（课程与教学论专业论文）高中物理探索性实验教学研究.pdf

壹望里堡鲞丝壅竺墼兰堕壅 a b s t r 暑l c t p h y s i c si sa 飘l b j e c tb 私e do ne x p 丽m 锄t p h y s i c se 】【p 丽m 印tp l a y sa 订t a lm l e n o t o n l yi i lp h y s i c st e a c h i n gb u t i nw h o l ec d u c a t i o no fs c j e n c e t h en e wp h y s i c s c 删c u l 啪r e f o 彻p m 、r i d e sg o o dc l l a i l c ef o re x p “m e i l tt e a c l l i n g u n d e rt l l eg i l i d eo f n e wt e h i n gb e l i e e l i sp 印e ra i m l y z e sr e l a t e dl i t e r a t u r ea i l dr o u g h l yp r o b c si n t o p h y s i c si n q u i r ye x p e r i m 锄tt e a c l l i i i g i ns 印i o rh i g l ls c h 0 0 1 it dt og i v es 锄e s u g g e s t i o 璐p h y s i c se x p e r i m e l l tt e a c h i n gw i mm yn 州i 1 1 s t m c t i o nd e s i 印 t h e 丘陪tc h a p t c ri i l 订o d l l c 鼯t l l er c s e a r c hb a c k g r o u n d ，c u r r tr c s e 盯c hs i t t l a l i a t h o m ea i l da ：b r o a d ，觚dt h es i g n j f i c 卸c eo ft h i sr c a r c h ia l 百v es o m ed e 觚6 0 nt o s 锄ei t e i n sa n d p u tf o 删a r dm y o w no p i n j o n t h es e c o n dc h a p t e r 百v 伪m c o t i c a l s u p p o r tt 0p h y s i c si n q u i r y 唧盯i i i 啪t t e a c t l i i l g t h em a i l lm e o r i 嚣c o v e rp s y c 量l o l o g y ，e d u c a t i o nt h 姐dm o d 锄鲥e n 懈 蚀娜 t h e 恤dd l 印t 盯锄l y z e ss e v 盯a li m p o n 锄ti s 锄e si i lc u r 他n t1 1 i g h h 0 0 lp h y s i c s i n q i l 时e x p e r i m e n tt e a c l l i n 吕i i l c l u d i n ge x p 甜m c i l t a lc o n t a 嵋搬岵h i n gg o a l ，粕d i m e m c t i o nb e t w e e nt e a c h e r sa n ds t l l d e n t s 、 1 1 1 ef b u n hc h a p t 盯i n v o i v 既l l l en e 、vi n s t m c t i o nd 嚣细f o r1 1 i 咖s c h o o lp h y s i c s 懿p e r i m e n t m l d c rm ed i r c c t i o no f 虻i 朋t i f i ci n q u i r yt c h i l l gi n o d e nd e 一b 嚣m e p 玎o c e s so f 咖t i o nd e s i 印b a s c d 仰t l l em o d eo f 锄g “f ，) i 一砌加垤”a n d 山e m o d eo f 锄v 部伽幻以c d 踟g 甜f “历： t h ef i f l l l c h a p t e ri s o nr c s e a r c hm e t h o d o l o g y iu q u e s t i 锄a i i l lt e l l i n g p r t i c e ，觚d 删f l l 【t h el o 龉狮dg a i no f t h i sr e s e a r c h id i s p l a ys o m ct 朗c l l i n gc 越 勰t op r o v i d et h c 0 硎c a lg i l i d a i l c ef o rm t u r er c s e a r c h e 体 t h em e t l l o d sa 血p t e di l lt l l i sr