探索多种解决 问题的方式和方法，达到发展创新智能的目的的一种特殊的教学方 法。 2 3 教学目标 物理科学探究教学是以“人本主义”为出发点的，主要是强调学 生体验知识的获取过程，力图使学生在这个过程中身心各方面得到全 面和谐的发展。因此，其教学目标主要表现在如下几个方面： 一、培养学生的科学态度 科学态度，可以归纳为另外四个字，即“严谨求实”。“虻物理学 最早是包含在自然哲学中的，当时对自然界的考察主要是思辩，缺乏 系统定量的研究。自从伽利略倡导了以实验为基础、应用科学的思维 进行定量的描述之后，物理学就真正成了一门严密定量的科学。因此， 通过物理科学探究教学，我们教师应该在学生探究知识、应用知识及 创新知识的过程中，培养学生养成严肃认真、一丝不苟的良好作风， 以及实事求是、客观公正、坚持真理、修正错误的优良品德等科学态 度。 二、激发学生科学探究的情感 从当代教学论的发展来看物理科学探究教学，其教学过程不仅 是解决“知”与“不知”这对矛盾的认识过程，而且也是情感的传递、 表达与养成的过程，同时可以利用学生的情感因素来启发学生积极、 主动地思索，有效地培养学生的探究问题和问题创新能力。因此，激 发学生情感是物理科学探究教学的目标之一。激发学生情感教学的实 质在于：教师充分利用自身、学生和教材所蕴含的情感因素熏染震撼 学牛的心灵，激起他们的自信心和求知欲，养成良好的情感品质。 2 0 】 由此可见，教师、学生和教材是构成课堂教学中丰富而复杂的情感现 象的三个主要因素，对其进行心理学情感维度上的分析研究，将有助 于更系统地认识物理科学探究教学中的情感现象，挖掘教学中的情感 教育渠道，从而优化教学，达到情、知互动的教学目标。 三、提高学生处理信息的能力 随着信息社会的到来及教育理论研究的深入，我们从信息加工学 习理论角度又可以这样看待物理科学探究教学，即其教学过程实质上 又是一个信息处理的过程。【2 1 1 主要是指学生对在科学探究教学活动中 ( 开放的教学、学习环境) 所获得的数据信息进行筛选、加工的过程； 学生素质提高与否，很大程度上取决于他们对数据信息处理加工能力 是否得到训练与提高。可见，提高学生信息处理能力是物理科学探究 教学的又一教学目标。 四、培养学生的创新精神 从科学探究教学的涵义看，物理科学探究教学强调学生的积极、 主动的自主学习，其过程类似科学家的探索活动。当然，针对中学生 来说，让他们达到科学家的科学发现水平是不现实的。但在教学中， 通过对有利于科学探究的日常现象和科学前沿等问题的探究，来培养 学生科学探究中的质疑能力总是可以实现的。我们这里所研究的物理 科学探究教学，就是在学生质疑水平的基础上对问题争取有所突破， 逐步地培养学生的创新精神。 五、培养学生的团队精神 众所周知，一个良好的、有凝聚力的团队是于好一f ：事情的关键， 学生学习也不例外。但是传统的教学模式只注重教师的发挥，给学生 合作学习的机会较少，并且高考“指挥棒”下学生对知识又非常的保 守，这些很不利于学生团队精神的培养。物理科学探究教学则重视人 际沟通与合作过程，让学生在合作中共同完成知识的科学探究并且要 求互相交流成果，能够较好地培养学生的团队合作精神。 六、培养学生的社会责任心和使命感 物理学是与现实生活联系非常紧密的一门科学。所以，进行物理 科学探究教学活动，应让学生在学习知识过程中，关心科技、社会的 进步和经济的发展以及环境的保护、人类的命运等，来增强他们对社 会责任心和使命感。 2 4 特征 物理科学探究教学的内涵及基本指导思想，我们可以得出物理科 学探究教学具有如下几个特征： 一、探究性 物理科学探究教学不是先将结论直接告诉学生，再通过演示实验 或学生实验加以验证，而是让学生在教师的指导下，自主选择科学探 究的问题或教师启发引导的问题，通过各式各样的探究活动诸如观 察、调查、制作、收集资料、小组讨论等，亲自得出结论，使他们参 与并体验知识的获得过程，建构起新的对物理科学的认识，最终来培 养学生科学探究的能力。可见，整个教学活动实际上是一个学生主动 提出问题，积极寻找解决问题的方法，探求结论并进行知识创新的自 主学习的过程具有明显的科学探究性。 二、实践性 人的认识来源于实践。【2 2 1 物理科学探究教学与传统物理教学最大 不同就在于：物理科学探究教学不在局限于对学生纯学术性物理知识 的传授，而是让学生亲自动手实践。 