自议科学探究与物理教学论文
论文关键词：科学教育科学探究建构主义学习观系统科学
论文摘要：科学探究是新课程理念提出的卓有成效的教学方式。文章从科学探究的含义出发，挖掘其研究的理论依据，论述了科学探究的过程和设计策略，以教学案例为基拙，讨论了如何在物理教学中实施科学探究。
课程改革的核心环节是课程实施。新课程中科学探究作为一个独具特色的课程领域，首次成为我国基础教育课程体系的有机组成，被公认为是我国当前课程改革的一大亮点。科学课程通过科学探究的学习方式，让学生体验科学探究活动的过程和方法，发展初步的科学探究能力。《物理课程标准》(以下简称《标准》)将内容标准分为两部分:科学探究和科学内容。科学探究的提出在教学方式上本身是一个大的飞跃，而《标准》不仅要求把科学探究作为重要的教学方式还要求成为学生的学习目标，这更是一个大的飞跃。
现代教学旨在促进学生的多元智能的发展，而衡量多元智能的标准是:以能否解决现实生活中实际问题或生产及创造出社会需要的有效产品的能力为核心。物理课程中科学探究方式的实施充分表现出:重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识及科学精神的培养，提高科学素养，它必将在现代教学和新课程改革中占据更加重要的地位并发挥出更重要的作用。
一、科学探究的含义及理论基础
(一)科学探究的含义
“探究”在《牛津英语词典》中的定义是:“求索知识或信息特别是求真的活动，是提问和质疑的活动。”大多数学者认为，新课程《标准》中的科学探究指的是学生探究式学习活动而非科学家的科学探究，它实质上是一种思维创新方式、一种思维习惯、一种能力系列。明确了这一点，我们便可把科学探究定义为:在教师的指导和帮助下，让学生经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习科学的知识和技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学思想和精神，全面提高科学素养。在探究过程中，重在探索的过程而非结果，重在收集证据而非繁杂的计算，重在对结果的评价而不迷信结果。
(二)科学探究的理论基础
1.科学本质和教育的本质统一于科学探究。科学是什么?在国际基础教育中，目前对于“科学的本质”的看法是一个富于色彩的争论，至今没有一个公认的结论。美国《国家科学教育标准》提出:科学是格物致知的'一种途径，其基本特点是以实证为判断尺度，以逻辑作论辩的武器，以怀疑作审视的出发点。人们一般认为，科学是科学知识、科学方法和科学精神三个方面组成的不可分割的有机整体。而教育，它的本质是传承人类文化，促进人的社会化，因而呈现出人的发展功能或育人功能。只有将科学寄于探究，教育的目的才能实现，科学教育是科学探究过程的简约复现。
2.现代建构主义学习观是科学探究的理论先驱。现代建构主义认为，学生是学习的主体，学生要获得知识的提高，必须经历两次心理的自我调节，这是任何人都不能替代的。不难看出，建构主义对教师和学生的作用有了重新的定位，学习者不是知识的被动接受者，而是知识的主动建构者。它要求学生在学习过程中用探究法、发现法去建构知识，教学过程不再是一个同步的，而是一个异步的、发散式的思维过程。我们乒，有序建构的学习观为科学探究提供了理论先导。
3.系统科学的三个基本原理提供了科学探究的方法论。系统论、控制论、信息论以系统论为代表，统称系统科学。学习者必须把自己置于一个开放的、有涨落的、远离平衡态的系统，运用控制论的调控与反馈原理调控探究目标的实施，运用信息论的有序原理对知识进行有序建构，通过吸收、输出、反馈和评价等对信息进行加工，构成一个有序的科学探究过程，并抓住信息各部分的联系，形成整体结构，发挥整体功能。使教育系统、教学系统乃至学习者个人系统成为一个开放的、有涨落的系统，从而达到有序，是当代教育、教学改革的一个思路。
