[中学教育]关于科学探究的思考.doc

关 于 科 学 探 究 的 思 考黄石市新下陆学校 侯超峰目前建构主义作为一种新的认知理论已成为国际科学教育改革的主流理论。建构主义强调学习的自主性、社会性、情境性，由此生发出探究学习和合作学习等现代学习方式1，并要求渗透STS（科学?技术?社会）教育理念。在当前的教育形式下我们看到，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2。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。那么为什么要进行科学探究，什么是科学探究，如何开展科学探究以及如何评价，值得我们思考。 一、什么是科学探究义务教育阶段的物理课程培养目标定位为：培养全体学生的科学素养3。探究学习是实现这一目标的关键。科学探究是要将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神4。学生学习科学应与科学家对科学的探究有类似之处，科学家们在探索人类未知的东西，而学生则是在探究他自己所未知的东西。我们的学生在经历与科学工作者相似的探究规律的过程中，就能自己体会科学研究的方法，养成对科学研究严谨与创新的态度。科学探究大致有以下几个要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作5。从这几个要素中我们看到，在探究过程中重在探究的过程，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、科学探究的必要性还是从这个大家并不陌生的故事说起。某电视台对四个组进行智力测验，在黑板上画了个粉笔圆圈儿请大家回答是什么，机关干部组回答要等开会研究后给予答复；大学生组大笑表示鄙视，不愿予以回答；中学生组试探性的回答是零；小学一年级组纷纷抢答，是“月亮”“是乒乓球”“是烧饼”“是李谷一歌唱的嘴巴”最后电台播放时很无奈的冠以一个标题“人们的想象力是如何丧失的？”迄今为止，没有任何一门学科任何一项研究能够证明人们的想象力随年龄的增加而递减的必然性6，那么人们的想象力怎么了呢？我们的课堂教育不得不作出沉重的回答。作为一名中学物理教师，我也深刻的感到学生想象力的逐渐缺乏。初二刚学物理的时候孩子们的兴趣特别的浓，七嘴八舌的会问各种各样的问题： “为什么有的是乌云有的是白云？”“水蒸气是小水珠那为什么是白色呢？水是透明的呀！”“胶水为什么能粘上东西？”“分子一定是圆的吗？” “黑洞是黑的吗？” 可到毕业前问题就不外乎“这公式用的对吗？”“我的答案对吗？”物理是一门规律性很强的学科，关键在于理解，而不需要太多的记忆，其实应是一门较容易掌握的学科，但多年来物理令太多的学生望而生畏了，我觉得实际上，学生怕的不是物理，而是物理题。但愿科学探究这一教学目标的实施能还物理本来之风采，让学生在规律的探求与思考中了解物理，理解物理。 三、科学探究在教学中应如何渗透 科学探究有七个要素，那么如何在实际教学中渗透这几个要素，很好地贯彻科学探究呢？我觉得应注意以下几点。1注意科学探究与以往实验的区别。首先对结果的预见性有所不同，以往的实验往往是要研究一个确定的规律，但对于一个探究过程，其结果往往具有不唯一性，或者说并不知结果到底如何发展，从而要求对每一个现象每一个结果进行研究思考。比如以往在做水的沸腾实验时，其实很多学生加热到水沸腾时温度计的示数不是100，有的低一、二摄氏度，有的高一、二摄氏度，有的老师对这一现象简单解释为误差原因而了之，有的老师在学生发现问题后会主动解释关于气压和沸点的知识，但在探究性学习中，我想这一现象完全可以作为学生的一个探究课题，让学生分组自己去猜想可能是什么原因，然后进行一些可行性实验来研究假设成立与否。