2 3 1 如学生为达到通过自己提出问 题和解决问题，来了解知识的产生和发展过程的目的，他们有的到社 会上做调查，有的到大学、科研机构访问请教，还有的在学校中查阅 资料、上网和老师讨论问题等。【2 4 1 学生通过生活中的实际锻炼可以提 高其动手、动脑、动口解决问题的能力，并能增强他们的参与意识和 创新能力的提高等。 三、开放性 开放性( 主要指学生学习内容和时空的开放性) 是物理科学探究 教学区别于其他教学方式的显著特征。它要求教师不能设计过多的教 学事件来干预学生科学探究过程，应充分发挥学生的主体性，让学生 亲自体验物理知识的“发现”“发明”过程。因此，物理科学探究教 学处于一种开放的状态。教师除了在研究学生现状，设计教学内容， 选择媒体，设计评价方法上多下功夫外，还要给学生以自由创造的空 间，让学生自主安排活动方式、内容等。 2 5 1 当然，教学的开放性决 不是让学生放任自流，而是整个教学事态的发展都应处在教师的主 导、控制之下。这实际上是对教师提出了更高的要求，决不是轻松。 四、自主性 学生学习的自主性是物理科学探究教学的又一显著特征。自主性 的实质在于：通过培养学生的自主意识、自主能力、自主习惯，来充 分发挥每个学生的创造潜能，促使学生在学习过程中的自我实现、自 我创新和自我发展。【2 6 】在物理科学探究教学过程中，从问题的提出到 问题的猜想假设、实验方案的设计、数据的收集处理、研究成果交流 及报告的撰写等都由学生自主决定，教师只是起个引导作用。这样就 给了学生一个个性自由发展的广阔空间。 五、创新性 物理科学探究教学的创新性特征主要表现在： 第一，教师创造性地进行教学内容处理。由于科学探究教学的特 殊性，一般教材很难适合教学的需要。因此，教师必须对教学内容进 行分析、选择和改造，使教学内容更适合于用科学探究的方法来进行 教学。 第二，物理科学探究教学的过程具有创新性。学生在科学探究中 的困难或实际问题将会迫使着学生不断地变换思维方式来分析问题、 解决问题。学生在积极思考，主动发现问题，及时提出问题，自觉能 动地分析和解决问题过程中，可以利用其好奇心、富有联想的意识大 胆地进行假设和想象，提出富有创造性的见解，使其创新意识不断增 长，创新能力得到不断提高。 六、程序性 从物理科学探究教学的涵义阐述中，我们知道，科学探究教学始 于科学家的科学研究活动，具有很强的程序化色彩。因此，整个教学 过程要求具有严密的逻辑性，使每个环节环环相扣。当然，针对不同 学生的特点和个性差异，也可以适当调节教学程序或者只进行整个科 学探究教学程序的一部分等。物理科学探究教学更看重每一程序所带 来的教学效果，即学生在这一程序过程中所形成的方法和培养的能 力，而直接探究的结果往往并不是最重要的。 七、发展性 从时间的角度看，物理科学探究教学具有发展性，主要表现为 它的长周期性、未来性和滞后性。 2 7 1 物理科学探究教学活动是一个有 机的整体。随着每一环节的不断开展，新的目标都将不断生成。这时 教师对学生进行适时的指导，使学生对新的目标产生兴趣。这时教师 的指导能够提高学生的内在动机，这是因为学生在学习活动中融入了 自我意向的追求。 2 8 所以，要解决好每一个新产生目标，具有很长的 周期性，而周期性又决定了其未来性。滞后陛主要表现为教学效果不 是立杆见影的，有一个长期的积累过程。总之，物理科学探究教学目 标是瞄准学生个体未来的发展。 2 5 原则 从普通教育学中已经知道，教学原则是根据教育、教学目的，反 映教学规律而制定的指导教学工作的基本要求。依据物理学科的特点 和科学探究教学的本质，我认为，物理科学探究教学应遵循以下五条 原则： 一、科学性原则 不管用什么样的教学方式进行物理教学，首先都应当注重教学的 科学性。物理科学探究教学的科学性原则主要表现为： 第一，教学内容的科学性。【3 0 1 这里要求在教学中所阐述的一切物 理现象、概念和规律的内容都必须是正确的；同时，在教学中，对物 理实验的进行、物理概念的阐述和物理规律的论证方法，也必须是实 事求是的。当然，我们强调教学内容的科学性，并不是要求进行任何 一个物理问题的教学时，都要把它讲全、讲深、讲透，而是要求讲解 时不发生科学性的错误。 第二，教学方法的科学性。