讓科學(xué)探究真正發(fā)生

韓志強(qiáng)

摘 要： 科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它既是學(xué)生要學(xué)習(xí)和掌握的一種探究能力，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的手段和途徑.學(xué)生參與科學(xué)探究的有效性直接決定著學(xué)生學(xué)習(xí)物理的有效性，也影響著學(xué)生核心素養(yǎng)形成的程度.要讓學(xué)生真正有效地參與到探究實(shí)驗(yàn)中，需要教師對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì).

關(guān)鍵詞： 科學(xué)探究;核心素養(yǎng);初中物理

“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”與“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是構(gòu)成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，其中“科學(xué)探究”與其它三個(gè)方面有所不同，它既是學(xué)生要學(xué)習(xí)和掌握的一種探究能力，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的手段和途徑[1].可見(jiàn)科學(xué)探究在物理教學(xué)中有著舉足輕重的地位，學(xué)生參與科學(xué)探究的深入程度直接決定著學(xué)生學(xué)習(xí)物理的成效，也影響著學(xué)生核心素養(yǎng)形成的程度.

在日常的教學(xué)中教師往往會(huì)有這樣的體會(huì)，學(xué)生普遍對(duì)教材中或教學(xué)中的探究實(shí)驗(yàn)缺乏興趣，很難真正參與到科學(xué)探究中去.究其原因主要有以下兩個(gè)方面，一是很多探究實(shí)驗(yàn)缺乏趣味性和情境性，所設(shè)計(jì)的問(wèn)題缺乏挑戰(zhàn)性，學(xué)生不用探究就已經(jīng)猜到了答案，很難使學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步探究的欲望.二是上課老師過(guò)于注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，去繁就簡(jiǎn)，只保留與結(jié)論相關(guān)的因素，而舍棄學(xué)生真正感興趣的問(wèn)題，牽著學(xué)生的鼻子進(jìn)行探究.學(xué)生不感興趣、缺乏主動(dòng)參與的探究活動(dòng)充其量只是形式上的探究活動(dòng)，本質(zhì)上仍屬于灌輸式的知識(shí)教學(xué)，而不是以學(xué)生為主體的面向核心素養(yǎng)的教學(xué).

真正的探究活動(dòng)應(yīng)具備以下幾個(gè)要素，學(xué)生的主動(dòng)參與、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題、帶著問(wèn)題去思考、活動(dòng)、學(xué)習(xí)[1]，應(yīng)具有好奇心和想象力，能大膽嘗試、積極尋求有效的問(wèn)題解決方法等主要特征[2].下面結(jié)合幾個(gè)教學(xué)實(shí)例來(lái)具體探討如何讓科學(xué)探究真正發(fā)生.

1 巧設(shè)創(chuàng)新情境、激發(fā)探究興趣

在人教版初中物理第九章第1節(jié)“探究壓力的作用效果與什么因素有關(guān)”這一實(shí)驗(yàn)中，教材提供的情境設(shè)計(jì)是通過(guò)觀察小桌腿或桌面在不同壓力作用下陷入沙子的程度來(lái)判斷壓力的作用效果，如圖1所示.這一情境設(shè)計(jì)其實(shí)不必探究學(xué)生就已知道結(jié)果：桌腳肯定比桌面易陷入沙子，且壓力越大桌腳陷得越深，已經(jīng)知道結(jié)果的探究就很難再激起學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣，即使學(xué)生按部就班地完成了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生也只是用實(shí)驗(yàn)又驗(yàn)證了一次生活經(jīng)驗(yàn)而已，而無(wú)法從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自覺(jué)轉(zhuǎn)換成物理思維.本實(shí)驗(yàn)需要給學(xué)生傳遞的核心概念是，物體單位面積上受到的壓力將決定壓力產(chǎn)生的效果，并期望學(xué)生通過(guò)探究親自發(fā)現(xiàn)這一核心概念，要達(dá)到這一目的，首先需要學(xué)生無(wú)法輕易猜到實(shí)驗(yàn)結(jié)果以使學(xué)生產(chǎn)生探究動(dòng)機(jī)，二是實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生的猜想產(chǎn)生沖突，以使學(xué)生主動(dòng)思考現(xiàn)象背后的原因，如此才能讓學(xué)生真正發(fā)展探究能力和物理思維能力.

1.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

請(qǐng)同學(xué)們把釘床釘尖朝下水平放在一張繃緊的A4紙上，往釘床上放置重物， 猜一猜并測(cè)量多大的壓力才能把A4紙刺破，如圖2所示，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測(cè)量結(jié)果作出科學(xué)解釋.

1.2 設(shè)計(jì)解析

第一，學(xué)生對(duì)釘床是否能輕而易舉把紙刺破會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，能有效驅(qū)動(dòng)學(xué)生的探究欲望.第二，學(xué)生即使認(rèn)為釘床難刺破A4紙，但學(xué)生一定猜不出到底多大的壓力才能把紙刺破，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能知道具體的結(jié)果，從而使學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步探究的動(dòng)力.第三，實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟學(xué)生的猜想產(chǎn)生很大的沖突時(shí)，會(huì)有效促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維：總壓力很大，釘尖很尖，為什么沒(méi)有輕易把紙刺破呢？第四，易于引導(dǎo)學(xué)生得出核心物理概念：?jiǎn)蝹€(gè)釘尖上承擔(dān)的壓力很小，所以不易把紙刺破，也就是說(shuō)，單位面積（每個(gè)釘尖）上的壓力將決定壓力產(chǎn)生的效果.

