高中物理探究教学的理论与实践

PAGEPAGE50-宁波市教育科学规划课宁波市教育科学规划课题优秀成果评审材料《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课题负责人：周纪良课题组成员：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EXCEL和Matlab软件，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，信息技术目录一、课题研究的提出··························································5（一）本课题的研究背景······················································51、传统教学的弊端呼唤探究教学·······································52、深化物理探究教学变革············································53、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·······················································61、探究学习与探究教学···············································72、高中物理探究教学策略············································7（二）理论基础·······························································71、物理学科基础保障探究教学的科学性和深广度······················72、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·83、教育学思想能端正教学观念，引领教学行为··························94、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···················································111、基础研究····························································112、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。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。⑴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。⑵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ADSL宽带网，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Matlab、Excel等的使用方法，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。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。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。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．20032、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。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（Science）的理性与逻辑，故事（Story）的想象力与文化，精神（Spirit）的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、STS教育等，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GPS．．．．．．。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：①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。②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。③强调协作学习。即在他人指导和相互协作中学习。④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①“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。②“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。③“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）①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。②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。③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）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：①教师提供的问题；②学生提出的问题；③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。张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．48张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．48“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：①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。调查表明附录1《中学生探究学习技能调查问卷》问题32，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附录1《中学生探究学习技能调查问卷》问题32M.W艾森克，M.T基恩．认知心理学．上海：华东师范大学出版社．2004第四版．439②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M.W艾森克，M.T基恩．认知心理学．上海：华东师范大学出版社．2004第四版．500（Wallas）把创造过程分为四个主要的阶段：准备期、酝酿期、启发期、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M.W艾森克，M.T基恩．认知心理学．上海：华东师范大学出版社．2004第四版．500③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。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。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M.W艾森克，M.T基恩．认知心理学．上海：华东师范大学出版社．2004第四版M.W艾森克，M.T基恩．认知心理学．上海：华东师范大学出版社．2004第四版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。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在一致的，符合逻辑的说明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。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。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：①逻辑过程简明。㈡注意常见的逻辑错误张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．86张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．863、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钟启泉．现代教学论发展．教育科学出版社．1988．363-364，第一个特点是“钟启泉．现代教学论发展．教育科学出版社．1988．363-364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。”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：①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59.40％；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56.88％，对于生活和学习中的想法，更少去设计实验验证，占86.47％，原因可能是学生认为生活中缺乏做实验的条件，占74.51％，家里没有一个工具箱，占69.61％；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。②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62.5%，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55.6%，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66.67%。