[中學(xué)教育]關(guān)于科學(xué)探究的思考.doc

關(guān) 于 科 學(xué) 探 究 的 思 考黃石市新下陸學(xué)校 侯超峰目前建構(gòu)主義作為一種新的認(rèn)知理論已成為國(guó)際科學(xué)教育改革的主流理論。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的自主性、社會(huì)性、情境性，由此生發(fā)出探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)等現(xiàn)代學(xué)習(xí)方式1，并要求滲透STS（科學(xué)?技術(shù)?社會(huì)）教育理念。在當(dāng)前的教育形式下我們看到，物理課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)）將內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分：科學(xué)探究和科學(xué)內(nèi)容2?？茖W(xué)探究的提出在教學(xué)方式上本身是一個(gè)大的飛躍，而標(biāo)準(zhǔn)不僅要求把科學(xué)探究作為重要的教學(xué)方式還要求成為學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，這更是一個(gè)大的飛躍。那么為什么要進(jìn)行科學(xué)探究，什么是科學(xué)探究，如何開展科學(xué)探究以及如何評(píng)價(jià)，值得我們思考。 一、什么是科學(xué)探究義務(wù)教育階段的物理課程培養(yǎng)目標(biāo)定位為：培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)3。探究學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵?？茖W(xué)探究是要將學(xué)習(xí)重心從過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過(guò)程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神4。學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)與科學(xué)家對(duì)科學(xué)的探究有類似之處，科學(xué)家們?cè)谔剿魅祟愇粗臇|西，而學(xué)生則是在探究他自己所未知的東西。我們的學(xué)生在經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究規(guī)律的過(guò)程中，就能自己體會(huì)科學(xué)研究的方法，養(yǎng)成對(duì)科學(xué)研究嚴(yán)謹(jǐn)與創(chuàng)新的態(tài)度?？茖W(xué)探究大致有以下幾個(gè)要素：提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作5。從這幾個(gè)要素中我們看到，在探究過(guò)程中重在探究的過(guò)程，而非結(jié)果；重在收集證據(jù)，而非繁雜的計(jì)算；重在對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，而不迷信結(jié)果。 二、科學(xué)探究的必要性還是從這個(gè)大家并不陌生的故事說(shuō)起。某電視臺(tái)對(duì)四個(gè)組進(jìn)行智力測(cè)驗(yàn)，在黑板上畫了個(gè)粉筆圓圈兒請(qǐng)大家回答是什么，機(jī)關(guān)干部組回答要等開會(huì)研究后給予答復(fù)；大學(xué)生組大笑表示鄙視，不愿予以回答；中學(xué)生組試探性的回答是零；小學(xué)一年級(jí)組紛紛搶答，是“月亮”“是乒乓球”“是燒餅”“是李谷一歌唱的嘴巴”最后電臺(tái)播放時(shí)很無(wú)奈的冠以一個(gè)標(biāo)題“人們的想象力是如何喪失的？”迄今為止，沒(méi)有任何一門學(xué)科任何一項(xiàng)研究能夠證明人們的想象力隨年齡的增加而遞減的必然性6，那么人們的想象力怎么了呢？我們的課堂教育不得不作出沉重的回答。作為一名中學(xué)物理教師，我也深刻的感到學(xué)生想象力的逐漸缺乏。初二剛學(xué)物理的時(shí)候孩子們的興趣特別的濃，七嘴八舌的會(huì)問(wèn)各種各樣的問(wèn)題： “為什么有的是烏云有的是白云？”“水蒸氣是小水珠那為什么是白色呢？水是透明的呀！”“膠水為什么能粘上東西？”“分子一定是圓的嗎？” “黑洞是黑的嗎？” 可到畢業(yè)前問(wèn)題就不外乎“這公式用的對(duì)嗎？”“我的答案對(duì)嗎？”