c s 髓r c ha r e ：l i t e 豫t i l r c 硎e w 托税a r c h p i a c t i c i n g k e yw o r d ：s e n i 町h i 曲h lp h y s i c s ；i n q u 时e x p 硎m e n t ；t c h i n gm o d e ；僦曲逝 p m c t i c e ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得江西师范大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解汀两师范大学研究生学院有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部fj 或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生学院可以将学位论文的全部或部分 内容遍入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字目期：年月f 导师签名： 签字r 期：年月日 高中物理探索性实验教学研究 第一章引言 1 1 研究的背景 新世纪是以知识的创新和应用为重要特征的知识经济时代，科学技术的 迅猛发展，国际竞争日益激烈，国力的强弱越来越取决于劳动者的素质。社 会的信息化、经济的全球化使创新精神与实践能力成为影响整个民族生存状 况的基本因素。因此，2 1 世纪将是教育和学习起核心作用的时代。在这种 背景下，世界各国始终把教育放在突出的地位加以考虑，长期以来，世界各 国为了谋求教育的发展，都曾为教育的改革付出了艰辛的劳动，而作为教育 改革的核心课程改革更是倍受关注和重视。 我们在课程改革方面所做的工作也从未松懈过，上个世纪我国的教育始 终处于不断的改革进程中，现在我们又面l 临着新一轮的基础教育课程改革。 为此，2 0 0 1 年教育部颁布了基础教育课程改革纲要( 试行) ，同时还颁布 了面向2 1 世纪教育振兴行动计划，2 0 0 3 年3 月，教育部又印发了包括普 通高中课程方案( 实验) 在内的1 8 个学科课程标准( 实验) ，之后教育都 会议又决定让部分地区省份试行新的课程，并计划2 0 0 7 年开始，原则上全 国普通高中起始年级全部进入新课程。可见，我国对现代教育教学改革特别 是基础教育课程改革是非常重视的。 物理学是一门自然科学。在2 0 0 1 年教育部颁布的基础教育课程改革 纲要( 试行) 中就有明确指出“要改变课程实施过程中过于强调死记硬背， 机械训练的现状，提倡学生的主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生收 集和处理信息的能力，获取新知识能力分析和解决问题的能力，以及交流 与合作的能力”。0 1 另外，在教育部颁布的面向2 l 世纪教育振兴行动计划 中也有描述“注重科学与人文、科学与技术、科学与社会的问题，强调学生 解决问题的能力；重视实验教学的研究，加强培养学生动手能力、实验能力 和抽象思维能力；强调人的发展，以人为本，以提高人的素质为宗旨”。0 1 物理学是一门实验科学，物理实验作为物理教学的重要基础、重要内容、 重要方法和重要手段，在物理教学中具有重要的地位和作用。加强物理实验 及其教学的研究，对于促进物理教学及其改革具有重要的意义。2 0 0 3 年3 月 份教育部颁布的普通高中物理课程标准( 实验) 中，对于高中物理课程 各个模块都安排了一些典型的科学探究或物理实验。由此可以看出，新一轮 课程改革注重科学探究，而物理学科又注重对实验的探究。 可以说，研究物理探索性实验教学是现代教育教学改革的需要，更是学 生发展的需要，也是社会进步、时代发展的需要。本研究就是在这样一种背 高中物理探索性实验教学研究 景下展开的。 1 2 相关概念的界定 1 2 1 探究及科学探究 在当今国际科学教育改革的热潮中，i n q u i r y 是出现频率最高的几个关 键词之一。英文i n q u i r y 一词起源于拉丁文的i n 或i n a r d ( 在之中) 和 q u a e r e r e ( 质询、寻找) ，按照牛津英语词典中的定义，探究是“求索 知识或信息，特别是求真的活动；是搜寻、研究、调查、检验的活动；是提 问和质疑的活动。”其相应的中文翻译有“探问”、“质疑”、“调查”及“探 究”等多种译法。与“研究”比较，“探究”一词和英文原意更为贴切。就 语义而言，据辞海( 1 9 8 9 年版) 的解释，“研究”指“用科学的方法探求 事物的本质和规律”，“探究”则指“深入探讨，反复研究”。从语感来说，“研 究”一词似乎多了几分严谨、稳重，而“探究”则更有生气，更有动感，也 更符合青少年学生的身心特点：“1 人们对“探究”一词的理解复杂多样，但 大体上可以分为广义和狭义两种。广义上的探究指一切独立解决问题的活 动。广义的探究是人类的天性，是一种认知内驱力，可表现为好奇、好问、 寻根究底。狭义探究专指科学探究( s c i e n t i f i ci n q u i r y ) 或科学研究。”1 美国学者w a y n ew e l c h 曾指出，广义的探究是一种思维方式，科学探究是一 般探究的子集它的对象是自然界。 