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42.2%，大部分符合我的实际情况占32.4%，有点符合我的实际情况占10.8%。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7.8%，利用数学解决生活中的实际问题意识薄弱，实践缺乏。③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。探究技能科学过程技能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：①观测，包括观察（Observing）与测量（Measuring）。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。张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．71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。张红霞．科学究竟是什么．北京：教育科学出版社．2003．71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0.05mm，那么学生应该知道用精度为0.05mm的游标卡尺，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22.4L有多大，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2.65分。②分类（Classifying）：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。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，未知量按照是否要求可以分为待求量和中间量（不用求出的未知量）。该例中用到了两分法。而把物理量按照这种标准分类后，可以定义什么叫解题（指书面理论问题解决，或实际问题的理论分析），所谓解题，就是用已知量来表达待求量。这个解题的定义，可以作为解题策略中的很重要的元认知知识。分类活动的情境性。分类活动应该置于一定的情境之中。③预测（Predicting）：科学远不只是对所观察到的现象进行说明，提出聪明的猜想或预言，也是科学家工作的重要组成部分。预测的训练项目：利用可靠的证据来预报某个未来事件或未来的发展。利用图表作出预测。包括内插法与外推法、类比法等。利用直觉进行预测。预测的结果是否可靠，需要经过严格的逻辑推理来证明或实验验证。④推理（MakingInferences）：这是另一种猜测，是对观察到的现象作解释、思考和逻辑分析。逻辑推理分归纳推理和演绎推理。科学便是在不断的推理和验证中向前发展的。在观测获得证据的基础上，采用严密的推理得出正确的推论是探究学习所要求的主要技能。任何探究学习都要求学习者超出给定的信息来推断出新的关系。艾斯勒．W．，艾斯勒．M．．走进中小学科学课：全景式教学方法．长春：长春出版社．2003．55推理的训练项目：区别观察结果和推理结果。逻辑推理。包括归纳推理与演绎推理。高中阶段学生的推理训练宜从定性为主过渡到以定量为主。要培养学生应用数学的技能、应用规律进行思维的技能。在科学学科如物理学、化学、生物学、地理学的推理过程中，常常要用到运用数学的技能。数学在科学教学中的工具性作用包括数字运算和符号运算两个层次。应用数学的技能一方面是指把观察所得的结果用精确的数学关系表达出来另一方面是指运用数学语言来精确地描述和分析资料。科学家常常从事计算、测量、制图、列方程式等工作。例如，有人这样来推导洛伦兹力的表达式：∵F＝BIL而I＝q/t,v＝L/t∴F＝B·qL/t即F＝qvB。你认为这一推导过程正确吗？说明理由。这样的推理不正确。失败的原因是没有建立相关的物理模型，只是在套用一些公式。物理学和数学结合，是高中生推理能力发展的有效途径。⑤建模即建立模型（Model）。建立能够表达未知事物的本质的心理映像的过程，就叫做建模。一个科学的模型，就是明确表达出的一种理论，模型能够解释并且使属于一个特定的自然现象的所有已知信息融为一个整体。建模分为以下三类Prof．JonOgborn，英国伦敦大学物理学科建模和仿真学习modelingandsimulationlearning方面的专家．http://blog．online-edu．org/zxl/001952．html：对象与规则建模（modelswithobjectsandrules）；关系建模（modelswithrelationships）；动态建模（dynamicmodelsProf．JonOgborn，英国伦敦大学物理学科建模和仿真学习modelingandsimulationlearning方面的专家．http://blog．online-edu．org/zxl/001952．html建模的训练项目：“画示意图”把未知事物的本质的心理映像表达出来学会画示意图。