提升學(xué)生科學(xué)探究能力教學(xué)策略的探討

徐衛(wèi)兵

(西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué)，江蘇 蘇州 215021)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力．物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個方面．“科學(xué)探究”是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力．體現(xiàn)“科學(xué)探究”本質(zhì)的四要素為問題、證據(jù)、解釋、交流等要素．

1 喚醒學(xué)生問題意識

“問題”是指學(xué)生具有科學(xué)探究意識,能在學(xué)習(xí)和日常生活中發(fā)現(xiàn)問題,提出合理的猜測與假設(shè)．

1.1 少疑鈍化思維,質(zhì)疑創(chuàng)新思維

愛因斯坦曾經(jīng)說過:“提出問題比解決問題更重要”.那是因為解決問題是被動行為只需要學(xué)習(xí)或?qū)嶒炆系募寄?而提出“新”的問題,是主動行為,需要的是創(chuàng)造性的想象力． 在這里我們把能提出問題簡稱為學(xué)生的“問題意識”,“問題意識”是創(chuàng)新精神的基石,強化學(xué)生的“問題意識”可以說是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的起點． 但在目前的教學(xué)中不少教師怕影響教學(xué)進(jìn)度,基本是由教師提出問題讓學(xué)生去回答,學(xué)生幾乎不主動提出問題,即使提問題也只是問的哪個知識點沒理解或哪道題不會做等． 從長遠(yuǎn)來看,這種教學(xué)方法將催眠學(xué)生的“問題意識”,并使學(xué)生的思維鈍化． 這樣的課堂,實際上剝奪學(xué)生提問的機會,禁錮學(xué)生思維的翅膀,僵化教師的教學(xué)方式． 形成被動接受狀態(tài)的學(xué)生,幾乎沒有疑問,他們確信任何結(jié)論,他們?nèi)狈岩桑?思維總被教師牽著走,哪里說得上“主動地發(fā)展”,更談不上創(chuàng)新． 質(zhì)疑是創(chuàng)新的基石,歷史上有很多這方面的事例,比如伽利略在學(xué)習(xí)的過程中養(yǎng)成了愛質(zhì)疑的習(xí)慣,對學(xué)校的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容也會產(chǎn)生質(zhì)疑．甚至對哲學(xué)家們所崇奉的那些“絕對真理”,他也探明它們究竟包含什么意義,最典型的事例就是對古希臘偉大的哲學(xué)家亞里士多德的物體下落快慢的主張也提出了質(zhì)疑,這才有了自由落體定律．[2]再比如在湖北電視臺的一檔“童聲朗朗”欄目中,有一期節(jié)目小學(xué)生質(zhì)疑電影《侏羅紀(jì)世界》漏洞:一是穿高跟鞋的女主角竟然贏了霸王龍(據(jù)科學(xué)家研究它的奔跑速度可達(dá)72 km/h),二是電影里的恐龍大部分是來自白堊紀(jì),電影偏偏叫《朱羅紀(jì)世界》． 這種挑戰(zhàn)權(quán)威的精神、挑剔性的思維是科學(xué)家必備的素質(zhì)之一,沒有挑剔就沒有批判,沒有批判就沒有創(chuàng)新．

所以在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生提出問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力,不但能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)物理的興趣和效率,而且能開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能．

1.2 利用演示實驗,提供問題情境

在物理教學(xué)中我們采取什么措施去培養(yǎng)學(xué)生的“問題意識”,并讓他們通過物理教學(xué)做到敢于提問、學(xué)會提問、善于提問呢?

1.2.1 設(shè)疑激趣

車爾尼雪夫斯基說: “只有人們自愿做的事才做得好．”因此教師在教學(xué)中就應(yīng)千方百計地讓學(xué)生對要做的事成為自愿做的事． “激趣”就是要求教師千方百計激發(fā)出學(xué)生“自愿做”的熱情,按照中國的漢字“趣”也可以釋義為在行“走”中“取”． 激趣最有效的方式就是教師從生產(chǎn)、生活、科技等多個角度創(chuàng)設(shè)物理情境,引導(dǎo)學(xué)生提出與物理相關(guān)的問題,并進(jìn)行討論． 在創(chuàng)設(shè)情景時我們應(yīng)盡可能地通過演示實驗來展示情景,無法用實驗展示的,也可以通過實物、模型或動畫模擬等來激起學(xué)生強烈的好奇心,可以讓學(xué)生產(chǎn)生困惑、質(zhì)疑、探索的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)動機, 從而喚起學(xué)生的問題意識.例如《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》必修3第13頁提到“在實驗探究金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系,以及閉合電路歐姆定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,努力創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生探究欲望的問題情境, 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究”．

