谈谈高中物理教学中的科学探究

1谈谈高中物理教学中的科学探究徐汉屏探究——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。——牛津英语词典探究教学——学生用以获助知识，领悟科学家的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动。——美国《国家科学教育标准》一、《课程标准》对科学探究的论述高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。——课程性质高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。——课程的基本理念学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。——课程总目标经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。能领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。有参与科技活动的热情，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。——课程具体目标物理学是一门以实验为基础的自然科学。在高中物理课程各个模块中都安排2了一些典型的科学探究或物理实验。高中学生应该在科学探究和物理实验中达到以下要求。科学探究要素对科学探究及物理实验能力的基本要求提出问题能发现与物理学有关的问题从物理学的角度较明确地表述这些问题认识发现问题和提出问题的意义猜想与假设对解决问题的方式和问题的答案提出假设对物理实验结果进行预测认识猜想与假设的重要性制定计划与设计实验知道实验目的和已有条件，制定实验方案尝试选择实验方法及所需要的装置与器材考虑实验的变量及其控制方法认识制定计划的作用进行实验与收集证据用多种方式收集数据按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义具有安全操作的意识认识科学收集实验数据的重要性分析与论证对实验数据进行分析处理尝试根据实验现象和数据得出结论对实验结果进行解释和描述认识在实验中进行分析论证是很重要的评估尝试分析假设与实验结果间的差异注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题吸取经验教训，改进探究方案认识评估的意义交流与合作能写出实验探究报告在合作中注意既坚持原则又尊重他人有合作精神3认识交流与合作的重要性——科学探究及物理实验能力要求教师应帮助学生，使他们在独立获取物理知识、探究物理规律、解决物理问题等方面获得具体的成果；让学生得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感。通过初中课程的学习，学生对科学探究的过程有了一定的体验，并具有了初步的科学探究能力。高中阶段的物理课，应该在这个基础上更加关注学生在科学探究过程中的学习质量，进一步加深对科学探究的理解，提高科学探究的能力。开展跨学科的研究活动，鼓励学生把物理知识与其他学科知识结合起来研究周围的生活和社会现象。学生实验是学生探究并获取知识与应用知识过程中的一个有机组成部分，应该在合理的环节和预定的计划中去完成。——教学建议把学生在活动、实验、制作、探究等方面的表现纳入评价范围，不以书面考试为唯一的评价方式。评价要有助于学生对科学过程和物理知识的理解；有助于学生发展科学探究和实验能力；有助于学生运用物理知识、科学探究方法、实验技能解决学习、生活中的问题；有助于学生发展科学的思维能力；有助于学生保持好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣；有助于培养学生坚持真理、勇于创新、实事求是的科学精神。应重视评价学生的科学探究能力、实验能力、分析和解决问题的能力，以及在科学探究与学习过程中，应用物理学研究方法、数学工具的能力。——评价建议没有探究，就没有科学。高中阶段的物理课程要给学生提供必要的科学探究机会，让学生通过自己的思维、动手实验、查阅文献等，体验探究过程的曲折和乐趣，发展科学探究的能力，增强对科学探究的理解。高中阶段尤其要注重科学探究的质量。鉴于我国师生对于这样的学习方式还不熟悉，因此，教科书的编者应根据课程标准的基本理念和课程目标，在教科书的内容选择、呈现方式等方面为科学探究活动的实施创造机会和条件。观察实验、抽象思维与数学方法相结合，是物理科学探究的基本方法。教科4书要引导高中学生从科学探究中得到感悟和体验。——教科书编写建议可见，《课程标准》特别将科学探究列入内容标准，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，使学生在学习物理知识技能的同时，经历科学探究过程，学习科学方法，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的探索精神．二、科学探究的两种主要类型——实验探究与理论探究《课程标准》指出：“科学探究活动的具体内容、方式和要求等，应根据不同模块的性质和任务有所不同。例如：大部分的模块可以以探究教科书中所涉及的科学规律为主；偏重技术领域的模块可以以操作或制作性探究活动为主；偏重科学原理领域的模块可以以理论性探究活动为主；偏重社会领域的模块可以以验证物理学发展史中重大发现的探究活动为主；而专题研究性模块可以以探究具有较高科技含量的具有新鲜感的物理问题为主，并可安排一些开放性探究课题。”不同内容、方式和要求的科学探究活动，大体可分为实验探究与理论探究两种主要类型。1、实验探究《课程标准》所说的科学探究包括提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个要素．这类探究活动以科学实验为主要形式，我们不妨称之为“实验探究”。