物理是一門規(guī)律性很強(qiáng)的學(xué)科，關(guān)鍵在于理解，而不需要太多的記憶，其實(shí)應(yīng)是一門較容易掌握的學(xué)科，但多年來(lái)物理令太多的學(xué)生望而生畏了，我覺(jué)得實(shí)際上，學(xué)生怕的不是物理，而是物理題。但愿科學(xué)探究這一教學(xué)目標(biāo)的實(shí)施能還物理本來(lái)之風(fēng)采，讓學(xué)生在規(guī)律的探求與思考中了解物理，理解物理。 三、科學(xué)探究在教學(xué)中應(yīng)如何滲透 科學(xué)探究有七個(gè)要素，那么如何在實(shí)際教學(xué)中滲透這幾個(gè)要素，很好地貫徹科學(xué)探究呢？我覺(jué)得應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。1注意科學(xué)探究與以往實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。首先對(duì)結(jié)果的預(yù)見性有所不同，以往的實(shí)驗(yàn)往往是要研究一個(gè)確定的規(guī)律，但對(duì)于一個(gè)探究過(guò)程，其結(jié)果往往具有不唯一性，或者說(shuō)并不知結(jié)果到底如何發(fā)展，從而要求對(duì)每一個(gè)現(xiàn)象每一個(gè)結(jié)果進(jìn)行研究思考。比如以往在做水的沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，其實(shí)很多學(xué)生加熱到水沸騰時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)不是100，有的低一、二攝氏度，有的高一、二攝氏度，有的老師對(duì)這一現(xiàn)象簡(jiǎn)單解釋為誤差原因而了之，有的老師在學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后會(huì)主動(dòng)解釋關(guān)于氣壓和沸點(diǎn)的知識(shí)，但在探究性學(xué)習(xí)中，我想這一現(xiàn)象完全可以作為學(xué)生的一個(gè)探究課題，讓學(xué)生分組自己去猜想可能是什么原因，然后進(jìn)行一些可行性實(shí)驗(yàn)來(lái)研究假設(shè)成立與否。其實(shí)除了氣壓原因外，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)用不同的溫度計(jì)測(cè)同一杯沸水的溫度，示數(shù)有微小差別，從而想到是否和溫度計(jì)本身有關(guān)呢，再比較會(huì)發(fā)現(xiàn)水銀溫度計(jì)的示數(shù)較接近真實(shí)值，煤油溫度計(jì)誤差較大（酒精溫度計(jì)不可測(cè)沸水），接下去還可研究引起溫度計(jì)精確度不同的原因，原來(lái)和各種液體的膨脹系數(shù)有關(guān)。在這樣的探究過(guò)程中，學(xué)生們能越來(lái)越體驗(yàn)到窮追不舍的樂(lè)趣，難道會(huì)沒(méi)興趣嗎？難道會(huì)輕易忘卻嗎？當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生們還會(huì)有其它的一些正確或不正確的猜想，但這些并不是最重要的，關(guān)鍵是學(xué)生投入了，研究了便是收獲。古代圣君有一得人心之道，稱之為“廣開視聽，豐文言是”，我們的教學(xué)也應(yīng)廣開視聽，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行猜想與假設(shè)，而不應(yīng)死扣理論結(jié)論來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣會(huì)禁錮了學(xué)生的想像力。其次，研究過(guò)程有所不同。以往的實(shí)驗(yàn)有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟，包括如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、結(jié)果的誤差等都是預(yù)先設(shè)計(jì)好了的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只要按照要求去做，就一定能夠取得預(yù)期的結(jié)果。探究學(xué)習(xí)要求學(xué)生根據(jù)自己的猜想自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要為自己尋找證據(jù)，并且往往需要幾個(gè)猜想幾個(gè)論證才有結(jié)論，這個(gè)過(guò)程能培養(yǎng)學(xué)生思維的縝密性，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力，使學(xué)生充分體會(huì)物理的科學(xué)性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。