二、科学探究的基本过程
科学探究是一种过程，有一定的活动程序或阶段。尾科学探究中，学生虽然也要经历科学探究的基本过程，用科学探究方法和思维方式去发现“新知识”，但与科学复的科学探究是有区别的:一是科学家探究的问题结论是到知的，学生探究的问题结论对学生虽然是未知的，但相又人类整体而言是已知的;二是科学家探究的目的是发现霎理或创造出具有社会意义和价值的新产品，而学生的科7探究其基本目的是培养学生的创新素质，强调探究过程又学生个体发展的意义;三是科学家的科学探究一般要经扫复杂曲折，甚至是漫长的过程，而学生的科学探究则是杆据教学需要精心设计和组织的，它对实际的探究过程进千了筛选和重组，成为适合学生探究学习的典型化、简约仁了的活动过程;四是科学家在科学探究过程中是完全独立的主体，而学生由于受自身知识基础、能力发展水平和美心发展不成熟的制约，使他们还需要在教师的指导和帮到下才能顺利进行。
学生的科学探究活动虽然和科学家的有所不同，但确几个基本过程是相同的:提出问题一建立猜想与假定一带订计划一获取事实与论据一检验与评价一表达与交流《从这几个要素中我们看到，科学探究过程突出了学生主动、生动地学习，突出学生亲自感悟，培养多向思维，真正能运用各种能动感官，生动体验，真正提高获得新知的靛力。
三、物理教学中科学探究活动的设计策略
(一)关注过程，着眼科学素养的培养
科学探究离不开四个W:What，Why，HOW，Who。教学活动需要产生一种参与愿望强烈、互动性强、不怕困难、严谨求实的科学探究氛围。教师要善于设计教学情境，既要营造热烈的课堂气氛，又要善于抓住学生思维的闪光点，适时点拨，串起学生思维火花的珍珠，培养学生的科学素养，巧妙把握课堂教学的全局。
(二)关注应用，着眼能力提高
科学探究的开端是发现和提出问题，问题是科学探究的关键。恰当的问题特别是应用性强与生活紧密相关的问题，会激起学生强烈的探究欲望、思考冲动，激发起创新联想，从而获得新的知识和方法的顿悟与突破。不仅仅是获得了有意义的学习经历，而且知识迁移、综合能力及数据记录与处理能力、正确运用科学语言和文字表述能力、对结论进行评述和分析能力等都应得到锻炼和提高。
(三)关注体脸，着眼情感、态度、价值观
物理学具有的实践性、应用性和创新性，为科学探究提供了极其丰富的价值内容。从培养人、塑造人的角度，注重了学生能力的培养和素质的提高，对于培养学生热爱科学，勇于实践，加强学生对科学、技术和社会关系的认识，发展学生对于科学技术的兴趣和爱好，十分有益。科学探究活动的过程，应重视学生在兴趣与动机、自信与意志、态度与习惯等方面的表现，用科学研究熏陶学生，使学生受到唯物论、辩证法、认识论和科学方法论及爱国主义方面的教育。
(四)关注形式，着眼促进成长
学生在科学探究活动中所经历的猜想、推测、设计、讨论、归纳、交流、评价等等过程，无不充满着发散、合作与取长补短的“景观”，每一次的探究历程，就是一次科学精神、科学态度和科学方法的锤炼，就是一次心智的成长，将成为他们终身学习的瑰宝。教师在教学中要大胆切实开展科学探究活动，不漏掉“半数”学生，超越课本，真正带领学生进人探究人类科学知识的境界。
四、科学探究活动的教学设计示例
(一)创设情境示例—“蒸发少，教学的引入
第一步:教师用湿毛巾在干净的黑板上写下“学习愉快”四个字，引导学生进人问题情境。
(1)老师送给大家的四个字发生了什么现象?
(2)生活中你发现过类似的现象吗?
(3)这一现象是怎么产生的?
第二步:引导学生参与实验的设计和讨论。
(1)以两个同学为一个小组发一张湿毛巾，你能提供哪些方法使毛巾变干?实际做一做。
(2)你能将这些方法进行归类吗?
教师将学生回答的方法逐一写在事先准备好的空白纸片上，用实物投影仪展示，再引导学生对各种方法归类，进一步提问。 (3)你能否用简洁的语言归纳出影响液体蒸发快慢的因素?
