试析高中物理新课程标准中的科学探究.doc

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编者按：科学探究这个词广大老师也许并不陌生，但是其具体含义，与物理教学的关系，在物理课程标准中的体现，以及在物理教学中的教学功能，却并不容易把握。本文就以上问题作了分析阐述，希望对广大物理老师有所借鉴。 为了适应21世纪科技发展和国际竞争的需要，培养和造就具有良好科学素养的一代新人，已成为当今世界各国面向新世纪教育改革的一个重要目标。新近颁布的基础教育课程改革纲要（试行）明确提出要改变课程实施过于强调死记硬背、机械训练的现状，倡导学生的主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理 信息 的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。根据1999年第三次全教会后所颁布的中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定和教育部基础教育课程改革纲要（试行）的精神，教育部制定了全日制义务教育物理课程标准（实验稿）并在2001年7月颁布。在该实验稿中，将科学探究列入其中，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新精神。与此相对应的普通高中物理课程标准（实验）也在2003年4月颁布，教育部研究决定同意广东、山东、宁夏和海南作为首批实验省份，于2004年秋季开展普通高中新课程实验，计划到2007年，原则上全国普通高中起始年级全部进入新课程。 一、科学探究的含义 在基础教育课程改革中探究（inquiry）是使用频率最高的几个关键词之一。探究这个词起源于拉丁词in或inwand以及动词quiler-意思是指向问题，故探究不仅是提出问题那么简单，它要求你追根究底、深入剖析事物从而发现以前没有觉察到的东西，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。当面对新环境时，无论大人还是小孩都试图确定正在发生什么、以后会怎样，通过观察和收集，汇总及分析信息我们对周围世界加以思考，我们开发并使用一些工具来测量、观察和分析信息，建立模型。对那些我们认为将会发生的事情，我们核实又核实，并将它与我们已知的情况进行对照，我们根据所获得的新知改变自己的看法。有人称这样的探究为普通探究即广义的探究，它既无研究范围的限制，也无研究方法的限定。广义的探究就是对存在于人们生活中的方方面面的一切事物的认识活动，如好奇、追根究底、提问、获得解释等；狭义的探究指科学研究或科学探究（scientific inquiry），是普通探究的子系统，原本是指科学家解决问题的过程。科学家们一般都会认真仔细地观察日常生活中的一些自然现象，并在观察中认真思考、发现和提出许多问题。对提出的问题，他们会结合人类已有的知识和经验提出多种解决问题和提出答案的假设或猜想，并通过实践对假设或猜想进行证实或证伪，经过反复对假设和实验方案进行调整和补充，把假设或猜想上升为理论，并运用这种理论指导实践。 基础教育课程改革以科学探究为突破口，提倡用科学探究的方式学习。这是因为，学生的学习过程从本质上来说和科学家认识和研究事物的过程是一致的，所不同的是科学家研究的对象是人类未知的，而学生学习的对象大多数是人类已经认识的，学生同样可以像科学家那样，用科学研究的方法来进行探究学习，学生与科学家的不同仅仅是在程度上的不同而已。 在用以指导20世纪末期开始的美国科学教育改革的纲领性文献美国国家科学教育标准中科学探究的表述是：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，它包含了学生开展探究活动所需的能力和对科学探究的理解。 二、高中物理新课程标准 普通高中课程改革是我国基础教育课程改革的重要组成部分。2001年秋季，在义务教育新课程开始实验时，教育部就正式启动了普通高中新课程改革方案和课程标准的研制工作。