如受力分析图、运动示意图又包括运动状态示意图和运动过程示意图、等效电路图、带电粒子运动图、光路图、能级图等。“确定研究对象”，按对象建模训练。物理解题中重视并把确定研究对象作为首要目标。如质点模型，理想气体模型，人船模型等。“数形实三结合”，按规则建模训练和。注意数形实三结合。“关系分析”，按关系建模训练。实验数据的计算机拟合，采用的软件可以是Excel、Matlab、Spss等，然后建立模型，三种软件中Excel对中学生较为适合。“动态分析”，按动态建模训练。手工作图基础上应用计算机仿真与模拟。如人造地球卫星的运动图。例如，大雨点下落快还是小雨点下落快的问题，就需要按所给的限制条件建立模型，然后再运用数学工具推导，最后根据求得的数学结论，提出物理解释，最终解决该问题。⑥信息技能（Informationing）学生应该不断培养收集、筛选、组织、使用各种信息的技能。信息技能的训练项目：运用工具的能力。能熟练使用网络等信息工具。获取信息的能力。能根据自己的学习目标有效地收集各种学习资料和信息，能熟练运用阅读、访问、讨论、参观、实验、检索等获取信息的方法。处理信息的能力。能对收集的信息进行归纳、分类、存储、鉴别、分析、综合、抽象、概括和表达。生成信息的能力。在信息收集的基础上，能准确加工信息，使之简洁明了、通俗流畅、富有个性，从而创造新信息，用信息解决问题，让信息发挥效益，达到收集信息的目的。信息交流的能力。使信息和信息工具作为交往与合作的中介，与外界建立多种和谐的交流协作关系。信息免疫的能力。浩瀚的信息良莠不齐，需要科学的甄别能力和自控、自律、自我调节能力，能消除垃圾信息和有害信息的干扰和侵蚀。⑦交流（Communicating）：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。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．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．1999．42交流的训练项目：科学的语言表达能力和口头表达能力。个人训练方法：记录个人所做的工作，其中运用多种不同的交流技巧。口头方式或书面方式；绘画方式、图表方式、数学方式或电子方式。合作性小组的训练方法：小组每位成员在小组交流时都应做到口报告、耳倾听、心判断。科学过程的统整技能有：①形成假设（FormulatingHypotheses）：假设是对所要研究的问题提出暂时性的回答，借这种回答以考察观察所得的结果，以便能直接地、清楚地判断观察结果是否支持原有的理论。事实上，假设是一种更高级的猜测，即系统的有理论依据的猜测。假设需要得到实验的反复检验，才能成为正确的理论。假设的训练项目：阐明假设。叙述对所研究的问题的暂时的自认为正确的命题。如给定质量的水的表面积越大，蒸发越快。构造对假设的检验。②操作性定义（MakingOperationalDefinitions）：定义可以使表达简练明了。操作性定义的训练项目：区分实验过程的常量和变量。区分自变量和应变量。科学探究过程中，一定要对所有相关的条件进行限定，定义所有在实验中被使用的变量。③控制变量（ControllingVariables）：控制变量是指某个待研究的问题中的一个物理量与多个因素相关，改变一个因素时保持其他因素不变，详细研究这个物理量与这个因素的关系的方法。控制变量的技能在科学研究中至关重要，它涉及到实验能否成功，能否真正揭示事物的因果关系。它包括两个方面：一是抓住要观察的对象，将其突显出来，以便集中观察；二是减少或根本排除干扰因素，以便发现因果联系。控制变量的训练项目：说出所有的操作变量和所有保持不变的变量名称。为了得到实验结果，控制实验条件使某些量保持不变，观察和测量另一些因变量与应变量的关系。在验证牛顿第二定律的实验中首先控制小车质量m不变，研究加速度a和拉力F的关系；接着控制拉力F不变，研究加速度a和小车质量m的关系；最后把两者联系起来，总结出三个物理量之间的关系。④实验（Experimenting）：自然科学是实验性科学。实验的训练项目：1.独立完成实验的能力。包括理解实验原理、实验目的及要求，了解材料用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论。2.能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题。各种实验设计方法。各种实验操作技巧。接受或拒绝假设。⑤解释数据（DataExplanation）并得出结论（Drawaconclusion）：所谓科学的解释就是把现有的科学知识和来自观察、试验或模型的的新证据组合成具有内在一致性的的、符合逻辑的说明。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解释的训练项目：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形成观点—证据意识。形成假设—证据意识。在解释中，事实和规律可以构成严密的逻辑论证。例如，四块相同的砖块用两薄板竖直夹紧，保持静止。对于两板对第一块砖和第四块砖的摩檫力的大小关系，部分同学的观点相等，部分同学不这样认为。