那么，如何认识“科学探究”呢? 美国国家科学教商标准中对科学 探究是这样表述的：“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。科学探究也指的是学生构建知识、形成 科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。引鄙之所以这样表述，乃是由于学 生的科学探究式学习活动在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之 处。但从中我们也不难看出，教学中的科学探究并非就是科学家的科学探究， 教学中的探究是学生在教师的指导下。经历类似科学家那样的研究活动的认 识过程，其目的在于使学生体验和理解这种过程，并相应地掌握人类在长期 迸行探索研究过程中所总结的一系列科学方法，形成科学态度。教学中的这 种探究在对象的难易、过程的复杂程度都不及真正的科学探究。所以，教学 中的科学探究应该理解成是科学探究的一种“模拟”或是“简约复演”，而 不是它的“原本再现”。为了避免不必要的误解，可以认为：儿在讨论科学 教育的文献中，不管是使用探究( i n q u i r y ) 还是科学探究( s c i e n t i f i c i n q u i r y ) 这个词，除特别注明外一般都是指教学中的科学探究，即指探究 式的学习教学活动而非科学家的探究。 如果把科学探究运用于物理学科教育中，那么这里的科学探究的含义就 2 高中物理探索性实验教学研究 会更加的具体化。对物理教育中的科学探究，应该把握以下几点： 第一，科学探究的目的。在物理学科中开展科学探究的目的是：让学生 以类似或模拟科学家进行科学探究的方式来获取物理知识、体验探究过程， 领悟科学思想、学习科学精神，使学生不仅能够获得物理知识，更重要是获 得科学素养( 如探究能力、科学技能、科学情感与态度等) 。所以，科学探 究强调的是它的过程，而非探究的内容或探究的结果。 第二，科学探究的程序。概括科学研究的一般程序，物理教学中的科学 探究大致可分为形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作出结论 五个步骤。现行的物理课程标准则把科学探究分为更加具体的七个步骤：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。上述程序是按照科学探究的一般过程总结出来的， 在实际的教学中，不一定都要按照这个程序进行，也不一定要完成每个阶段， 可以是只涉及某几个阶段的探究，还可以改变原有的探究顺序。也就是说， 这个程序不是一成不变的，结合学科特点及教学内容可以有它的变式。 第三，科学探究的方法。科学探究需要采用一系列的方法，这里的方法 有时又称科学方法或科学过程技能或探究技能。关于探究方法的种类，2 0 世 纪中叶的课程改革运动中，美国科学教育促进会( a a a s ) 为给小学制定以过 程为中心的s a p a 课程，从各种科学研究中抽象出1 3 种类型：【7 1 观察，分类， 应用数字，测量，- 应用空间与时间关系，预测，交流，推理，下定义，形成 假设，解释数据，控制变量，实验。这些技能方法彼此紧密联系，在实际运 用过程中，它们往往是互相包含的，如在实验探究中就需要用到假设、控制 变量、交流、测量等方法，而在检验假设时，可能就会用到观察、实验、推 理、交流等方法。一言概之，这些技能方法是一个统一体，它渗透于整个科 学探究过程。 1 2 2 探索性实验及物理探索性实验教学 探索性实验有时又称探究性实验。目前，关于对探索性实验的理解，定 义不一，但大同小异。综合诸多专家学者的观点，笔者认为，探索性实验是 指：在学生未知结果的情境下，由教师或学生自己给出实验课题，教师提供 必要的实验器材，让学生在教师的帮助下或自行拟定实验方案，制定实验步 骤，进行实验操作，分析得出实验结论，并对探究结果进行交流的一种实验 形式。探索性实验是科学探究与自然科学实验有机结合的产物，是科学探究 方式在实验教学中的具体化，是人类对客观世界认识的简缩。探索性实验不 仅能使学生获得知识，还能培养学生的科学素养，这是探索性实验的根本意 义所在。 高中物理探索性实验教学研究 根据探索性实验的概念，可对物理探索性实验作如下界定：根据物理实 验的特点、内容和教学实际情况，在学生己有知识和现有的实验技能的条件 下，由教师或学生提出实验课题，在教师的指导下，引导学生自主确定实验 原理，设计实验方案并动手实验，主动探究，得出结论的一种实验方式。“ 它旨在充分发挥学生在实验教学中的主体地位，让学生亲历实验对未知结论 的探索，激发学生的思维状态，培养学生创新意识，初步形成科学态度，训 练科学方法，提高学生分析问题、解决问题能力。由此，物理探索性实验教 学是指在教师的指导下，学生运用探索性实验的形式进行学习，主动获取知 识，发展能力的实践活动。具体来说，就是指在教师的指导下，学生围绕某 个问题进行实验，观察现象，分析结果，从中归纳物理概念、发现物理原理 或规律，以获得知识并培养科学素养的一种教学形式。其目的在于让学生在 获得知识的同时也培养他们的创新精神和实践能力，而知识与能力的获得主 要不是靠教师的强制性灌输，而是学生的主动探索，主动思考、亲身体验出 来的。