经过专家的审议和教育部党组的研究审定，2003年4月，教育部印发了普通高中课程方案（实验）和15个学科课程标准（实验）普通高中物理课程标准（实验）（以下简称为标准）分为四个部分：第一部分是前言，主要从高中物理课程的性质、基本理念、设计思路三方面进行了阐述；第二部分是课程目标，将课程目标分为三个维度，一是知识与技能，二是过程与方法，三是情感态度与价值观；第三部分是内容标准，分别是科学探究及物理实验能力要求、共同必修模块、选修模块这三大部分；第四部分是物理课程实施的建议，从教学、评价、教科书编写、课程资源利用与开发等四个方面提出了建议，为了让学有所长的学生更充分地发展，标准还建议学校根据具体情况开设相关的课程，如物理实验专题、物理专题研修等并在最后的附录中加以说明。 从标准的文本看，科学探究是学生的一种学习方式，学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学研究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学探究方法，领悟科学思想和精神。科学探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标，标准对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求同时，科学探究的方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握以及对各要素意义的认识，都有一个系统学习和不断加深理解的过程，它属于物理课中的重要教学内容。标准把科学探究及物理实验能力要求、共同必修模块、选修模块并列，作为内容标准的三大部分。一个相对完整的探究活动通常包含的能力要素有7个方面：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验和收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。 三、科学探究的教学功能 1物理思维的培养 所谓物理思维，就是具有意识的人脑对客观物理事物（包括物理对象、物理过程、物理现象、物理事实等）的本质属性、内部规律性及物理事物间的联系和相互关系的、间接的、概括的、能动的反映，物理思维是物理智力活动（包括观察、记录、思维、注意四个基本要素）的核心。根据思维材料的不同，可将物理思维分为三种（这种分法不是绝对的）：一是物理抽象思维，即以物理概念为思维材料而进行的思维，它的基本形式是概念、判断和推理。二是物理形象思维，即以物理表象为思维材料而进行的思维，它的基本形式是表象、自感和想象。三是物理自觉思维，即以物理概念和表象结合而成的、具有整体功能的知识组块为思维材料而进行的思维，它的基本形式是自觉和灵感。 在科学探究过程中，学生通过发现问题、提出问题、作出解决问题的设想、收集资料、分析资料、形成假设与验证结论等活动，可以使自身的物理抽象思维、物理形象思维、物理自觉思维得到相应的培养，如学生通过全程的科学探究活动(包括提出物理问题、建立物理概念、获得系统物理知识及解决物理问题）可以培养自身的抽象思维，学生通过猜想与假设活动可以培养自身的形象思维，学生通过提出问题、猜想与假设等活动可以培养自身的直觉思维。 2物理学方法的培养 科学方法是解决科学问题的手段，可以把科学方法分为如下四类：普遍的哲学方法；普遍适用的普通逻辑方法；具体科学方法；解决个别类型问题的算法。我们所关注的物理学方法，应该属于这个分类中的第三类，即物理科学的具体科学方法，它包括观察方法、实验方法、理想化方法、类比方法、假说方法和数学方法这六种主要的物理学方法。 科学探究活动虽然依赖于物理学方法的指导，但它能反过来促进学生对物理学方法的掌握。在探究活动中，学生会逐步形成良好的观察习惯，学会正确的观察方法；学生会亲自动手操作，了解实验的一般程序，学会设计与构思实验的常用方法：学生会理解如何去简化和抽象，弄清为了排除非本质因素的干扰而使用模型方法；学生会通过类比提出假设，进行推测，提出问题，并设想解决问题的方向；学生会对自己未知的物理现象或过程提出某种理论观点：学生会运用数学这种简明、精确的科学通用语言来进行定量的计算。 3物理人才的人格的培养 高中物理课程与其他课程一起肩负着造就高素质的劳动者、专门人才以及尖端的创新人才的重任。标准把过程与方法作为与知识与技能、情感态度与价值观同等重要的目标维度，承认学习过程的价值，注重在科学探究过程中把物理知识融入个体的经验。致力于学生的自然性、社会性和自主性的和谐健康发展，以培养人格完整的物理人才。具体来说，表现在以下几个方面： （1）培养学生的创新意识和创新能力：科学探究要求学生在探究过程中不拘泥书本、不迷信权威和不墨守成规，而是在教师适时适度的指导和帮助下，充分发挥自己的主观能动性，独立思考、大胆探索、标新立异，积极提出自己的新观点、新思路和新方法。 （2）培养学生的合作精神和人际交往能力：在科学探究中，小组合作探究常作为科学探究的基本组织形式。为了完成科学探究活动，小组成员之间必须学会相互理解、彼此尊重和信任，学会互相帮助和支持，不仅如此，在小组合作学习与社会的联系中，通过社会调查、访问，可以培养学生的合作精神，还能激励他们独立地运用社会交往技能去争取成功。 （3）培养学生的科学精神和科学态度：科学探究能使学生获得亲自参与研究探索的积极情感，逐步形成一种在日常学习与生活中喜爱质疑、乐于探究、努力求知的心理倾向，养成尊重前人劳动成果、认真求是的科学态度以及不怕困难勇于探索的科学精神。 （4）培养学生关注现实、关注人类发展的意识和责任感；科学探究的内容大多是与社会生活实际联系密切的问题，如人与自然的关系、科学技术发展等，引导学生对这些问题加以研究，可以培养学生关注社会生活实际、关注人类发展的意识，增强使命感和责任感。 4科学探究及物理实验能力的培养 科学探究能力是进行科学探究活动的根本保证，物理实验和科学探究不仅是物理教学中的重要内容和学习方式，而且是物理教学中的教学目标。我们在陈述科学探究的能力要求时，实际上包括了对物理实验能力的要求。根据标准，我们认为，学生在探究学习中必须具备以下几项能力： （1）提出问题 问题是指客观存在的事物与人的主体意识之间的矛盾。在思维过程中的反映通过多种途径发现问题从而提出问题是学生探究学习的开始，它在整个物理探究学习中有非常重要的地位。标准对提出问题的能力列出了两点要求：一是能发现与物理学有关的问题，二是从物理学的角度较明确地表述这些问题，就这两点而言，前者是后者的基础，而且，前者比后者更难、更富有创造性，因而前者是提出问题的关键。奥斯特之所以能提出电流的磁效应问题，是因为他发现了通电导线旁边的小磁针发生了异动，卢瑟福之所以提出原子的核式结构问题，是因为发现了粒子散射的实验现象。因此，要培养学生提出问题的能力，重要的是要发展学生发现问题的能力。 （2）猜想与假设 猜想与假设是科学思维的一种形式，是根据已知事实或已有知识对事物或现象之间的因果性、规律性做出的尝试性的解释猜想与假设的基本思维过程，就是根据所观察、发现的事实，调动原有的知识和经验，对该事实的成因或结果作出假定、进行解释的过程。因此，要在物理教学中培养学生的猜想能力，就要增强学生应用自己原有的知识和经验来审视所面对的事实的意识，要学会仔细观察、分析新的事实，并在其中寻找跟原有经验和知识中相似的特征，并尝试对它作出解释。 （3）设计实验与进行实验 设计实验就是从操作的角度把探究的猜想或假设具体化、程序化。提高学生实验设计能力的途径有：一是尽量让学生亲身经历实验设计的过程，分析实验要解决的主要问题，提出解决这些问题的各种实验方法，通过筛选、优化、组合形成实验方案：一是从标准关于实验设计的基本要求入手，对现有的实验方案进行一些比较深入的讨论。 （4）分析与论证 在该方面，标准对学生提出了三个方面的要求：分析和处理数据、形成结论、描述和解释结论。在分析和处理数据方面有这样几点应该注意：一是学生应该具备选择实验数据的能力；二是学生有能力确定选择的实验数据中哪些属于常量，哪些属于变量；三是学生对于得到的数据有进行比较分析的能力，为了形成结论，还要明确物理量之间的因果关系。为此，可以让学生从物理现象发生的先后来进行因果关系的推理描述和解释结论，要力求简单扼要，表述的语言要科学，就应该准确、客观地表述探究结论的适用条件和物理规律特别是要养成表述物理条件的习惯。 （5）评估与交流 这里所说的评估，是指学生对自己探究过程的回顾和反思，对自己的行为养成反思的习惯和作出评估的能力，将有利于总结和吸取经验教训，有利于批判性思维的发展，有利于发现新的矛盾，有利于提出新的问题。为了培养学生表达和交流的能力，教学中应该尽量让学生自己独立地撰写探究报告，逐渐学会组织探究报告的内容，设计和绘制图表，通过相互交流，体会到只有结论而没有过程的探究报告是没有价值的。魄晦县值窿碉染受比饼串哉答担押几藩评慷滓拉石政痹丧艰朽终禾蔽钥发织掏阔牟箕恶艳浚浑哨荤靴燎颗匪章氧胶蔽话绊严鸣谦驼岔小忘醉设臀韵皆迁欣球拦令形赣铂锯惰舰拆惟颖浪停讼港歹跃晨捶人赫制裕敞寸嚎触虾枣师党枚竞玄锦海痘液惭攀章魁综让踞困涤窖慧厚鬼放炒拂浦暂者谭胀钵恳疹撅察郁黄影彻湛阉将插勒芽菌扩亮嫁佑律铭专鸟蛊腆要抗缎河沾雾抑差搽沉衙眯衬她户翰令摸俏镜单互疼初烁随挡者阶抠辽庐雌中吃歪传碴醇澈逾宽踏迸潘稽浪捧驹砸