此处，教师应该突出证据意识的培养，可以引导开展讨论，要求学生提出各自的理由。解释中逻辑、证据、和现有知识的内在联系。创建数据表并形成结论。例如，根据开普勒当时已知的六大行星运动的轨道半径R和公转周期T的观测数据，创建数据表，利用Excel软件找出R和T的关系。（详见高中物理探究教学案例举例（四）《为星空立法——开普勒行星运动第三定律探究》）科学解释的各种类型的术语：假设、模型、定律、原理、理论、范式等的应用。（2）高中物理探究教学策略教学策略是整合学生的学习策略与教师的有效教授策略形成的。它既可是内隐的规则系统，又是外显的程序与步骤。在现代的学习方式的指引下，现代的科学教学策略应该以外显的明确的程序与步骤引导学生自主构建知识体系，想方设法让学生动手动脑做科学，让学生谈论科学观念(scienceidea)，经历科学体验(scienceexperience)，促进科学理解(scienceunderstanding)。物理学具有实验基础、逻辑思维、数学表达、思想方法、应用价值五大特征，其中最基本的特征是以实验为基础。高中学生的认知特点是抽象思维能力逐步加强并得到高度发展。现代学习强调直接性、问题性、体验性。所以我们提出适合高中学生认知水平的探究教学方法：实验探究、理性探究与实验—理性探究。实验探究是以实验（课内的教师演示实验、课内的学生演示实验、课内的学生分组实验、课外的小制作小实验、课外的学生兴趣实验等）为探究的主要手段，经历探究过程——提出一个简单的问题、完成调查研究、回答该问题和向他人介绍成果或者提出问题、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——来了解事物，获得概念、建立规律、进行知识实际应用的一种复杂的学习活动。实验探究中要设法让学生亲自动手实际操作实物，过程的体验是最要紧的，虽然需要教师精心设计布置，虽然需要教师恰到好处的指导，却不可以代替学生做，不可剥夺学生的体验，教学的体验性是现代教学的特征之一。理性探究是以学生的逻辑思维（演绎推理、归纳推理、类比分析、概括抽象、综合、直觉等）为探究的主要手段，经历探究过程，激发学生思维，获得新的知识结构，并能把所学的知识、思维方法、技能应用于解决新问题的一种复杂的学习活动。理性探究在高中物理教学中占较大比重。理性探究也需要教师精心设置物理情境，提供学生缺乏的、又有困难自己通过实验获得的感性知识的替代物如背景讲述、图片、影片、模型、计算机模拟。教师可以点拨学生的思路，却不可以代替学生思考。不应以教学时间紧张为由，剥夺学生的思考时间，应该给予学生思维的自由，激发学生的思维。教师的教学观念应该由授受式教学向探究式教学转变。学生在课堂上真正知晓了知识的来龙去脉，学会了方法，与每堂课中进行大量的一知半解的填鸭教学相比，中长期的效果应该能显现出来的。实验—理性探究指在同一物理问题的探究中，既有实验，又有明显的逻辑推理的思维过程，包含实验探究和理性探究两个方面，这两者相辅相成，互为补充，不可或缺，共同帮助学生理解该问题，构建坚实的知识结构。对重要的概念规律的引入、导出采用实验—理性探究方法，两者不偏废，两者都做到位，让课堂教学尽显物理学科的特点，对于学生的基础知识构建、探究能力培养、科学观念树立，都是大有裨益的。因此，构建高中物理探究教学的策略应遵循的原则是大力加强实验探究、重视训练理性思维、精心养成探究意识。1、基于学习环的物理概念探究教学策略物理概念的探究教学策略两弹一星元勋、中国核物理泰斗王淦昌院士讲过，学习物理必须概念清楚。在教学中帮助学生构建正确的概念，体验和理解概念建立的过程和方法，从中培养相应的情感、态度与价值观，体现了新课程三维目标。物理概念是物理学最基本的学科语言表述单位。观察和分析自然现象，理解物理学的主要概念、原理和规律是掌握物理学的基础，是形成科学思维的正确途径。理解物理学的基本概念不仅要知道它们的涵义，定性及定量描述，还要知道引入这个概念的前因后果，来龙去脉，适用条件和范围，以及相关知识之间的联系和区别，更要能够使用这个科学概念来解释新的现象。学习环模式是卡普拉斯（Karplus）及其同事20世纪60年代在科学课程改革研究中发展起来的。它以皮亚杰的发生认识论为基础，同时借鉴和运用了奥苏贝尔等人的有意义学习理论，将教学过程划分为概念探讨、概念介绍和概念运用三个前后相连的阶段，以提高学生的探究水平，促进学生的智力发展，是基础科学概念教学的主要方式。以卡普拉斯的三种学习环为理论基础，高中物理中的概念，按照其形成过程所用思维活动的层次，可以分为描述型概念、观察—诱导型概念、假设—推理型概念三类。以《电场》教学为例说明这三类概念。描述性概念的形成主要用到综合分析思维活动。例如元电荷可归到描述型概念，它是电荷这个基本概念基础上建立的较高级概念，属于组合概念。电子的比荷也是描述型概念，它是以电子的质量与电荷量为基础建立的较高级概念。对于描述型概念，一般要能理解为什么要引入这个概念，理解如何引入这个概念，会应用这个术语（概念）描述解决其它问题。观察—诱导型概念的形成主要用到分析、综合、抽象、概括等思维过程。例如电场、电场线属于观察—诱导型概念，观察—诱导型概念一般比较抽象，需要通过生活经验和观察与实验两种途径进行具体化、形象化。