物理探索性实验教学较传统物理实验教学在教师观、学生观、教学观、 学习观、评价观等多个方面都有了更新颖、更丰富的内涵。关于这些问题， 本论文的下面章节中将会有所涉及，这里不在重述。 基于对以上概念的理解，可以用图1 一l 来表示它们关系： 图1 一l探究、科学探究、物理探索性实验概念关系图 1 3 国内外研究现状 物理探索性实验教学是科学探究在物理学科中的具体表现，所以认识本 研究的研究现状是以科学探究和探索性实验教学两条线索展开的。 国外：起步早相对深入 在国外真正对探究教学进行系统研究，是始于1 9 世纪末和2 0 世纪初期， 并在2 0 世纪中期达到高潮。1 9 世纪未和2 0 世纪初的美国，对科学探究教学 的研究最为典型，也走在了最前面，当时最活跃的代表人物是杜威。2 0 世纪 5 0 年代末至7 0 年代欧美诸国以及亚洲的韩国、目本等国出现了科学探究研 4 高中物理探索性实验教学研究 究的热潮，主要倡导者是美国的布鲁纳、施布瓦、费尼克斯等人。2 0 世纪 9 0 年代以来，欧美诸国纷纷倡导“主题探究”与“设计学习”活动，具有代 表性的纲领性文献美国国家科学教育标准明确指出：“所有的学生是都 能学习科学的，而科学的中心是探究”，。科学教学必须参与以探究为目的的 研究活动”。在科学探究方面研究成果较成熟的国家还有德国、日本、韩国 等。 在这些国家，对探索性实验教学的研究也比较深入，有成熟的研究成果 和成功的经验。从实验教学的教学目标、教学模式到教学评价都有较成熟理 论和实践研究的成果，在教学模式方面，像学习环模式、5 e 模式、萨奇曼探 究训练模式、社会探究模式，探究研讨模式等都是较为典型而且研究相 对深入的探究模式。实际上在这些国家的教育理念中，探索性实验已经成为 物理实验教学的主要形式，他们把探索性实验教学看成是学生发展科学探究 能力和培养科学态度的重要途径。概括起来那就是：起步早，研究相对深入。 国内：起步晚探索阶段 在国内，有关科学探究的研究成果也有不少，而且较为系统、深入地对 科学探究进行研究的专家学者也很多，像刘炳升教授、罗星凯教授、廖伯琴 教授、靳玉乐教授和任长松研究员等。以上诸位对科学探究的理论和实践都 有系统、全面的研究，而且相对深入，但笔者认为这些研究过于倚重理论性 和追求完整性，研究指向是科学探究的整体，而这样难免就会影响到研究成 果的实际指导功效。除此之外，还有许多期刊杂志中的文章，这些文章大多 以“小豆腐块”形式出现，一般只就科学探究的某个问题或领域进行探讨和 分析，而且研究深度也有待于进一步的增强。 由于我国对科学探究方面的研究起步较晚，目前关于高中物理探索性实 验教学研究的专著还没有见到。笔者通过h t t p ：w w c n k i n e t i n d e x h t m 优秀硕博士论文搜索引擎搜索，剔除无关链接，得到的搜索结果是为数不多 的部分硕士学位论文。这些论文对物理探索性实验教学虽有比较系统的研 究，但归纳起来可以总结为两点：一是文章大多侧重理论研究，如探索性实 验教学的原则，指导思想等，而且关于这些方面的研究结论大同小异，缺乏 创新性。二是教学设计过于追求完整性，偏重从科学探究的七个环节进行整 体设计，而且力求面面具到。从理论上来看，面面具到应该是“完美”的， 但从实际教学情况分析，特别是我们还处于探究初始阶段，要达到这个要求 水平难度很大，甚至是不可能的。其实，教学模式从来都是把教育理论付诸 教学实践最好的途径。由于不同的教学模式所关注的主要问题不同，因此我 们可以根据不同的教学内容、教学目标和教学对象选择适当的教学模式，使 高中物理探索性实验教学研究 教学具有针对性，从而体现教学的真正意义。然而，有关把探究教学模式具 体运用于高中物理实验教学的专著或论文，目前还没有见到。 1 4 研究的意义 理论研究意义 ( 1 ) 相关概念的澄清及进一步的认识： ( 2 ) 高中物理探索性实验教学设计的创新； ( 3 ) 为实践研究提供理论依据和框架； 实践研究意义 ( 1 ) 为学生的科学探究提供实践的机会和平台； ( 2 ) 检验理论研究的科学性和可行性； ( 3 ) 为高中物理探索性实验教学提供理论指导； 1 5 研究的方法 文献研究法 通过查阅、收集和整理国内外相关的资料，了解目前国内外关于此课题 的研究现状和发展趋势，澄清相关概念，明确研究问题，同时也找到支持本 研究的理论基础，对能利用的研究成果加以借鉴。 实验研究法 通过高中物理探索性实验教学实践活动，对教学设计、教学过程和教学 效果进行反思，总结研究收获和不足，为进一步完善研究做好准备。 调查研究法 运用问卷调查的形式对某高中部分高一学生进行问卷调查，统计分析调 查结果，获取该学校物理实验教学的现状及学生对物理实验的学习态度等方 面的信息，为研究的进一步开展提供帮助。 6 高中物理探索性实验教学研究 第二章高中物理探索性实验教学主要理论支持 2 1 建构主义理论 建构主义认为，认知发展受三个基本过程的影响：同化、顺化和平衡。 人的行为具有一种定向的平衡性，本处于平衡态的图式，由于人与外界的相 互作用，个体通过自我调节机制而破坏了这种平衡态，人再进行反应又恢复 新的平衡状态，这个过程叫平衡。