圖1

“激趣”還涉及時機的選擇,或行課初(即課堂引入),或行課末(即課堂結(jié)束時留給學(xué)生課后探究),或行課中(課堂進(jìn)行中), 但我們要特別重視在行課的初始時刻,因為涉及課堂的目標(biāo)和學(xué)生積極性的調(diào)動． 表1是對課堂引入法喜歡方式的調(diào)查表,可以看出占比比較高的幾種方法使學(xué)生在課堂上的積極性的確得到提高,其中利用實驗引入是最受學(xué)生歡迎的,因為實驗可以激起學(xué)生的好奇心、激發(fā)學(xué)生的求知欲、激活學(xué)生的思維, 從而形成學(xué)生主動學(xué)習(xí)的氛圍,課堂上就會帶著問題去思考、討論、探索.例如，在探索產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件時：用線圈繞制,連接發(fā)光二極管(如圖1),放在電磁爐上方,如果電磁爐不通電,二極管不亮,電磁爐通電后二極管亮了,學(xué)生自然會提出一些問題．

表1 不同液體密度與浸入深度的關(guān)系

1.2.2 刨根問底

中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理重點實驗室主任,中國科學(xué)院國家天文臺空間科學(xué)部首席科學(xué)家張雙南在專欄文章中說中國人缺少“刨根問底”的精神,并列舉事例說明,其中一個事例: “兩小兒辯日”,……一個小孩說,是早晨的太陽大,那時候太陽離我們近,為什么呢?早晨看起來太陽很大,那大嘛表明太陽離我們近,另外一個小孩說,早晨的時候特別涼,中午的時候很熱,那熱很顯然是離我們近嘛,但是看起來小一些,早晨說那個又大又涼,中午說這個又熱又小,孔子說不知道這個答案是什么? 所以這個故事就在這里,怎么會結(jié)束,這兩個孩子嘲笑孔子,哈哈,你不知道的比我們多． 但事實上,無論是早上離我們很近還是中午離我們很近,一定只有一個答案． 為什么中午看起來很小,但它很熱? 我們沒有回答問題的根源,問題背后的真相是什么? 這是典型的使用詭辯而不是突破性的問題來贏得辯論,更沒有追求真理．

比如,上面的二極管為什么會亮,學(xué)生得“刨根問底”,先提出猜想, 猜想是對實驗結(jié)果的預(yù)測,能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力,為后面的實驗設(shè)計做準(zhǔn)備． 教學(xué)中有時要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識和生活經(jīng)驗展開豐富的猜想,學(xué)生的猜想可能千奇百怪,但教師應(yīng)尊重每個學(xué)生的猜想,不要輕易地否定他們的猜想, 這樣學(xué)生才會繼續(xù)探索他們的猜想是否正確．

2 加強學(xué)生證據(jù)意識

“證據(jù)”是學(xué)生具有設(shè)計探究方案,證據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理的能力．能正確實施探究方案,使用各種手段和方法收集信息．

2.1 設(shè)計實驗

學(xué)生對于觀察到的實驗現(xiàn)象,一定會根據(jù)已有的知識進(jìn)行猜想,為什么會是這樣的現(xiàn)象,猜想后就要檢驗提出的猜想是否正確, 那就要寫探究的實驗方案,包括實驗?zāi)康?、原理、器材、步驟等.這樣做能培養(yǎng)學(xué)生實驗技能和科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和探究精神以及提高分析能力.這也是科學(xué)探究過程中關(guān)鍵的一步． 但目前的教學(xué)中往往是教師直接提供給學(xué)生實驗方案,這樣做不利于學(xué)生探究的主動性和積極性的培養(yǎng)． 其實應(yīng)讓學(xué)生利用教師平時滲透的實驗設(shè)計思想,進(jìn)行充分的討論,探索實驗方法、選擇實驗器材、設(shè)計實驗操作步驟． 如: 探究自由落體運動性質(zhì)時,需要測下落物體的速度,學(xué)生會利用前面所學(xué)知識進(jìn)行設(shè)計,有的是用打點計時器、有的是光電門、有的是頻閃照片． 在課堂上到底用哪一種,要看實驗室條件,最好不要選擇學(xué)生不能動手,只有教師演示的實驗． 只要條件許可就應(yīng)該是學(xué)生自己設(shè)計、自己操作,不是教師完成探究學(xué)生當(dāng)觀眾． 也就是教師的任務(wù)是做好充分的準(zhǔn)備,準(zhǔn)備足夠的實驗器材,讓學(xué)生自主選擇．

2.2 搜集證據(jù)

做實驗不只是觀察現(xiàn)象,還要進(jìn)行數(shù)據(jù)的搜集,這一步是科學(xué)探究中的一個重要環(huán)節(jié),這個環(huán)節(jié)要讓學(xué)生自己去操作、觀察、體驗、思考, 獲得自己所需要的實驗數(shù)據(jù),并記錄在自己設(shè)計的表格里．收集證據(jù)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和信息收集能力.

