新课程中科学探究的理论与实践（二）科学探究是教育理念

《普通高中物理课程标准（试验）》在课程性质、课程基本理念、课程总目标中均提出科学探究方面的问题。广大一线教师在新课程的理念下，积极探索和实践科学探究的教学方式；学生在教师的指导下也在尝试科学探究的学习方式。随着实践的不断深入，出现了教师对科学探究的认识和理解的疑惑。我认为科学探究首先是一种教育理念，同时又是教学目标、教学方式和教学内容。

科学探究是教育理念

科学探究是一种教育理念，我们在教学中要将这种理念贯穿在整个教学过程之中，要用科学探究的理念进行教学设计，理解学生的认知过程，规范学生的行为，使学生感悟科学方法，促使学生形成科学观念。

《基础教育课程改革纲要》（2001年6月教育部颁布）中提出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”过去几十年的基础教育，教师的教学方式和学生的学习方式确实有些单一，学生获取知识的渠道也显得单一。

21世纪，人类已进入信息时代。信息技术的快速发展，使人们获取信息、形成知识的手段和渠道变得丰富起来，同时也对人们终身学习的意识和终身学习的能力提出相应的要求。我们如何有效地在教学中提高学生终身学习的意识和终身学习的能力呢？我认为，在教学中教师要以培养学生科学探究的意识和能力为核心，做好两个方面的工作。

一方面，进一步加强基础知识和基本技能的教学，因为越是基础的越是重要的。我们物理教师都会有这样的共识，如果高一起始阶段，学生对物理学中力的概念、力学中常见的三种力、力的合成与分解等知识掌握得不好，对质点、位移、速度、加速度等知识不能正确地理解，则一定会影响后面物理课程的学习。严重的将无法有效地进行诸如牛顿运动定律、运动的合成与分解、曲线运动、万有引力定律、功和能、动量等内容的学习。上述基础性的内容学不会，学生的科学素养和探究能力就无法提高，更无法具备终身学习的能力了。所以，实施高中新课程，无论物理课程为学生设计什么样的选择性，无论教师采用什么样的教学方式，对高中起始必修课基础性知识的教学决不能蜻蜓点水，因为物理学科中基础性知识内容没学懂跟没学相差无几。

另一方面，我们要有意识地培养学生获取新知识的能力。要培养学生获取新知识的能力，就要使学生在学习知识的过程中，有不同的认知途径、认知方法和认知手段。如何使学生获得不同的认知途径、认知方法和认知手段呢？我认为，让学生尝试自主探究的学习方式是使学生获得不同认知方式的重要手段和方法。基于上述认识，我认为要将科学探究作为一种教育理念。

一旦将科学探究作为一种新的教育理念，我相信广大物理教师在教学行为、教学方式、教学手段、教学评价等方面将会发生变化，会让学生自主探究某些知识。通过学生的自主探究，不但使学生获得新的认知方式，而且使学生获得直接经验和多方面的体验，形成不同的心智技能和操作技能。事实证明，物理学科中的有些内容、有些知识采用科学探究的学习方式会比接受型学习方式更有效。

2007年11月，我先后听了两节新课程高中一年级的物理课。两所学校均是北京远郊区的市级示范校，而且两所学校使用的是同一本课标教材。凑巧，两位教师上的是同一节内容，即牛顿第二定律。两节课我都很有触动，也都有出乎意料之处。

两节课均采用科学探究的教学方式，说明一线教研员和教师对科学探究有了一定的认识。两节课有共同之处，也有很多不同的处理方法。

两节课的共同之处：

(1)两节课都比较好地体现了新课程的教育理念，有效地落实了新课程的三维培养目标。课堂上学生学习任务明确，在确定了要探究的问题后，由学生自主设计了实验探究方案。学生通过对本节课具体的探究活动，对科学探究的过程和方法有了一定的感悟。学生之间有讨论、沟通，也有合作、欣赏。虽然两节课具体的教学目标有所不同，但都较好地完成了预期的教学目标。

(2)两节课都是采用探究性的教学方式。学生经历探究活动，找到了加速度与外力、质量的关系图线。在经历探究活动的过程中，学生的学习积极性都比较高。学生在学习过程中积极动脑思维、动手操作、动口交流。两位教师的教学语言都带有一定的启发性。诸如，“你认为物体的加速度可能与外力之间存在什么关系”，“用什么方法可以研究它们的关系”，“你对测量结果有什么样的分析”等。小组内的学生在进行探究的过程中有分工，通过探究活动，各小组得出相应的结论。比如，其中一节课上，学生经过探究得到关于加速度跟外力的关系图像；另一节课上，学生经过探究活动不仅得到加速度与外力的关系图像，而且得到了加速度与质量的关系图像。