平衡又可分为同化和顺化两种方式，同化 是主体将新的知觉要素或刺激纳入到自己头脑中原有的图式内，从而引起原 有认知结构的变化；而当主体的图式不能同化特定刺激时，主体只有调节自 己内部结构，也即改变原有图式或建立新的图式，引起主体认知结构发生质 变，这叫顺化。”1 建构主义认为学习是知识意义的建构，是知识的生长，是 新、旧经验的相互作用，是对理解的探索：知识必须通过学生已有的知识和 经验主动地加以建构才能获得。“”也就是说，知识不能简单地通过他人传授 得到，而要在一定情景即社会文化背景下，借助其他人的帮助，利用必要学 习资源，通过学生主动的意义建构的方式获得，使学生从原有的认知结构转 化为新的认知结构。 建构主义理论赋于现代教学观以新的内涵，建构主义教学观基本内涵可 概括为如下三个方面。“第一，学习在本质上是学习者主动建构心理表征的 过程，这种心理表征包括结构性知识，也包括非结构性知识或经验。建构主 义教学观认为，学习不是把外部知识直接输入到心理中的过程，而是主体以 已有的经验为基础，通过与外部世界的相互作用而主动建构新的理解、新的 心理表征的过程。第二，教师和学生分别以自己的方式建构对世界( 人、社 会、自然、文化) 的理解，其对世界的理解因而是多元的，教学过程就是教 师和学生对世界意义进行合作性建构的过程。建构主义教学观认为，世界的 意义并非独立于主体而存在，而是源于主体的建构。每个人都以自己的方式 建构世界的意义，因而对世界的理解是多元的。承认不同主体对世界意义的 建构的差异性，并不意味着教育过程中不同主体彼此之间相互隔绝、互不往 来，恰恰相反，这种差异性正表明教师与学生之自j 、学生与学生之间相互合 作、相互交往的意义和价值。第三，建构主义学习环境由情境、会话、协作 和意义建构四个要素构成；建构主义教学策略是以学习者为中心的。建构主 义的学习环境是开放的、充满着意义解释和建构的环境。在四要素中，情境 是意义建构的基本条件，教师与学生、学生与学生之间的协作和会话是意义 建构的具体过程，意义建构则是建构主义的目的。建构主义的教学策略是以 学习者为中心的，其目的是最大限度地促进学习者与情境的交互作用，以主 7 高中物理探索性实验教学研究 动地建构意义。 建构主义教学观对我们的启示是：教学要以学生为主体，让学生在与外 部世界相互交往过程中主动地建构自己的知识，而不能把知识灌输给学生； 学生不是知识被动的接受者，而是知识主动的建构者；教师的职能应从以教 授知识为主变为以指导学生学习为主，教师应成为学生意义建构的指导者、 促进者。教学应创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线 索，帮助学生建构当前所学知识的意义。物理探索性实验教学就是一种让学 生主动建构知识意义的有效方式。 2 2 教育学理论 2 2 1 主体发展教育理论 对于影响个体发展的因素问题，在教育发展史上，最具代表性的是凯洛 夫的三因素论。这种观点认为，个体发展受遗传、环境与教育三方面的影响， 这些因素各自在主体发展中起不同作用。但它们只是人发展的必要条件，而 真正推动这种发展的是作为发展主体的人及其自主的、积极的、创造性的实 践活动，这些才是影响人的发展决定因素。人的发展的根本是主体性的发展， 人的主体性发展以实践活动为中介，通过内隐与外显活动无数次交替而逐步 形成、发展和完善。对个人而言，只有在社会实践和交往活动中才能使自己 的能力获得发展，个性获得丰富，只有在从事不同水平和不同性质的活动中 才能逐步获得人类的主体意识和主体能力。就教育和环境的作用方式来讲， 环境和教育的影响主要通过学生的主体实践活动才能发生作用。为此，教育 要有效地促进学生主体性的发展，应精心设计有利于主体发展的实践活动， 使学生真正成为自主探究活动的主体，使影响学生主体性形成和发展的各种 因素相互促进，从而使受教育者通过主体活动实现发展。“” 由此，以主体发展教育理论为依据的教学设计应该表现以下特点：让学 生成为学习的主体；尽可能为学生创造实验或实践的机会：充分发挥学生在 学习过程中的主观能动性。探索性实验教学正是一种以实验为载体，学生自 主探究为主要手段的具体实践活动形式。 2 2 2 终身教育理论“钉”町 简单地说，终身教育就是贯穿一个人生命过程的全部教育。在朗格朗看 来，终身教育是一系列很具体的思想、实验和成就，换言之，是完全意义上 的教育，它包括了教育的所有方面、各项内容，从一个人出生的那一刻起一 直到生命终结为止的不中断发展，包括了教育各个发展阶段各个关头之间的 有机联系。联合国教科文组织国际教育委员会也表达了类似的认识，认为终 身教育是由一切形式，一切表达方式和一切阶段的教学行为构成的一个循环 高中物理探索性实验教学研究 往复的关系时所使用的工具和表达方式。终身教育论者认为，教育是一个统 一的连续不断的过程，并不随着学校学习的结束而结束，它是贯穿于个体生 命全过程的。终身教育不仅贯穿于人的一生，还贯穿于每个人的身体、智力、 情趣和社会性等各个方面的发展。 ，终身教育的主要目标不是让学习者获得知识，而是学习者的个人发展。 因为人是主宰社会进步与发展的原动力，是社会一切物质财富和精神文明的 创造者，重视人的发展，就是推动社会的发展。在教育方法上，终身教育论 者认为终身教育不只是正规教育阶段的延伸，他们认为终身教育有其独特的 内容和方法。