2.3 處理證據(jù)

得到了實驗數(shù)據(jù)之后,一定要趁熱打鐵,讓學(xué)生對數(shù)據(jù)及時處理． 但教學(xué)中往往出現(xiàn)不少學(xué)生不重視數(shù)據(jù)的處理,有的是就感覺實驗的任務(wù)完成了,往往只重視現(xiàn)象,有的是怕麻煩, 也有的是教師怕耽誤教學(xué)進(jìn)程,讓學(xué)生課后處理,事實會不了了之． 比如探究彈簧彈力大小與形變量的關(guān)系時,處理的方法可以是公式、圖像等方法分析處理數(shù)據(jù),只有這樣才能得出正確的結(jié)論,從而透過現(xiàn)象找本質(zhì)．

3 重視學(xué)生解釋意識

“解釋”是指學(xué)生具有分析論證的能力,會使用各種方法和手段分析、處理信息,描述、解釋探究結(jié)果和變化趨勢,基于證據(jù)得出合理的結(jié)論．

解釋是在觀察的基礎(chǔ)上思考,合理地解釋事物變化的原因,事物之間的聯(lián)系,或事物發(fā)展的規(guī)律,許多科學(xué)結(jié)論都是令人信服的解釋． 著名科學(xué)家錢學(xué)森先生曾經(jīng)要求過本科以上的學(xué)生除了有優(yōu)秀的論文外還要能夠?qū)懗鐾ㄋ滓锥目破疹愓撐?科普類論文寫得好與差就是看一個人解釋的能力,他的意圖就是想通過此舉實現(xiàn)普及本科生解釋的能力．愛因斯坦可以給普通家庭婦女解釋相對論, 當(dāng)然這也體現(xiàn)了他們個人的非凡智慧．

探究過程結(jié)束后,教師要求學(xué)生基于數(shù)據(jù),分析相關(guān)的現(xiàn)象或原因,然后讓每組學(xué)生匯報探究結(jié)果和得出實驗的結(jié)論, 同時對得出的實驗結(jié)論進(jìn)行解釋,并為自己的正確觀點進(jìn)行答辯,以及回報實驗中是否發(fā)現(xiàn)了新的問題? 想不想繼續(xù)進(jìn)行探究? 然后進(jìn)行頭腦風(fēng)暴,學(xué)生總結(jié)并得出統(tǒng)一的結(jié)論． 如果每個實驗都堅持這樣做,學(xué)生對實驗結(jié)論的解釋不但能達(dá)到“切磋”的目的,實現(xiàn)思維的碰撞,而且還能培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力和邏輯思維能力． 在平時聽課中,發(fā)現(xiàn)有的班級學(xué)生表述非常清楚,有的班級學(xué)生不善于表達(dá),其實與教師平時的培養(yǎng)有很大的關(guān)系．

4 培養(yǎng)交流合作意識

“交流”是指具有交流與合作的意愿和能力,能準(zhǔn)確表述、評估和反思探究過程與結(jié)果．

心理學(xué)理論表明: 良好的同學(xué)關(guān)系應(yīng)該改善學(xué)生在不同認(rèn)知,情感和行為水平上的學(xué)習(xí)心理狀態(tài)． 在科學(xué)探究過程中教師要提供學(xué)生良好的“合作交流”氛圍,讓學(xué)生通過實驗合作,動手實踐,在實驗中發(fā)現(xiàn),探究科學(xué)的奧秘; 在探究活動中,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論和交流活動,讓學(xué)生充分表達(dá)自己的探究問題、過程和結(jié)果, 選擇和使用適當(dāng)?shù)拿浇榕c他人有效溝通,傾聽他人的詢問并對他人探究的過程和結(jié)果提出建設(shè)性的評論．這些感受和經(jīng)歷中的許多是理解科學(xué)本質(zhì)以及科學(xué)精神的意義和價值的基礎(chǔ). 即使有些實驗探究，學(xué)生走了彎路，遭遇挫折和艱辛，甚至有可能找不到問題的答案，但學(xué)生仍能從這一親歷過程中學(xué)到科學(xué)探究的方法.

興趣是學(xué)生最好的老師,老師的作用是引導(dǎo)． 居里夫人曾經(jīng)說: 好奇心是人類最寶貴的品質(zhì)． 好奇心是科學(xué)研究背后的驅(qū)動力,也是科學(xué)夢想的新起點． 在教學(xué)中,我們就盡力讓學(xué)生永葆好奇之心,學(xué)習(xí)知識,打下堅實的基礎(chǔ),勇于追求科學(xué)的心靈夢想,開辟一條美好的科學(xué)人生道路． 學(xué)生無限的想象力、夢想就像是天上的繁星那么璀璨、那么的多彩,但是只有仰望天空的同時腳踏實地才能向自己的夢想越來越靠近,帶著批判性帶著思辨性還要帶著創(chuàng)造力來看待身邊的事物,來觀察發(fā)生的實驗現(xiàn)象.這就使得中學(xué)物理教學(xué)中的科學(xué)探究既具有多樣性和綜合性,又具有學(xué)生學(xué)習(xí)方式的主動性和獨立性,還具有學(xué)習(xí)過程的開放性和民主性． 在探究過程中,學(xué)生是否掌握某個具體知識并不是最重要的,重要的是要善于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,并學(xué)會通過收集資料、提出假設(shè)、實驗探究、驗證假設(shè)、交流討論等探究步驟, 最終實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的目標(biāo)．