以“电场”概念建立为例，要让学生构建有关“电场”这种看不见的物质的本质属性，如电场的物质性，电场的基本属性（电场对放入其中的电荷有力的作用），必须提供一定量的感性材料（生活经验、观察与实验）让学生进行思维加工，经过诱导、抽象才能概括出电场概念，才可能形成科学的电场概念。用典型的感性材料（科学实验、典型的正确的实际生活经验）构建的抽象概念才是有血有肉的。探究学习方式强调动手动脑做科学的意义即在此。观察一诱导型概念的建立一般应用实验探究。假设—推理型概念的形成主要用到分析、综合、抽象、概括、归纳推理、演绎推理等思维过程。假设—推理型概念的特点是概念的建立不仅要以感性知识为基础，而且它的建立要借助于理性推理，尤其是要借助于数学工具。培根讲过，数学使人精确。高中物理区别于初中物理最主要的特点就是定量的理性探究。如电场强度属于假设—推理型概念。电场强度是在电场力、电荷量基础上建立的反映电场本身力的性质的物理量。真正理解电场强度概念须提供实验揭示这样一个本质特征，即放入电场中某一位置的试探电荷的电荷量越大，试探电荷所受的电场力越大，并且电场力F和电荷量q之比值是一个常数。此比值越大，则单位电荷在此处受力越大。如若能设计实验让学生重新体验这个结论的发生过程，则定义该比值F/q为电场对置入其中的电荷的力的强弱的物理量，进而把它命名为电场强度E，就顺理成章，水到渠成了。后续的课程中，通过理性探究，还能揭示点电荷激发的电场场强E=k，匀强电场激发的电场场强E=都只由场本身的因素决定，与检验电荷的有无及检验电荷受力大小无关。假设—推理型概念的建立一般应用实验探究和理性探究。描述性概念的教学，一般情况下，学生可以采用接受式学习，教师可以采用讲授法。观察一诱导型概念与假设—推理型概念的教学，可以采用探究式教学方法。观察一诱导型概念与假设—推理型概念探究教学策略如流程图所示。教师首先进行任务分析，分析学生的起点能力、生活经验；分析概念教学内容的终点目标，确定起点能力和终点目标之间的各级使能目标；分析理解该概念所需要的典型实验。其次要提供感性材料，感性材料一般有学生的生活经验、观察与实验两类，其本质是提供创造一个真实的情景让学生自主探究。第三要指导学生探究。学生对感性材料进行实验探究或理性探究，不能放任自流，探究中要有目的地渗透与训练学生对科学探究流程模式的理解应用，要培养学生的探究过程技能，要注意形成问题的方式、建立假说的策略、收集证据的途径、使用证据的规则、提出解释的方法、合作交流的技巧。探究过程中教师要创设具体例子、提供认知冲突，通过揭示错误的前概念，修正学生的概念；通过确认正确前概念（经验），丰富对概念内涵的认识，达到学生转变概念或形成提供感性材料任务分析提供感性材料任务分析指导探究提供认知冲突唤起生活经验观察与实验明确主题操作感性材料经历探究揭示错误前概念修正确认正确前概念丰富观察与实验回忆生活经验概念应用发现问题提出问题猜想假设寻找证据理性推理讨论解释解决问题猜想假设寻找证据讨论解释解决问题概念应用实验探究理性探究构建科学概念反思认知策略师生成功不成功形成概念转变概念巩固概念概念的目的。最后教师还要能提供概念应用的典型实例，通过正例和反例的解决过程，运用变式变式就是使提供给学生的各种直观材料和事例不断变换呈现的形式，以使其中的本质属性保持恒在，而非本质属性则不常出现(变式就是使提供给学生的各种直观材料和事例不断变换呈现的形式，以使其中的本质属性保持恒在，而非本质属性则不常出现(成为可有可无的东西)。潘菽，教育心理学家探究教学中，学生处于主体地位，教师是学生学习的促进者。学生首先要有探究流程意识，要能明确主题，明确所要完成的探究任务。其次，要有一定的科学探究过程技能，能操作感性材料，能自主经历探究历程或者在教师指导下进行探究，有意识地提出问题、发现问题、猜想假设、寻找证据、理性推理、讨论解释、合作交流、解决问题等。探究教学既重过程，又重结果，不但反思认知策略、掌握方法而且形成正确概念。形成新概念的思维过程实际上是学生在旧的图式基础上，通过同化顺应过程形成新的图式的过程。在概念应用阶段，学生所学习的新的图式得到进一步巩固和发展。如果所学习概念的新的图式还不能解决应用的问题，对该概念还需要进行实验或理性探究，使概念得到进一步完善。无论采用哪种教学方式，都必需涉及概念的四个方面：概念的名称、定义、本质和非本质特征、正例和反例。为了帮助学生有效地掌握概念，在教学中要注意以下几点：（1）做好引入该概念的实验；（2）以准确的语言明确揭示概念的本质；（3）突出本质特征，控制非本质特征；（4）恰当使用正例和反例；（5）多用变式和比较；（6）在实践中运用概念。适宜应用概念（建立）发现探究（着重于为什么及如何引入这个概念）教学的概念举例：加速度、惯性、用比值法定义的物理概念如密度、电场强度E、磁感应强度B以及动量、电阻率等。2、物理规律探究教学策略物理规律的理性探究策略概念是在头脑里所形成的反映对象的本质属性的思维形式，把所感知的事物的共同本质特点抽象出来，加以概括，就成为概念。概念都具内涵和外延，并且随着主观、客观世界的发展而变化。物理规律就是物理概念间的必然、本质、稳定的关系。在物理物理规律探究中，教师确定课题，进行任务分析，分析学生、教材。要查明学生已有的相关概念，以及对概念的内涵和外延的理解情况。