当然，课堂教学中学生进行实验探究，其探究过程可以包含七个要素，也可以只涉及其中的部分要素，具体要根据探究的是什么问题、各要素的价值(必要性)、各要素的难易程度以及时间等因素来决定．以物理必修Ⅰ、必修Ⅱ和选修3—1为例，教材中的实验探究内容主要有：必修Ⅰ（1）探究匀变速直线运动的规律（2）探究自由落体运动规律（3）探究弹力与弹簧形变的关系（4）探究求合力的方法（5）探究加速度与力、质量的关系5（6）探究作用力与反作用力的关系必修Ⅱ（1）探究功与物体速度变化的关系（2）由烛块的运动研究运动的合成与分解（3）探究平抛运动的规律选修3—1（1）探究静电感应现象（2）探究影响电荷间相互作用力的因素（3）探究影响平行板电容器电容大小的因素（4）探究导体的伏安特性曲线（5）探究导体电阻与其影响因素的定量关系（6）探究路端电压随负载变化的规律（7）测定电池的电动势和内阻（8）探究影响通电导线受力的因素（9）探究平行通电直导线之间的相互作用（10）用洛伦兹力演示仪探究运动电子在磁场中的偏转2、理论探究探究有多种可用的形式，虽然在科学课程中，大多探究活动都需要实验的参与，但也有不少探究活动则属于纯理论性的探究，这种探究活动跟数学课中的大多数探究活动十分相似，我们不妨称之为“理论探究”。理论探究通常可包括提出问题、猜想与假设、思考与讨论、推理与论证、检验与评估、应用与实践、交流与合作七个要素，当然也可仅仅涉及其中的几个要素。理论探究在科学课程中也具有重要的意义，也应予以重视，特别是在高中物理教学中更应如此。以物理必修Ⅰ、必修Ⅱ和选修3—1为例，教材中的理论探究内容主要有：必修Ⅰ（1）从v-t图象看加速度（2）探究匀变速直线运动的公式（3）从伽利略理想实验到牛顿第一定律（4）用牛顿定律解决问题6必修Ⅱ（1）推导功的计算式（2）探究功率与速度的关系（3）探究重力势能的表达式（4）探究弹性势能的表达式（5）探究动能的表达式，得出动能定理（6）探究机械能守恒定律（7）抛体运动规律的理论分析（8）探究向心加速度的表达式（9）“发现”万有引力定律选修3—1（1）探究电场力做功的特点（2）探究电势差与电场强度的关系（3）探究带电粒子的电场中的运动规律（4）探究串、并联电路的特点（5）推导焦耳定律的表达式（6）探究导体电阻与导体长度、横截面积的关系（7）探究闭合电路欧姆定律（8）探究欧姆表工作原理（9）推导计算安培力大小的公式（10）推导计算洛伦兹力大小的公式（11）探究带电粒子在匀强磁场中的运动规律当然，实验探究与理论探究这两种典型的科学探究方式并不是绝然隔裂的。事实上，在实验探究中有理性思辨的成分，有理论探究的要素（如猜想与假设、分析与论证等），而在理论探究中亦有实践操作的成分，有实验探究的要素（如检验与评估、应用与实践等）。三、实施探究式教学是实现有效教学的必由之路1．什么是有效教学？有效教学有狭义与广义之分。广义的有效教学是指一切能够有效促进教学目7标达成的教学过程。这样，有史以来的教学理论都可以被涵盖于有效性教学之中，因为任何一种教学理论的产生都是为了达到一定的教学目标。狭义的有效教学则是特指如何在教学过程中通过教学活动使学生获得最佳学习效果，因此研究的是教师的哪些活动和行为与预期教育结果（包括学生的成就、考勤、带任务学习行为、学生及家长的满意等）有密切联系。这里所说的“有效教学”是狭义的有效教学。有效教学应是“三高”教学：一是从时空上看应是高效率，即花最少的时间取得最大效果；二是从成果看应是高效益，即教学结果能使学生有较多的得益；三是从关系看应是高效应，即通过教学在师生之间的心理、人格、思维、情感等方面能产生高效应。换句话说，有效教学是指通过一段时间的教学后，教师帮助学生完成了学习任务，获得预期的进步和发展，实现了教学目标。其中的发展，包括：三维目标中的三个维度的发展；学生智慧的发展；生成性的发展；即时发展和面向未来的发展；学生的发展和教师的发展。（新黄浦实验学校校长王洪伟）2．课堂实现有效教学的若干因素检查教学是否有效的标准只有一个，那就是学生是否取得了预期的，应有的进步和发展。在实际教学中，不管教师教得多么认真，多么生动，多么辛苦，只要学生没有取得“预期的应有的进步和发展”，就是无效教学或低效教学。要实现有效教学，是一个较复杂的任务，它与教师的专业化水平高低有密切的联系。实现有效教学是多因素的，有一个因素不到位，就会影响教学，所以可从以“学”为中心的学习设计和体现新课程理念的教学行为两方面来分析，确定有效教学的若干因素加以实施，对教学会产生一定的有效性。有效教学的“十个因素”：（新黄浦实验学校校长王洪伟）（1）用好教材资源是有效教学的基本点；（2）了解学生情况是有效教学的立足点；（3）设计适切目标是有效教学的落脚点；（4）改变学习方式是有效教学的着力点；（5）优化讲练策略是有效教学的效益点；（6）引导帮助学生是有效教学的支撑点；（7）教与学的和谐是有效教学的关键点；8（8）缩小个体差异是有效教学的平衡点；（9）善处动态生成是有效教学的关注点；（10）坚持教学反思是有效教学的生长点。3．探究性教学为什么是有效的？（1）有利于唤起学生的兴趣与好奇心。李远哲说过：科学家就是充满好奇心的长不大的儿童。这至少说明两点，一是说儿童的天性是好奇，二是说好奇在科学发现中起着不可或缺的作用。丁肇中也说过：对于科学研究“最重要的是要有好奇心，对自己做的事情要感兴趣，要为之而勤奋与不懈地工作。”同样的道理，中学生学习物理学的原动力主要应该来自于对物理学的兴趣与好奇心。如果学生仅仅是依靠功利目标（如为了上一所好大学，为了将来谋一份工作等）指向而学习是远远不够的。因为只有功利目标指向的学习很少会有学习的乐趣，更多的是感到枯燥。传统的教学任务是传道、授业与解惑。在今天，传道、授业与解惑仍然是需要的，但又是不全面的，至少还应该有激趣、启奇和求疑。探究性教育理念指导下的物理教学过程才可能是激趣、启奇和求疑的过程。（2）有利于学生主动建构并理解科学知识。按照建构主义教学理论，学生的知识是在教师的有效指导下，由学生通过一系列复杂的心理活动主动建构的。诚然，传统的教学方法也能够使学生建立完整的知识结构，但是，这种知识结构大多是靠教师“灌”、学生