人都是有惰性的，以前的實(shí)驗(yàn)比較現(xiàn)成，學(xué)生往往會(huì)讓惰性占了上風(fēng)，僅僅做個(gè)模仿秀而已，通俗的說(shuō)就是很好混，科學(xué)探究從外因上促使學(xué)生充分開動(dòng)腦筋，真正做到心手合一。2注意循序漸進(jìn)。學(xué)生開始很可能對(duì)探究式學(xué)習(xí)不適應(yīng)，因此我們要考慮學(xué)生的情況和接受能力，要循序漸進(jìn)?？梢韵扰囵B(yǎng)學(xué)生閱讀資料和調(diào)查的能力，比如要求學(xué)生對(duì)生活或科技上物理知識(shí)的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查并寫出報(bào)告，學(xué)生可以采取看報(bào)、看書、看雜志、上網(wǎng)、詢問(wèn)家長(zhǎng)等途徑來(lái)完成，從而鍛煉學(xué)生學(xué)會(huì)從各種渠道了解信息的能力。我們的教材中就設(shè)有這樣適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的章節(jié)，如“新材料及其應(yīng)用”、“超聲波”等。以“新材料及其應(yīng)用”這一節(jié)為例，我們采取了學(xué)生分組查閱資料然后進(jìn)行小組匯報(bào)的學(xué)習(xí)模式。先是提前十天布置課題，包括閱讀教材上這一節(jié)內(nèi)容，然后和學(xué)生討論交流出各種新材料，除教材所介紹的納米材料、記憶合金、超導(dǎo)材料以外，還有稀土材料、反光材料、貧鈾彈、現(xiàn)代武器中的新材料等，接下來(lái)分組選組長(zhǎng)并進(jìn)行課題拍賣。課題領(lǐng)完分工到個(gè)人，幾天內(nèi)小組組織匯總討論，老師對(duì)各小組進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)。匯報(bào)課由學(xué)生自己主持，各小組匯報(bào)后要接受大家提問(wèn)，可以說(shuō)學(xué)生自己的提問(wèn)與回答討論是最精彩的，比如有這樣的問(wèn)題“鈦合金為什么耐高溫？” 一些學(xué)生就能用剛學(xué)的知識(shí)回答說(shuō)“熔點(diǎn)高”。 “超導(dǎo)失去電阻會(huì)怎么樣？”“上海的磁懸浮列車不是利用同性相斥嗎？日本的磁懸浮列車怎么又是利用異性相吸呢？”“貧鈾彈輻射性怎么辦？”最后大家填寫評(píng)選單，評(píng)出“最佳深入淺出獎(jiǎng)”“最佳想象獎(jiǎng)”“最佳提問(wèn)獎(jiǎng)”等各個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。其間，學(xué)生們不僅把匯報(bào)內(nèi)容制作成各種電腦課件，還通過(guò)家長(zhǎng)等途徑積極尋找實(shí)物，有防彈衣、交警背心（上面有反光警示圈）、鏡架是記憶合金材料的眼鏡（怎么折都能恢復(fù)原狀）、納米材料制成的“去惺石”（摩擦后可幫助去惺味）等。在布置課題到匯報(bào)課結(jié)束的十天中，學(xué)生和老師都覺(jué)得大有收獲。同時(shí)，我們可以收集一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律和發(fā)明創(chuàng)造的小故事，經(jīng)常給學(xué)生介紹，并且把故事重點(diǎn)放在科學(xué)家研究的過(guò)程上。比如可以從牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果總往地下掉開始說(shuō)起，說(shuō)說(shuō)阿基米德怎么猜想出浮力的計(jì)算公式，曹沖如何稱象，居里夫人如何艱苦研究放射性物質(zhì)，沃森和克里克又是如何推斷DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的等等。這樣做的目的是希望通過(guò)這些故事，第一能激發(fā)學(xué)生的興趣，第二能使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究方法有個(gè)初步的概念，第三希望科學(xué)家們的人格力量能感染學(xué)生，從而培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯孔黠L(fēng)。其次可通過(guò)一些簡(jiǎn)單的制作培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，尤其是學(xué)生之間的合作精神，這也是科學(xué)探究的要素之一。