其实除了气压原因外，学生会发现用不同的温度计测同一杯沸水的温度，示数有微小差别，从而想到是否和温度计本身有关呢，再比较会发现水银温度计的示数较接近真实值，煤油温度计误差较大（酒精温度计不可测沸水），接下去还可研究引起温度计精确度不同的原因，原来和各种液体的膨胀系数有关。在这样的探究过程中，学生们能越来越体验到穷追不舍的乐趣，难道会没兴趣吗？难道会轻易忘却吗？当然，在这个过程中，学生们还会有其它的一些正确或不正确的猜想，但这些并不是最重要的，关键是学生投入了，研究了便是收获。古代圣君有一得人心之道，称之为“广开视听，丰文言是”，我们的教学也应广开视听，鼓励学生进行猜想与假设，而不应死扣理论结论来进行实验，这样会禁锢了学生的想像力。其次，研究过程有所不同。以往的实验有明确的实验目的、实验原理、实验步骤，包括如何进行数据处理、结果的误差等都是预先设计好了的，学生在实验过程中只要按照要求去做，就一定能够取得预期的结果。探究学习要求学生根据自己的猜想自己设计实验，要为自己寻找证据，并且往往需要几个猜想几个论证才有结论，这个过程能培养学生思维的缜密性，培养学生分析问题的能力，使学生充分体会物理的科学性，培养学生的科学素养。人都是有惰性的，以前的实验比较现成，学生往往会让惰性占了上风，仅仅做个模仿秀而已，通俗的说就是很好混，科学探究从外因上促使学生充分开动脑筋，真正做到心手合一。2注意循序渐进。学生开始很可能对探究式学习不适应，因此我们要考虑学生的情况和接受能力，要循序渐进。可以先培养学生阅读资料和调查的能力，比如要求学生对生活或科技上物理知识的应用进行调查并写出报告，学生可以采取看报、看书、看杂志、上网、询问家长等途径来完成，从而锻炼学生学会从各种渠道了解信息的能力。我们的教材中就设有这样适合学生自主学习的章节，如“新材料及其应用”、“超声波”等。以“新材料及其应用”这一节为例，我们采取了学生分组查阅资料然后进行小组汇报的学习模式。先是提前十天布置课题，包括阅读教材上这一节内容，然后和学生讨论交流出各种新材料，除教材所介绍的纳米材料、记忆合金、超导材料以外，还有稀土材料、反光材料、贫铀弹、现代武器中的新材料等，接下来分组选组长并进行课题拍卖。课题领完分工到个人，几天内小组组织汇总讨论，老师对各小组进行适当指导。汇报课由学生自己主持，各小组汇报后要接受大家提问，可以说学生自己的提问与回答讨论是最精彩的，比如有这样的问题“钛合金为什么耐高温？” 一些学生就能用刚学的知识回答说“熔点高”。 “超导失去电阻会怎么样？”“上海的磁悬浮列车不是利用同性相斥吗？日本的磁悬浮列车怎么又是利用异性相吸呢？”“贫铀弹辐射性怎么办？”最后大家填写评选单，评出“最佳深入浅出奖”“最佳想象奖”“最佳提问奖”等各个奖项。其间，学生们不仅把汇报内容制作成各种电脑课件，还通过家长等途径积极寻找实物，有防弹衣、交警背心（上面有反光警示圈）、镜架是记忆合金材料的眼镜（怎么折都能恢复原状）、纳米材料制成的“去惺石”（摩擦后可帮助去惺味）等。在布置课题到汇报课结束的十天中，学生和老师都觉得大有收获。同时，我们可以收集一些科学家发现规律和发明创造的小故事，经常给学生介绍，并且把故事重点放在科学家研究的过程上。比如可以从牛顿发现苹果总往地下掉开始说起，说说阿基米德怎么猜想出浮力的计算公式，曹冲如何称象，居里夫人如何艰苦研究放射性物质，沃森和克里克又是如何推断DNA的双螺旋结构的等等。这样做的目的是希望通过这些故事，第一能激发学生的兴趣，第二能使学生对科学研究方法有个初步的概念，第三希望科学家们的人格力量能感染学生，从而培养学生良好的科学态度和严谨的研究作风。其次可通过一些简单的制作培养学生的动手能力，尤其是学生之间的合作精神，这也是科学探究的要素之一。比如制作“土电话”“水杯琴”“小孔成像筒”等。