两节课的不同之处：

(1)同一内容设计的学时数不同。一位教师将本节教学内容设计为2学时，另一位教师则设计为1学时。

(2)新课的引入方式不同。一个班开始上课时，教师为学生播放了我国“嫦娥一号”升空的视频。接着向学生提出：“假若火箭的质量不变，增大推动力，你认为火箭的加速度大小如何变化？如果控制推动力不变，减小火箭的质量，则火箭的加速度大小如何变化？”以此向学生提出研究的课题。

另一班开始上课时，教师利用大屏幕展现一组人推小车的图片（见图1-4）：

教师让学生根据图片完成加速度与质量、外力关系的猜想。

(3)实验探究所用器材不同。两节课虽然均是采用探究性的教学方式，但一个班的实验探究用的是物理小车、长木板、电磁打点计时器、纸带等器材，处理数据用的是坐标纸；另一个班用的则是气垫导轨、传感器等仪器，处理数据用的是计算机。

(4)教师指导情况不同。一个班，课上教师将实验中的诸如平衡摩擦力等诸多问题都进行了现场指导；在另一个班，教师只告诉学生进行实验探究所用的器材。

(5)展示交流的内容不同。一个班，课上展示学生坐标纸上形成的加速度与外力的关系图线；另一个班，展示学生在电脑上形成的加速度与外力、质量的关系图像。在展示的过程中，一个班的学生阐述本小组的实验过程以及对图像的解释；而另一班的学生在展示过程中没有对实验过程的阐述。

听了这两节课，我认为各有所长，各有亮点。同样的教材、同样的内容，两位教师各有不同的处理方式。这两节课使我看到了新课程给我们的课堂教学带来的变化，新课程给我们的一线教师带来了更大的自我发挥和进行创造的空间，新课程也给高中课堂教学带来选择性，这种选择性源于教师创造性的劳动、源于教学环境、源于教学要求等多种因素。

科学探究是教学目标

《普通高中物理课程标准（试验）》在教学目标中提出：“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。”

将科学探究作为教学目标，这就促使我们在进行教学设计时，要设计完成这一目标所需要的教学过程。实施教学过程中所采用的教学方式、教学方法都要服从于教学目标。比如，为了让学生领悟科学探究的方法，我们在设计教学方案时要设计学生进行科学探究的过程，实施中要让学生经历科学探究的过程，而且要注意从多元的角度进行评价，学生只有经历科学探究的过程才能更好地感悟科学探究的方法。

例如，高一物理《单摆》一节的教学中，我们要让学生感悟科学探究的方法，可以为学生设计进行科学探究的过程。

对于影响单摆振动周期的因素，学生能够进行猜想和假设。学生自主设计探究方案时，能够设计出不同的实验方案。在实施探究的过程中，学生会遇到这样或那样的问题，如在测量单摆振动周期时，何处开始计时，如何进行观察等，学生在解决问题的过程中，心智技能和操作技能都得到提高。通过一系列的探究活动，能够有效地完成使学生感悟科学探究方法的教学目标。

再如，高二物理《法拉第电磁感应定律》一节的教学中，我们要让学生学习科学探究方法，也可以为学生设计进行科学探究的过程。

首先，为学生创设一个问题情境，即条形磁铁从线圈中拔出时，快拔与慢拔线圈中的感应电流是不同的。让学生看到这个事实后进行猜想，线圈中的感应电动势可能会与哪些因素有关。一般来说，学生的直觉反应是，线圈中的感应电动势大小与磁铁拔出的速度有关，与条形磁铁的磁性有关，与线圈的几何尺寸有关等。在给定线圈的情况下，如何将感应电动势大小与磁铁拔出的速度有关、与条形磁铁的磁性有关，归纳为与磁通量的变化率有关，这是件很难的事情，这是本节教学难点所在。如何使学生在实验事实的基础上，通过自己的思考和研究将现象的本质揭露出来，要让学生经历理论探究的过程。接下来，如何使学生形成感应电动势与磁通量变化率成正比的结论，可以有不同的处理方式。北京市的一位物理教师采用如下的处理方式：他带着研究性学习小组的学生，在实验室利用专用线圈、专用磁铁、传感器、计算机等器材和仪器进行研究，定量得出感应电动势与磁通量变化率成正比的结论。上课时，让研究性学习小组在班上进行展示，使全班同学看到实验的过程和实验的结论，收到了很好的效果。通过这种方式的探究过程，使不同的学生经历不同的探究过程，共同感悟科学探究方法。