比如制作“土電話”“水杯琴”“小孔成像筒”等。合作能力在美國(guó)的教育中排在最首要的位置，在人才招聘時(shí)合作能力也是一個(gè)重要的指標(biāo)，而這恰恰是我們的學(xué)生所缺乏的，常言道“眾人拾柴火焰高”，較好的合作能使問(wèn)題的解決快而有效。合作能力體現(xiàn)在有將自己的見解公開并與他人交流的愿望，有主動(dòng)與他人合作的精神，敢于提出與別人不同的見解，也敢于放棄或修正自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。物理的實(shí)踐活動(dòng)比較多，因此我們有責(zé)任在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。在學(xué)生具有一定的探知能力以后，接下來(lái)可以實(shí)施要求較高的一些環(huán)節(jié)了，如制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)。在“探究聲音是怎樣傳播”時(shí)，學(xué)生都能猜想說(shuō)液體能傳聲，能列舉出在水里游泳時(shí)能聽見岸上的聲音，岸上說(shuō)話嚇跑魚等現(xiàn)象。是否能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)支持觀點(diǎn)呢？（有學(xué)生設(shè)計(jì)出：用塑料袋把手機(jī)密封放入水中，打電話給此手機(jī)從能否聽到聲音來(lái)判斷。）再如，對(duì)于聲音的響度與振幅的關(guān)系可以要求學(xué)生設(shè)計(jì)方案制定表格去研究。（有學(xué)生設(shè)計(jì)出：在鑼上懸掛一乒乓球，敲鑼后，用分貝儀測(cè)出響度，同時(shí)記錄乒乓球彈出的幅度。）3教師如何才能在探究活動(dòng)中起到最佳的作用呢？首先，我們要更新觀念，要能夠大膽的放開手腳，并要堅(jiān)持長(zhǎng)期貫徹實(shí)施，因?yàn)閷W(xué)生的思維和學(xué)習(xí)方法的科學(xué)性不是一朝一夕能培養(yǎng)起來(lái)的，它需要長(zhǎng)期的滲透。其次，老師的角色也應(yīng)真正改變。以前我們說(shuō)教師要象一個(gè)演員，演繹好教材這個(gè)劇本，現(xiàn)在我覺(jué)得教師的角色更要象主持人，學(xué)生是佳賓，是主角。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，我們可以提出話題，至于怎么暢談可以讓學(xué)生去發(fā)揮。以前我們認(rèn)為一節(jié)好課就是條理清楚面面俱到，老師們總是在研究如何講，如何把概念講清楚，如何把知識(shí)講透徹易于學(xué)生理解，如何把教材講得很透。研究如何講是要的，但不是要全權(quán)代理，包辦一切。我們的學(xué)生已經(jīng)養(yǎng)成了不會(huì)看教材不會(huì)自己查資料的習(xí)慣，一方面是平常這種意識(shí)灌輸?shù)貌粔?，一方面就是學(xué)生吃慣現(xiàn)成飯的原因，什么都等著老師講?，F(xiàn)在的講主要要研究度的問(wèn)題，講多少，何時(shí)講，一句話，就是要鉆研如何在學(xué)生的探究學(xué)習(xí)中起到最佳的作用。那么，老師如何提出探究問(wèn)題呢？課題提得好，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生自發(fā)的提出問(wèn)題。話題可以從教材上來(lái)，可以從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中來(lái)，也可以從學(xué)生的疑問(wèn)上展開，還可以從時(shí)事新聞的案例上展開。例如：學(xué)習(xí)“光的反射”時(shí)，首先請(qǐng)學(xué)生讀一段關(guān)于居民狀告某酒店的幕墻玻璃引起光污染問(wèn)題的新聞，學(xué)生就會(huì)想“太陽(yáng)光怎么會(huì)轉(zhuǎn)彎的？”“光是怎么反射的 ？”；“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”這一節(jié)，我們給學(xué)生準(zhǔn)備了一個(gè)小魔術(shù)，能把粉筆變沒(méi)的“魔盒”（盒內(nèi)沿對(duì)角線裝有一平面鏡，一半裝粉筆，一半是空的）；學(xué)習(xí)“密度”時(shí)，先給學(xué)生看兩塊一樣大的棉花地，一塊有密密的棉花，一塊只有稀疏的幾棵；研究“聲音的產(chǎn)生”時(shí)，老師先給學(xué)生表演幾個(gè)節(jié)目，“聲音炒爆米花”（敲鼓時(shí)在鼓上放一些爆米花）、“音叉擊水”、“空穴來(lái)音”（用幾根長(zhǎng)短不同的管子吹出音調(diào)），這時(shí)學(xué)生就能提出問(wèn)題“怎么產(chǎn)生聲音的？”