概念的内涵指这一概念所包含的性质或一组性质，概念的外延指这一概念所确指的对象的范围，如“电场强度”这个概念的外延是指所有电场的场强，包括孤立点电荷的电场，匀强电场，点电荷系激发的电场等。要精心准备并提供发现规律的探究情境。为学生自行发现问题、提出问题，或者引导学生提出问题作准备。在学生理性推理得到规律或者实验归纳发现规律，并且得到学生共同体的认可后，教师还应提供更进一步的应用，利用变式手段，促进学生对规律的深层理解。学生应能自行利用概念图卡片，可视化组织已有的概念，并通过小组交流，得到优化。在课题的指引下，自行发现问题，或者在教师设置的情境中发现并提出有效的问题开展探究。探究课教学要重视探究流程模式在学生中潜移默化渗透，重视科学过程技能的显性养成。通过填写概念图卡、问题卡、猜想卡、演绎推理卡、实验设计卡、问题情境卡、建模卡等几种卡片进行探究技能训练，用形式来包装内容，达到熟悉科学探究流程，精通各种技能的状态。用到的探究技能是七种基本技能和五种统整技能共十二种技能。探究课堂是以反思、交流、讨论为主的动态生成性课堂。提问教师法或者实验室知识库提问法的运用，可以避免和解决时间、仪器限制课堂探究教学的难题。第一步：确定主题（课题）。第二步：查明已有知识。进行已有的相关知识、观念的课堂调查。操作工具是概念图，提问，访谈。对该主题的已有知识进行交流、分类、归纳。明确提出可供探究的问题。第三步：根据问题，设置探究情境、建立物理模型、细分为具体问题。第四步：引导演绎推理或者实验研究。第五步：学生对结论解释、讨论、交流。第六步：师生共同体形成科学理解。第七步：应用。3、基于现代教育技术的探究教学策略信息技术与课程整合是实施教育信息现代化最为有效的一条途径。①基于网络物理资源的探究教学策略课程资源也称教学资源，就是课程与教学信息的来源。课程资源按照存在的空间，可以划分为校内资源和校外资源。校内资源，主要包括本校教师、学生、学校图书馆、数字图书馆、实验室、专用教室、动植物标本、矿物标本、教学挂图、模型、录像片、投影片、幻灯片、电影片、录音带、VCD、电脑软件、教科书、参考书、练习册，以及其他各类教学设施和实践基地等；校外资源，主要指公共图书馆、博物馆、展览馆、科技馆、家长、校外学科专家、上级教研部门、大学设施、研究机构、有关政府部门、其他学校的设施、学术团体、野外、工厂、农村、商场、企业、公司、科技活动中心、少年宫、社区组织、电视、广播、报纸杂志等广泛的社会资源及丰富的自然资源。课程资源按照是否是数字化方式存在，可以划分为数字化资源和非数字化资源。数字化资源主要指存在于单机、校园网和因特网的数字化的资源。数字化的资源制作、传输、传播、应用主要依靠计算机信息技术、网络技术。有些非数字化资源的传统资源可以通过计算机信息技术、网络技术转化为网络化的数字资源。基于网络物理资源的课堂探究教学是一种以探究为取向的学习活动，学习者使用的多数信息来源于因特网上的物理学内容以及相关的资源，学习者的学习目的是为了自主地了解物理学中的某一现象、概念、规律、或者完成某一任务、项目。由于是课堂探究教学，探究活动的课堂教学时间一般控制在2-5节课，大约是一个单元的授课时间，其余部分时间大多安排在课外。教学步骤：教师：确定主题、公布任务与资源、分组、行动中指导、评估、评比、发表。学生：明确主题、分工、行动、合作、汇报、交流、自我评价、组间评价、发表。②运用计算机软件（如Matlab、Excel）的探究教学策略现代教育技术与物理学科整合的有效的切入点之一是信息技术融入物理实验中。把计算机的优势注入传统的物理实验中，使物理实验显现时代特点。（1）中学物理实验的两种分类在中学物理实验，根据实验条件和可视程度，可以将实验分为三类。第一类，实验条件具备，实验现象清晰，可视程度高。对于这类实验，要坚持做好实验，不能用“虚拟实验”代替真实实验。“弹簧振子的动力学分析”、“牛顿第二定律的应用”和“电磁感应”等是这类例子。但可以在做好实验的前提下，使用计算机辅助分析。现代信息技术的优势可以在科学模拟的基础上叠加分析性信息，使得学习者直观地更深刻地理解客观物理规律。第二类，实验设备具备，实验现象也清晰，但可视程度低。这类实验可以用实物投影摄象放大，增加可视度。为了分析实验现象形成的原因，需要用科学动态模拟。“波的形成”、“波的叠加”、“波的干涉”和“带电粒子在电场和磁场中的运动”等课题是这类例子。

第三类，实验设备不具备，中学没有条件做出实验，这类实验可用高等学校和科研单位的视频资源或用计算机科学模拟实验来支持教与学。“气体分子的运动”、“α粒子的散射”等是这类例子。中学物理实验按实验所需能力要求的大小分为以下五类：1．基本仪器使用类2．基本物理量测量类3．物理规律验证类4．物理现象研究类5．设计性实验类（或科学探究类）。对于基本物理量测量类实验，如对长度、时间、质量、力、温度、电流、电压、加速度、电阻和电阻率、电动势和内电阻、折射率等物理量的测量，要求能够明确被测物理量的物理意义，理解物理量的测量原理，掌握正确的实验方法（正确进行数据测量以及能分析和排除实验中出现的常见故障等，妥善处理实验数据并得出结果。测量性实验可以用曲线拟合的方法求出待测量的物理量。对于物理规律验证类实验，通过对物理规律进行实验验证，获得直接的对物理规律的认识，加深对物理规律的理解。如验证共点力合成的平行四边形定则、有固定转动轴物体的平衡条件、验证牛顿第二定律、验证机械能