我们只有在物理科学探究教学中使用 科学的认识问题的方法，才能在科学探究过程中发展学生的智慧，引 导他们在学习中进行积极探索、创造性工作。因此，在物理教学中， 我们应该按照物理学研究中提出、分析、处理、解决问题的正确方法 来进行，要使我们的教学成为实现传授知识和促进发展相统一的科学 性教学。 二、自主性原则 充分发挥学生的自主性既是科学探究教学的主要特色，又是科学 探究教学得以顺利进行的前提。科学探究教学活动中，教师和学生的 关系，正如向导和登山运动员间关系。向导当然知道登山的过程和达 到山峰将会遇到的种种险阻和困难等。但他作为向导，可以为登山运 动员( 需要帮助的) 准备适当的条件，指出方向和克服困难的方法等， 但决不能代替运动员登上山顶，也不能把他们抱在怀里登山。【3 0 1 因此，进行物理科学探究教学时，要充分考虑如何激发学生对问 题情景或科学探究内容的兴趣和探究动机，要保证整个科学探究教学 过程中给学生自主探索、自主创造的机会。 三、开放与民主相统一原则 营造一个良好的科学探究教学的开放环境，形成和谐、愉快、勤 奋、民主的氛围，会诱发学生科学探究的欲望。 3 1 1 在开放的科学探究 教学环境中，教师应充分尊重学生的意见、尊重学生的情感、尊重学 生的选择，让学生成为科学探究问题的主人。同时，教师应鼓励学生 冲破常规思维习惯，敢于发问，敢于质疑，敢于探索。在这样的环境 和氛围中，可以充分发挥学生的个性特长和才能。 四、注重生活的原则 理论联系实际是我国物理教学的优良传统，物理科学探究教学应 该并且更有利于把它很好地继承下来并加以发展。要使学生达到真正 地应用和创新物理知识，首先就必须让学生从丰富多彩的日常生活中 去探索问题，这样更有利于学生自身潜能的发挥。因为日常生活中简 直就是一个物理的世界，如自然界的物理现象，生产技术中的物理问 题，生活经验中的物理事实等。这些都是学生目之所见，耳之所闻， 更能激发学生的科学探究的兴趣和求知欲望。因此，注重生活是物理 科学探究教学的又一重要原则。 五、发展性原则 科学探究教学以促进学生智力和非智力素质的发展为目的，重在 激发学生探索问题的兴趣，给学生留有继续思考和探索的时间、空间， 拓展、深化已解决的问题，营造一种完而未完、意味无穷的教学心理 境界。【3 u 第三章有效的物理科学探究教学模式 3 1 模式探讨及实施 一、模式探讨 ( 一) 国外“科学探究教学”模式介绍 国外对于“科学探究教学”模式研究非常广泛，有许多种不同形 式的教学模式，这里主要介绍比较常见的五种模式：吲 1 、萨其曼探究教学模式 这一模式般由一惊奇事件或现象开始教学；接着让学生对他们 所观察的现象提出“是”或“否”之类的问题，以收集数据；当学生 对观察结果作出推测性解释( 假设) 后，他们进一步通过“是”或“否” 之类的提问来检验自己的假设。无论在哪一阶段提出“是”或“否” 的问题，都必须是操作性的，即用实际经验或实验来回答。 2 、有结构的探究教学模式 有结构的探究教学模式是指，探究时给学生提供将要调查研究的 问题，解决问题所要使用的方法和材料，但不提供预期结果，学生自 己要根据收集到的数据进行解答问题。 3 、指导型探究教学模式 指导型探究教学模式是指，探究活动时只给学生提供要调查研究 的问题，有时也提供材料，学生必须自己对收集到的数据进行概括， 弄清楚如何回答探究问题。这种探究被称为二级水平的探究活动。 4 、自由探究教学模式 自由探究教学模式是指，在探究活动时学生必须自己独立完成所 有的探究任务，当然也包括形成要调查研究的问题。从许多方面来看， 自由探究教学模式类似“搞”科学研究。许多研究者将这种探究教学 模式称为三级水平的探究教学活动。 5 、“学习环”探究教学模式 这一教学模式的基本程序是：开始是探索阶段，让学生从事各种 探索活动，以便从经验中产生新观念；接着是引入概念阶段，让学生 给前面发现的观点或经历的想法命名；最后是概念的运用阶段，让学 生有机会把新的观点运用到不同的情景中去。 ( 二) 当前我国有效的物理科学探究教学模式的初探 笔者通过对国外“科学探究教学”模式的比较研究以及前面对“科 学探究教学”的理论探讨，并结合我国当前物理教学的实际情况和在 中学进行物理教学的实践总结，提出了下面的有效的物理科学探究教 学模式( 见下页模式图) ： 有效的物理科学探究教学模式 二、模式实施 ( 一)创设问题情景 能否创设一个良好的物理问题情境，是科学探究教学成败的关 键。