也就是说，终身教育与一般意义上的学校教育在教育内容、教 育方法等方面是不同的，在本质上还存在一定的差别。那么，我们是不是就 因此而否定学校的地位和作用呢? 显然不是这样。1 9 9 2 年，日本文部省在年 度报告我国的文教政策中指出：“在终身学习中，学校承担两个重要角 色的职能。其一，它培养人们终身学习的基础，人们为了其终身持续不断的 学习，首先就必须培养起相应的基础。其二，向社会成员提供多种多样的学 习机会，学校是向社会成员提供终身学习机会的一种形式。”可见，学校在 终身教育思潮中仍有重要的作用，关键是学校如何发挥其独特的功能。 终身教育对学校教育带来了一定的冲击，但同时也带来了理论支持。终 身教育理论启示我们，要改变传统的教育教学理念和实践：注意激发学生的 学习欲望：教学生学会学习。物理探索性实验教学是培养学生创造思维能力 和提高学生发现问题解决问题能力的有效途径，它有利于学生学习动机的激 发，独立思考，自主构建知识，发现问题、大胆设想和实验求证。 2 3 现代科学学理论 现代科学学认为，科学是关于自然界、人类社会以及人类自身的规律的 概念、原理、方法和观念。科学不仅仅是传统意义上的知识( 概念、原理等) ， 更包括科学方法和科学观念。科学是认识科学知识的活动，即认识科学知识 的过程和方法。科学是知识、过程和方法的统一体，其中科学知识是科学过 程的产物。“” 现代科学学的重要启示是：教学活动不仅要为学生提供人类已经获得的 有关客观世界的系统知识，更要传授用来探索未知知识的途径和方法。学生 不了解知识获得的途径和方法，就不能有效地参加探索科学的实践活动，就 无法充分了解科学知识的全貌，主体的创新意识和实践能力就得不到充分的 发展。所以，现代教育不仅要重视知识的传授，更要重视对学生进行探究科 学知识的过程和方法的训练。探索性实验教学的主要目的在于使学生获得物 理知识的同时也发展探究技能，让学生了解科学研究的基本过程和方法。 9 高中物理探索性实验教学研究 第三章高中物理探索性实验的内容、教学目标和开放水平 3 1 高中物理探索性实验的内容 根据现行普通高中新课程内容及课程标准，笔者把教材中规定的探索性 实验及内容适合进行探索性实验教学的主要实验内容归纳如下：( 见表3 一l ， 以“共同必修”和“3 系列”模块为标准) 表3 一l高中物理探索性实验主要内容 课程模块探索性实验内容 研究匀变速直线运动的规律 探究自由落体运动的规律 物 检验微小形变及探索弹力与弹簧伸长的关系 探究共点力的合成与分解原理 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 理 探究影响摩擦力大小的因素 1探索超重和失重的本质 探究弹性势能的表达式 物 探究功与物体速度变化的关系 验证机械能守衡定律 理 探究平抛运动的规律 影响向心加速度大小因素的探究 2 电场线的描绘 选 电表的使用和改装 待测电阻及电源内阻阻值的测定 修 描绘导体伏安特性曲线 通过实验理解安培力和洛伦兹力 3 1 探究感应电流产生的条件和楞次定律 选 通过实验了解自感现象和涡流现象 通过实验了解i 乜感和电容对交流电的影响 修 3 2 探究变压器的电压与匝数的关系 0 高中物理探索性实验教学研究 估测油酸分子的大小 选 修 探究液体表面张力 3 3 探究气体实验定律 探究影响单摆周期的因素及定量关系 选 共振( 声音共鸣) 实验 探究光的衍射、干涉规律 修 测定材料的折射率 3 4 通过实验认识光的色散、全反射现象 选验证动量守恒定律 修 光电效应实验 3 5 、此外，课程标准的物理实验专题中也有一系列的实验“”：( 部分实 验上面已有列举) 例1 研究弹簧振子的周期与小球质量的关系。 例2 用冲击摆测弹丸的速度。 例3 用滑块、气垫导轨、数字毫秒计等研究动量守恒定律。 例4 用摄像机、数码相机或频闪照相研究物体的运动。 例5 用变阻器设计几种不同的控制电路。 例6 把电流表改装成多量程电流表、电压表或多用电表。 例7 探究大容量电容器对电路的影响。 例8 测定自来水的电阻率。 例9 用电桥和热敏电阻测温度。 例l o 选用传感器制作控制电路。 例1 1 探究静电屏蔽和电磁屏蔽现象。 例1 2 用电解法测定元电荷。 例1 3 研究霍尔效应。 例1 4 将c d 光盘作为反射光栅，测定其光栅常量。 其实，探索性实验内容远不止这些，我们可以通过许多途径得到探究的 问题和内容，如：可以将书本的演示实验、学生实验改变具有探究性的学生 实验：可以将书本上的具有可延伸的知识点或某一领域的学习内容进行实验 探索：也可以选用书本以外的与人类自身紧密相联的问题：还可以是课题研 究或科技制作当中的问题等。 高中物理探索性实验教学研究 3 2 高中物理探索性实验教学目标 根据普通高中新课程标准的三维目标和科学探究及学生能力要求，我们 可以从认知目标( 知识与技能维度) 、过程目标( 过程与方法维度) 和情意 目标( 情感态度与价值观维度) 三个方面来确定探索性实验的教学目标。 认知目标 ( 1 ) 物理知识。主要指学生通过实验探究过程获得的物理现象、物理概 念和物理规律。 ( 2 ) 物理实验仪器方面的知识。主要指实验仪器的名称、构造、规格、 用途、如何操作等方面知识。 ( 3 ) 物理实验安全知识。主要指有关安全操作和应对事故的知识。 ( 4 ) 基本操作技能。即如何正确巧妙地使用物理器材。 ( 5 ) 基本实验认知技能。包括实验器材的选择、现象和数据的记录、实 验方案的设计和探究报告的撰写等。 情意目标 ( 1 ) 激发学生实验探究的兴趣。 ( 2 ) 让学生体验探究的乐趣和成功的喜悦。 ( 3 ) 培养与他人合作、交流的习惯。 ( 4 ) 培养学生科学意识和创新精神。 过程目标 探索性实验教学的根本目的是让学生参与获得知识的过程，因而这一目 标是整个教学目标的重点，新课程标准虽然对科学探究及学生能力作了一定 的要求，但那是总体性的目标，在探索性实验教学中，有必要进一步的具体 化。为此，有研究者根据实验探索的基本过程，制定了如下表教学目标：“” 表3 2高中物理探索性实验教学的过程目标 层次亚层次 a 1对事物和现象的观察 a 2 选择合适的测量工具 a 观察与测量 a 3 对事物及其现象变化进行测量 a 4 估算和精确度 b 1 认清问题 b 发现问题并 b 2 提出一个假设 寻求解决问题的 b 3 选择适当的实验检验假设 1 2 高中物理探索性实验教学研究 方法b 4 拟定实验步骤 c 1 实验数据的处理 c 2 以图象的形式表示数据 c 解释数据 c 3 对实验数据和观测资料的解释 c 4 外推和内推 并作出概括 c 5 依据实验数据评价一个被检验的假设 c 6 依据发现的关系通过计算法或比例法作出相应的 归纳 d 1对物理模型必要性的认识 d 2系统地提出一个能够包容已知现象和原理的物理 d 设计、检验 模型 和修改一种物理 d 3依据物理模型说明各种关系 模型 d 4 从一种物理模型推导出新假设， d 5 解释并评价物理模型的检验结果 d 6 修改、完善或扩充物理模型 以上四个层次是对学生在实验探索中的行为要求。这四个层次的次序不 是任意安排的，它代表了学生在探究过程中所必经的而且是愈益复杂的步 骤。这四个层次提出在实验探究过程中，有关学生行为的一个分类。它虽然 不是进行探索的固定程序，但是以上亚层次中的许多行为要求，在探索过程 中比比可见。然而这并不是说在任何一个探索过程中都会出现所有规定的行 为，或者说它们一定按照亚层次规定的次序出现。 该目标重点放在学生参与实验探究过程中的行为范畴方面，以顺应当前 物理教育强调向探究方向发展的趋势。需要说明，这个过程目标中的某些目 标可能会包含认知目标和情意目标中的部分成分，但笔者认为这是正常的， 因为教学目标本来就是一个整体他们相互交融于一体，许多具体目标有时 很难界定清楚它们归属于哪一类。总之，教学的目的是使学生得到发展，至 于某种发展归属于哪类目标并不是重要的。 3 3 高中物理探索性实验教学的开放水平 探索性实验教学的不同阶段和不同内容对学生的能力水平提出不同的 要求和挑战，对不同发展阶段和不同教学内容实施探究教学必然存在可行性 的问题。探究程度要求太高，以至于超出学生的能力范围，探究教学就无法 落到实处；反之，过于强调学生的实际和教学现状，置探究程度不顾，虽然 高中物理探索性实验教学研究 可行，但却不是真正的探究教学，实质上教学文变成了学生机械接受知识的 过程，达不到培养学生科学素养的目的。 美国国家研究理事会在2 0 0 0 年出版的探究与国家科学教育标准一 书中指出，教学要充分发挥和利用科学探究的教育功能，就必须具备与科学 探究相类似的特征，即学生要全面从事提出问题、收集证据、作出解释、评 价解释、进行交流这五个方面。但它同时指出，师生如何从事这些活动可根 据实际情况作出调整，教师在活动中起组织作用的程度和学生自主进行探究 的程度可以各有不同。“盯为此，我们可以从两个角度来讨论探究的程度问题， 从探究过程所包含科学探究的要素多少，将其分为完整探究与部分探究；从 师生所起作用的程度不同，将其分为定向探究与自由探究。“” ( 一) 完整探究和部分探究 完整探究是指学生亲历的探究过程包含了科学探究的各个要素，反映了 科学探究的各个特征。学生进行探究时，需要根据任务或问题情景，提出准 备探究的科学问题，需要针对问题建立科学假说，需要根据假说设计实验方 案，需要通过观察实验获取事实和证据，需要观察实验作出科学的解释，需 要通过表达交流完善自己的认识，等等。 完整探究能够使学生比较完整地认识科学探究过程的全貌，比较全面地 培养学生进行科学探究所需要的各种能力。 然而，在日常的课堂教学中，学生大量接触的是部分的探究，即探究的 部分环节。这些探究活动有的只是完整探究教学中的某一小问题的探究，有 的只涉及问题的提出，有的则只是建立科学的假说，有的只是设计实验方案， 有的只是对信息的解读或问题的讨论。部分的探究是构成物理课堂教学的主 体，在教学活动中占有相当的比重，但在教学中并不占用过多的时间，教师 可以根据教学的具体需要，灵活地采用。 ( 二) 定向探究与自由探究 定向探究是在教师提供大量的指导和帮助下完成的，它既包括教师提供 具体教学事例和程序，由学生自己寻找答案的探究，也包括教师给定要学的 概念或原理，由学生自己发现它与具体事例和联系的探究。虽然定向探究时， 教师给学生提供大量帮助，但学生在观察和分析数据、建立假设、判断推理 及作出结论时，教师起着引导而不是代替的作用。 自由探究是指学生开展探究学习时，极少得到教师的指导和帮助，自己 独立完成。开展自由探究时，学生提出探究的问题，确定探究对象，设计探 究程序，收集所得数据，检验假设，直到最后作出结论。