“爆米花為什么能跳動(dòng)？” 等。所以說(shuō)，一個(gè)較好的教學(xué)引課設(shè)計(jì)能起到拋磚引玉的作用，只有老師拋好“磚”，才能引出學(xué)生的“玉”。另外，老師可以盡量多設(shè)計(jì)問(wèn)題讓學(xué)生討論，一個(gè)好的討論題能很好的培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和想像力。比如學(xué)習(xí)熔化知識(shí)前可以讓學(xué)生討論“如何使燒杯中的一塊冰較快的熔化”，學(xué)生能討論出“敲碎些”、“在火上燒”、“太陽(yáng)底下曬”“用黑鍋裝”等，甚至有學(xué)生說(shuō)“象道路化雪那樣，撒些那種白色藥品”（道路化雪常噴灑鹽水或氯化鈣來(lái)降低熔點(diǎn)）。同樣研究“蒸發(fā)與哪些因素有關(guān)”時(shí)，可以發(fā)給學(xué)生滴有酒精的載玻片（兩人一組），比賽哪組使酒精干得最快，教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生確實(shí)能想到把酒精在載玻片上鋪開，有的學(xué)生使勁朝酒精吹，有的學(xué)生用手在載玻片反面使勁摩擦想讓溫度升高，最后學(xué)生很快就能總結(jié)出影響蒸發(fā)快慢的三個(gè)因素。其實(shí)，老師們平常在準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，都有一個(gè)嘗試探索的過(guò)程，比如選擇器材的時(shí)候發(fā)現(xiàn)玻璃瓶不如塑料瓶，酒精不如乙醚，鐵絲不如銅絲，平面鏡不如凹面鏡，操作時(shí)應(yīng)先做這步再做下一步等等?；蛟S這些我們都可以展開讓學(xué)生思考去為什么，和學(xué)生一起商量探討，其中往往蘊(yùn)含著科學(xué)知識(shí)，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。有這樣一句格言：“你有一個(gè)蘋果，我有一個(gè)蘋果，交換一下，每人還是一個(gè)蘋果；你有一個(gè)思想，我有一個(gè)思想，交換一下，每人就有兩個(gè)思想?！币虼耍蠋熯€要注意及時(shí)組織學(xué)生交流與總結(jié)。探究活動(dòng)的總結(jié)并不僅是總結(jié)出正確結(jié)論，還應(yīng)該包括對(duì)各組學(xué)生的評(píng)估，主要是要鼓勵(lì)學(xué)生相互交流，相互探討探究過(guò)程與探究結(jié)果，同時(shí)也是給學(xué)生一個(gè)展示自己的機(jī)會(huì)。在總結(jié)過(guò)程中，要引導(dǎo)學(xué)生注意探究活動(dòng)中未解決的矛盾，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生嘗試改進(jìn)探究方案。要記住，“授人以魚”必要先“授人以漁”。4切忌生搬硬套。在具體內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程中，要注意對(duì)科學(xué)探究方法不能生搬硬套。我們不能指望學(xué)生在沒(méi)有任何物理基礎(chǔ)的情況下都能像牛頓那樣思考蘋果下落的問(wèn)題，從而得出萬(wàn)有引力的規(guī)律?？茖W(xué)探究有七個(gè)要素但并不是說(shuō)每個(gè)內(nèi)容都要有這七個(gè)要素組成?？梢杂兴鶄?cè)重，或者只有其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)，也可以有另外的要求。比如“探究聲音的音調(diào)與什么因素有關(guān)”時(shí)，提出問(wèn)題這一環(huán)節(jié)可以由老師引導(dǎo)學(xué)生完成，提出音調(diào)與振動(dòng)頻率有關(guān)，而把接下來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃作為學(xué)生探究的重點(diǎn)。我們要注重科學(xué)探究，但也提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化，一句話，要做到具體情況具體分析。四、如何在評(píng)價(jià)體系中體現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)常常聽到老師們這樣的議論“提倡探究這知識(shí)點(diǎn)還要不要，怎么來(lái)得及教呢？” 我想標(biāo)準(zhǔn)最本質(zhì)的是要求做到內(nèi)容和方法的統(tǒng)一，不是說(shuō)顧此失彼走極端，不要內(nèi)