陶行知先生曾说：“智者问没巧，愚者问没笨。”问题情境创设的 恰到好处，能引起学生科学探究知识的欲望，激起学生科学探究的兴 趣，使学生思维处于活跃状态，有利于学生掌握知识，发展智力，培 养能力。所以，创设物理科学探究教学的问题情境时，要把握好以下 三个特性： ( 1 ) 目的性 即所创设的问题情境是为物理教学服务的。当然，教师也应有遭 遇“突发事件”的心理准备。如有时学生可能提出一些教师意想不到 的或者在教学范围之外的问题，但又具有科学性，并且科学探究教学 又是鼓励学生个人潜能尽可能发挥的。这时教师应进行如何处理呢? 我建议，首先应当鼓励、赞扬学生提出的问题，然后根据对学生程度 的把握及学生个人的要求，引导学生逐个( 由易到难) 进行探究，有 的问题可建议学生课下进行，但决不能打消学生的兴趣。 ( 2 ) 适应性 即所创设的物理问题情境，要与学生的知识水平及心理发展水平 尽可能相吻合。如果学生根据问题情境提出的问题太深，将无从去科 学探究，对问题感到乏味，丧失了科学探究的信心；如果根据问题情 境提出的问题太浅，不探自知，这样就提不起学生进行科学探究的兴 趣。因此，把握好学生的心理，紧密联系现实生活及物理教材内容， 尽可能创设适合学生认知水平的物理问题情境。 ( 3 ) 新异性 即所创设的物理问题情境，能够激发学生兴趣，使学生产生问题 意识，从而激起学生主动学习和积极探索知识的欲望。 把握了创设物理问题情景应具有的三个特性，我们就可以探索一 些创设物理问题情景的方法，下面我简要介绍几种常用的方法： ( 1 ) 演示实验 例如，为让学生探究“物体的浮沉条件”可做如下实验让学生观 察：如右图所示，小的铁球沉在桶底，而大的铁球 则浮在水面上。这就很容易激起学生发问，并想知 到为什么。 ( 2 ) 生活现象 、 ，i i 一 例如，学生在日常生活中都看到过这样的杂技表演：一人裸背躺 在布满钉子的板上，肚子上面踩许多人，有的学生可能就亲自体验过， 但杂技演员却安然无恙。这样一个生活现象，学生就会琢磨有一定的 物理道理。 还有的学生联想到自己穿的按摩鞋垫，刚开始很舒服，后来由于 用来按摩的突出部分折断了一些，结果感觉不舒服了甚至脚有点疼痛 感。这又激起了学生对其中物理道理的探究。 ( 3 ) 对立论点 例如，为了让学生探究“牛顿第一定律”，可以通过演示实验： 用手推粉笔盒则运动，不推则停。于是说，力是维持物体运动的原因， 即有力的作用物体则运动，没有力的作用物体则静止。通过提出与科 学知识相对立的观点，引导学生科学探究来推翻自己的观点，壤后向 学生俯首称臣，是一种非常好的物理问题情境创设方法。 ( 4 ) 案例分析 例如，为让学生探究“参照物”概念，可以引出这样一个案例： 在一个漆黑的夜晚，我们年级的张三和李四在儿童公园的一条直长主 道上做了一个实验，李四在离张三近2 0 0 米的地方按亮电筒，要张三 判断：他是静止的还是运动的? 是走近还是离远? 张三后来告诉老 师，他进行了认真观察却未得其果。学生对提出的问题感到新奇又难 以理解，从而可以诱发他们的对这个问题的科学探究。 另外，挂图或多媒体课件展示、讲述物理学史和小故事、前沿科 学技术等都可以用来创设物理科学探究教学的问题情境，这里不在一 一累述。 ( 二)启发学生提出科学问题 有了良好的物理问题情境后，如何就问题情境科学地提出问题， 在物理科学探究教学中将变的非常重要。物理问题是科学探究教学的 源。当初牛顿正是看到苹果落地的情境，提出“苹果为什么往地下落 而不往上去? ”的问题，然后进行思考、科学探究，最终发现万有引 力，进而研究总结出伟大的万有引力定律。由此可见，科学提出问题 的能力是创造、发现的源泉，是学生素质的一个重要组成部分，也是 社会发展的动力之一。【3 6 】 那么，如何让学生根据问题情境科学地提出问题呢? 为了教学的 有效性，这里要求教师有目的的启发和学生的认知水平相结合。 首先，教师应培养自己的启发技巧。如通过“正问与反问”【3 7 】 技巧来启发：学生正面提出问题后，教师然后启发学生再从反面提出 问题，将会增加科学探究问题的深度。例如，当学生提出“磁场线有 何特点? ”的问题时，如果教师再从反面启发学生提出问题“两