简单的说，学生自 己提出问题，然后经过各种探究活动独立地解决问题。在自由探究时，教师 1 4 高中物理探索性实验教学研究 的作用在于给学生提供所需的资料，起到活动的的辅助者和组织者的作用。 因而从这一点而言，自由探究对学生的要求更高，同时也为学生提供了更好。 地发挥创造性的机会。 从探究水平上讲，定向探究是探究的低级阶段，自由探究是高级阶段， 二者紧密联系，相辅相成。定向探究是自由探究的基础，自由探究是探究的 延伸和发展，也是定向探究的最终目的和归宿。从定向探究到自由探究，教 师的作用越来越小，学生的独立性越来越强，当然，定向探究与自由探究之 间的划分并没有绝对的界线，如果把它们看作是探究的两极，那么在定向探 究与自由探究之间就是学生探究能力水平不断提高的过程。 为了更好地把握探究教学的开放程度，可从从下几个主要环节来划分探 究教学的开放水平( 见表3 3 ) ： 表3 3 探究教学的开放水平 形成问题建立假设制定方案检验假设得出结论 水平1教师教师教师学生教师 水平2 教师 教师 教师学生学生 水平3教师教师学生学生学生 水平4教师 学生学生学生 学生 水平5学生学生学生学生 学生 由于教学内容的因素，物理探索性实验教学对学生探究能力要求较高， 然而，即便如此，为了学生更好的发展，尤其在探究的初始阶段，教师不能 一开始就让学生从事水平5 的探究活动，而应该让学生有个过渡的过程，因 此建议教师从水平1 做起，等学生有一定基础后再依次尝试更高水平的探究 教学，直到学生可以独立地开展实验探究活动。 高中物理探索性实验教学研究 第四章高中物理探索性实验的教学设计 本研究的教学设计是基于某些探究教学模式而进行的，所以有必要对教 学模式的概念进行澄清。所谓教学模式是指在学习环境设计理论与实践框架 指导下，为达成一定的教学目标而构建的教学活动结构和教学方式。它是将 学习环境设计理论转化为具体教学活动结构和操作程序的中介，是将学习环 境设计理论与实践框架同具体教学情境相结合的结果。“”也就是说，教学模 式是把教育教学理念贯彻于教学实际的中间纽带，因此它必须兼顾理论和实 践两方面的内容。 一种成熟的教学模式，它的结构是相对稳定的，都有其一定的适用范围、 独特的运作条件和系统的方法、策略，在一定的范围内，具有一定的代表性 和示范性。但是，教学模式在具备上述特点的同时，也是一个开放的系统， 它的结构是动态发展的，具有迁移和转换的价值。因此，一种教学模式并不 是放之四海而皆准或一成不变的，在教学实际当中，要根据特定的教学内容 和任务来确定教学模式的合理性和有效性。换言之，在实际教学情境中，我 们可以选择某种模式并直接加以“模仿”，也可以对模式加以灵活的变通， 还可以对模式进行重构。教学的意义并非在于对模式的依赖程度，运用教学 模式的终极状态是弱化模式，超越模式。巴金曾说：“艺术的最高境界是无 技艺。”我们也可以说，教学的最高境界是无模式。 4 1 基于萨奇曼探究训练模式的教学设计 4 1 1 萨奇曼探究训练模式概述 探究训练模式是理查德萨奇曼( r i c h a r ds u c h m a n ) 通过观察、分析科学 家的创造性探索活动之后，结合学习方法的因素概括而成的。它训练学生组 织资料，进行因果关系的推理以及建立和验证理论，是一种由事实到理论的 训练模式。这种模式基本上再现了科学家进行探索的进程，对于提高学生的 创造性思考能力、推理能力大有裨益。” 4 1 2 萨奇曼探究训练模式的特点 萨奇曼探究训练模式除了其他探究模式所具有主体性、主动性、可操作 性、简约性、针对性和整体性的一般特点外，还有其独具的特点。 一、注重“问题” 在探究训练模式中教师要精心设计问题情景，使学生在问题情景中产 生认知冲突，激发探究的动机。之所以说注重“问题”，是因为这里的问题 不同于传统教学中教师用来提醒学生或仅凭记忆就能作答的的那种现成问 题，而是学生自己的问题，这个问题背后隐含着一个科学道理或规律，而且 1 6 高中物理探索性实验教学研究 这个问题是学生可以解决的，问题答案不是无限开放，有多种或根本没有答 案的。 二、注重过程，较少强调内容 探究训练模式的核心是“训练”。本模式旨在使学生在解决问题的过程 中了解探究的过程，掌握基本的科学探究方法，体味探究的乐趣，让学生在 。训练”中发展自己的探究技能，而不是要求学生把主要精力放在所探究的 问题内容上。由此，教师的评价的重点也应放在探究过程上，而不是在探究 结果的正确与错误上。这是该模式与其他探究模式的区别，也是它独具的特 点。 4 1 3 教学的实施流程 探究训练模式是在观察科学家探索活动的基础上形成的，因此它基本上遵循 着“问题假设一验证一结论”这样一种程序。这种模式特别注重学生掌握科学 探究的过程，因此它需要在获得结论的基础上进一步反思整个过程。结合高中物 理实验教学的特点，笔者把基于探究训练模式的物理实验教学分为以下几个阶段 ( 见图4 1 ) ： 图4 一1 基于探究训练模式的教学流程图 第一阶段：展示问题。这一阶段要求教师向学生呈现一个令人困惑的问题 情景，这个问题情景一方面要体现“有趣性”和“冲突性”激起学生强烈的好 奇心，产生一种想知道“怎么回事”的冲动：另一方面，这个问题情景中所要解 决的问题必须是可以解决的，也就是说问题难度要适当，不能太难或太容易，否 则“探索”的