科学探究是教学方式

物理课堂教学有各种各样的教学方式。如我们熟知的讲授式、合作式、体验式等。本次课程改革提出了科学探究的理论，我想，科学探究应该是一种重要的教学方式。关于物理学科教学中的科学探究上文已有界定，即科学探究指的是“学生建构知识，领悟科学研究方法，形成科学观念的各种活动”。因此，科学探究是有效的认知过程，是使学生领悟科学研究方法的过程，也是使学生逐步形成科学观念的过程。

学生进行的是“自主”的科学探究，是经过教师有效地组织和指导的探究；而不是“自由”的科学探究，不是无规则的科学探究。教师有效地组织和指导学生进行科学探究，就是一种重要的教学方式。

在实施科学探究的教学方式的过程中，什么样的方式、什么样的组织形式、什么样的条件有利于学生有效地进行科学探究，是每位教师都要思考和进行精心设计的。进行教学设计时，要想到使每一位学生都能参与探究活动，要使每一位学生都能有机会获得直接经验、都有机会进行交流、都有机会获得成功的体验。

教师要鼓励学生之间的交流和质疑；教师要学会倾听，倾听学生的获得的经验，倾听学生的解释，在倾听的过程中，要能够敏锐地发现学生在认识和理解知识时获得的成就以及存在的偏差，并能够恰当地进行指导。

进行探究的过程中，学生需要合作、交流、沟通和配合，也需要倾听、关注、欣赏和质疑，等等。能否在组织实施科学探究的教学方式中，使学生之间做到互相欣赏、互相关注、互相配合、互相质疑、互相沟通，能否在进行科学探究的教学方式中使学生的合作意识、合作能力得到增强等，很大程度上取决于学生在进行科学探究的过程中心理上有没有获得安全感，取决于在进行科学探究的过程中有没有一种和谐、宽松的研究氛围。因此，科学探究的教学方式，对教师提出了很高的要求。要求教师具有正确的教育思想，要尊重和理解学生；要求教师学科能力要比较强，科学探究的能力要比较强，组织教学的能力要比较强，指导学生的水平和能力也要比较高。

2007年，在中国教育学会物理教学专业委员会举办的“第四届全国中学物理教师课堂教学创新大赛”上，有一节科学探究的课被几位评委同时推荐到大会进行观摩。这节课的课题是《探究气体的压强、体积、温度的关系》，新课的引入、学生进行的探究活动、学生的展示交流等内容都很好。特别让我欣赏不已的是，探究器材均是学生身边的常见物品，如瓶子、气球、玻璃容器等；而且学生在进行探究的过程中能够注意到一些细节，比如，如何保证气体的体积保持不变、如何使瓶子翻转、手拿瓶子的部位等，都给我留下了很好的印象。当然，这节课也有不足之处，如各研究小组进行展示交流的过程中，完全是教师一个人对学生进行质疑。通过学生的解释及教师给予的补充说明，确实丰富了学生的认知背景，强化了学生的知识和技能，提高了学生的认知水平。但是我想，如果在学生进行展示的过程中，能让其他学生提出质疑，效果会更好。在实施科学探究的过程中，不断地培养学生的提出问题的能力和质疑的能力，这也是将科学探究作为一种教学方式的重要目的。

科学探究是教学内容

本次课程改革将科学探究列入普通高中物理课程标准中，使科学探究本身就已成为教学内容。教师要对这一教学内容进行教学过程的设计，没有过程就完不成科学探究的教学内容，没有过程学生就没有行动和行为，没有行为学生就很难形成相应的意识。

科学探究作为教学内容，应该说它没有静态知识的表述，但它有动态行为的表现；它没有确定的范围，但它有开放的领域；它没有不变的问题，但它有基本的操作程序；它没有预先的结论，但它有合理的猜想；它期望某个结果，但它更关注探究的过程。综上所述，科学探究作为教学内容，是开放的、灵活的、动态的、多样的。因此，在实施这个内容的教学时，要注意研究问题的深刻性，注意采用方式的多样性，要体现学生思维活动的开放性和对知识建构的自主性。只有这样，科学探究作为教学内容才有操作性的意义。

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