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生探究動(dòng)機(jī)

第十一章第3節(jié)“探究影響動(dòng)能大小的因素”實(shí)驗(yàn)，如圖3所示，讓小球從斜坡上滾下撞擊放在平面上的木塊，用小球推動(dòng)木塊的距離來(lái)反映小球動(dòng)能的大小.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最大問(wèn)題在于教師設(shè)置好了實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生驗(yàn)證性地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不必探究就已知道，小球的質(zhì)量越大、速度越快，木塊被撞得就越遠(yuǎn).整個(gè)過(guò)程學(xué)生不必動(dòng)腦筋，既無(wú)實(shí)驗(yàn)興趣，也無(wú)科學(xué)思維，實(shí)則學(xué)生并沒(méi)有進(jìn)行任何的探究活動(dòng)，只是形式性的經(jīng)歷了一次探究步驟罷了.

2.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

給你一部小車(chē)，你如何讓這部小車(chē)產(chǎn)生動(dòng)能？你如何讓它產(chǎn)生比較大的動(dòng)能？你又如何來(lái)檢驗(yàn)該小車(chē)具有的動(dòng)能是大是小呢？你可以借助圖4中的器材完成你的實(shí)驗(yàn).

2.2 設(shè)計(jì)解析

第一、提出一連串的具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)激發(fā)學(xué)生探究動(dòng)機(jī).第二、學(xué)生不得不自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案解決自己的猜想，促使學(xué)生必須進(jìn)行科學(xué)思維才能解決問(wèn)題.第三、本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指向的是探究過(guò)程而不僅僅是實(shí)驗(yàn)結(jié)論，有利于“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”與“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.

3 面向真實(shí)問(wèn)題，發(fā)掘探究?jī)r(jià)值

人教版第八章第3節(jié)在“探究影響摩擦力的因素”實(shí)驗(yàn)中，如圖5所示，對(duì)于影響摩擦力大小的因素學(xué)生不難猜到壓力大小和接觸面的粗糙程度這兩個(gè)因素，在教學(xué)實(shí)踐中教師們也往往是探究完這兩個(gè)要素就結(jié)束了實(shí)驗(yàn).對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果學(xué)生也覺(jué)得毫無(wú)意外，理所當(dāng)然.但當(dāng)教師問(wèn)學(xué)生“接觸面的大小會(huì)影響摩擦力嗎？”“滑動(dòng)速度會(huì)影響摩擦力嗎？”的問(wèn)題時(shí)，學(xué)生會(huì)認(rèn)為答案是肯定的，或者不敢肯定，其實(shí)這才是真正需要探究的問(wèn)題.

3.1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

提出問(wèn)題：除壓力大小和接觸面的粗糙程度外，接觸面積的大小和滑動(dòng)速度會(huì)影響摩擦力的大小嗎？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)愕牟孪?

3.2 設(shè)計(jì)解析

第一、讓學(xué)生通過(guò)探究親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與猜想之間產(chǎn)生的沖突，使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究是驗(yàn)證猜想并得出科學(xué)結(jié)論的必要過(guò)程，看似正確的常識(shí)必須經(jīng)過(guò)科學(xué)探究才能得出正確的結(jié)論.第二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與猜想產(chǎn)生了沖突，會(huì)進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的好奇心，會(huì)促使學(xué)生進(jìn)一步探究和思考結(jié)論背后的奧妙.第三、有利于學(xué)生更準(zhǔn)確地掌握影響滑動(dòng)摩擦力的因素.

3.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，物體的質(zhì)量越大其重量也越大，物體受到的重力與其質(zhì)量成正比嗎？請(qǐng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，如果成正比請(qǐng)找出正比例常數(shù).

等質(zhì)量的不同物質(zhì)受到的重力一樣嗎？不同的物質(zhì)種類其重力與質(zhì)量的比例常數(shù)相同嗎？請(qǐng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究.

3.4 設(shè)計(jì)解析

只有提出的問(wèn)題能夠引起學(xué)生的思考，與學(xué)生的常識(shí)認(rèn)知產(chǎn)生沖突，才是促使學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的真正問(wèn)題.

教學(xué)實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新穎性、挑戰(zhàn)性和思維性是促進(jìn)學(xué)生積極參與科學(xué)探究活動(dòng)的有效策略.

上文中通過(guò)一些案例并加以簡(jiǎn)釋來(lái)說(shuō)明這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的策略和意圖，期望能給讀者帶來(lái)一定的啟發(fā)和應(yīng)用價(jià)值.教材或教學(xué)中，探究活動(dòng)往往是為得出結(jié)論而設(shè)置，從而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)于直白和簡(jiǎn)單，教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)摒棄重結(jié)論輕過(guò)程的思想傾向，采取有效的策略讓學(xué)生真正參與到科學(xué)探究活中，發(fā)揮探究活動(dòng)應(yīng)有的價(jià)值，以更好地促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效形成和有效發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]彭前程.談對(duì)“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)及物理學(xué)科核心素養(yǎng)”的理解[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017，46（10）：2-3.

[2]核心素養(yǎng)研究課題組.中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2016（10）：3.