教师的这一系列设问犹如给学生“干枯的思维”下了一场“即时雨”，他们思维探究的火花被迅速点燃。教学活动全过程，学生自组织、自讨论、自实验、自总结、自表述，充分体现了学生主体特征。学生心中洋溢的是发现者和创新者的自豪之感，从而产生主动学习、探究、创新的强烈冲动。
(二)整体设计示例—“浮力”的科学探究教学活动示例
1.创设情境，引人新课
让学生把乒乓球投人水中，观察后鼓励学生描述看到的情景，鼓励他们回忆生活中见到的轮船、气球的情景。然后教师简洁地指出:我们在描述他们时都用到了“浮”字。接着鼓励学生想一想、说一说:乒乓球和轮船都受到了重力的作用，为什么还会浮起呢?抓住学生回答中的“有向上托的力”引导他们结合这个力的功效为自己发现的力取一个名字—浮力，使新课引人既简单又自然，又能给学生带来自己发现创造的喜悦。
2.探究小循环一
突破“下沉的物体也受到浮力”的思维难点，并发现测浮力的一种方法(F,=一F)
〔提出问题〕学生先观察金属块在水里下沉，鼓励学生提出问题。引导猜想:下沉的金属块也受浮力吗?它受的浮力方向也向上吗?
[探究方案]你能用一杯水、一只弹簧秤、一个金属块对你的猜想进行验证吗?
让学生通过交流和讨论后得出:先称金属块重力，再观察它在水中时弹簧秤拉力F，比较‘和F的大小。
接着，让学生亲历探究实践、分析归纳、交流评价的过程，教师充分肯定学生的探究思维。
3.探究小循环二
突破浸人深度、物体密度、物体体积等相近因素干扰产生的思维障碍。
〔提出问题〕用手将乒乓球缓缓压入水中，手会有什么感觉?请就这一现象提出一个值得探究的问题。
学生充分猜想讨论后，再确定如下探究方案:
1)用弹簧秤分别提起相同体积的铜块、铝块，测出浸没时二者受到的浮力;
2)用弹簧秤提起一金属块，逐渐增加浸人体积，观察拉力的变化，明确浮力的变化;
学生通过第2)步，突破了浮力大小与深度有关的思维障碍，再引导学生反思采用什么研究方法继续探究—控制变量法。
3)用弹簧秤提着金属块在浸没的条件下，改变浸人深度，观察拉力和浮力的变化，总结影响浮力大小的因素。
4.探究小循环三
引导探索研究，经历阿基米德原理的发现。
[提出问题]鼓励学生玩一玩:在溢水杯中盛满水，用弹簧秤提起金属块逐渐浸人，让学生注意观察并表达自己的发现;鼓励猜想:浮力大小可能与排开的水的多少有关。
〔探究方案〕鼓励学生自己设计验证方案，经合作交流和讨论后再确定:在溢水杯中盛满水，用弹簧秤提起金属块测出‘，计算出F，同时用小桶承接排出的水，测出排水，再比较F浮与排水。
同样让学生亲历探究实践、分析归纳、交流评价的过程，形成统一认识:F浮二‘排水，鼓励学生用语言叙述，并拓展得出数学表达式:证明前面研究的浮力决定因素的正确性，使前后呼应起来。
如果说新课程的实施给教学改革提供了广阔的舞台的话，那么科学探究把更多的学习主动权交给了学生。教师不再是面面俱到的有先见之明的讲解者，而是成为帮助学生获得、建构和内化所学的知识，提高学生创新能力的导航人。这就要求教师要有强烈的自我发展意识，在教学艺术上下功夫，学习做一个优秀的课堂导演和设计师。
当然，和物理概念、规律一样，物理教学中的科学探究也是物理教学的一部分，只有将科学探究放在整个物理教学的全过程中来研究，使其无论在维度上、深度上都要接近学生的最近发展区，与此相应，也只有让学生在科学探究中深刻理解和掌握物理概念、规律和方法，并通过一定质和量的物理问题解决活动，才能使学生的科学素养和实际解决物理问题的能力得到真正的培养和升华。
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