合作能力在美国的教育中排在最首要的位置，在人才招聘时合作能力也是一个重要的指标，而这恰恰是我们的学生所缺乏的，常言道“众人拾柴火焰高”，较好的合作能使问题的解决快而有效。合作能力体现在有将自己的见解公开并与他人交流的愿望，有主动与他人合作的精神，敢于提出与别人不同的见解，也敢于放弃或修正自己的错误观点。物理的实践活动比较多，因此我们有责任在物理教学中培养学生的合作精神。在学生具有一定的探知能力以后，接下来可以实施要求较高的一些环节了，如制定计划与设计实验，进行实验与收集证据。在“探究声音是怎样传播”时，学生都能猜想说液体能传声，能列举出在水里游泳时能听见岸上的声音，岸上说话吓跑鱼等现象。是否能设计实验来支持观点呢？（有学生设计出：用塑料袋把手机密封放入水中，打电话给此手机从能否听到声音来判断。）再如，对于声音的响度与振幅的关系可以要求学生设计方案制定表格去研究。（有学生设计出：在锣上悬挂一乒乓球，敲锣后，用分贝仪测出响度，同时记录乒乓球弹出的幅度。）3教师如何才能在探究活动中起到最佳的作用呢？首先，我们要更新观念，要能够大胆的放开手脚，并要坚持长期贯彻实施，因为学生的思维和学习方法的科学性不是一朝一夕能培养起来的，它需要长期的渗透。其次，老师的角色也应真正改变。以前我们说教师要象一个演员，演绎好教材这个剧本，现在我觉得教师的角色更要象主持人，学生是佳宾，是主角。根据教学内容，我们可以提出话题，至于怎么畅谈可以让学生去发挥。以前我们认为一节好课就是条理清楚面面俱到，老师们总是在研究如何讲，如何把概念讲清楚，如何把知识讲透彻易于学生理解，如何把教材讲得很透。研究如何讲是要的，但不是要全权代理，包办一切。我们的学生已经养成了不会看教材不会自己查资料的习惯，一方面是平常这种意识灌输得不够，一方面就是学生吃惯现成饭的原因，什么都等着老师讲。现在的讲主要要研究度的问题，讲多少，何时讲，一句话，就是要钻研如何在学生的探究学习中起到最佳的作用。那么，老师如何提出探究问题呢？课题提得好，能够充分调动学生的积极性，使学生自发的提出问题。话题可以从教材上来，可以从实验现象中来，也可以从学生的疑问上展开，还可以从时事新闻的案例上展开。例如：学习“光的反射”时，首先请学生读一段关于居民状告某酒店的幕墙玻璃引起光污染问题的新闻，学生就会想“太阳光怎么会转弯的？”“光是怎么反射的 ？”；“探究平面镜成像的特点”这一节，我们给学生准备了一个小魔术，能把粉笔变没的“魔盒”（盒内沿对角线装有一平面镜，一半装粉笔，一半是空的）；学习“密度”时，先给学生看两块一样大的棉花地，一块有密密的棉花，一块只有稀疏的几棵；研究“声音的产生”时，老师先给学生表演几个节目，“声音炒爆米花”（敲鼓时在鼓上放一些爆米花）、“音叉击水”、“空穴来音”（用几根长短不同的管子吹出音调），这时学生就能提出问题“怎么产生声音的？”“爆米花为什么能跳动？” 等。所以说，一个较好的教学引课设计能起到抛砖引玉的作用，只有老师抛好“砖”，才能引出学生的“玉”。另外，老师可以尽量多设计问题让学生讨论，一个好的讨论题能很好的培养学生的发散思维和想像力。比如学习熔化知识前可以让学生讨论“如何使烧杯中的一块冰较快的熔化”，学生能讨论出“敲碎些”、“在火上烧”、“太阳底下晒”“用黑锅装”等，甚至有学生说“象道路化雪那样，撒些那种白色药品”（道路化雪常喷洒盐水或氯化钙来降低熔点）。同样研究“蒸发与哪些因素有关”时，可以发给学生滴有酒精的载玻片（两人一组），比赛哪组使酒精干得最快，教学中发现有的学生确实能想到把酒精在载玻片上铺开，有的学生使劲朝酒精吹，有的学生用手在载玻片反面使劲摩擦想让温度升高，最后学生很快就能总结出影响蒸发快慢的三个因素。其实，老师们平常在准备演示实验的时候，都有一个尝试探索的过程，比如选择器材的时候发现玻璃瓶不如塑料瓶，酒精不如乙醚，铁丝不如铜丝，平面镜不如凹面镜，操作时应先做这步再做下一步等等。或许这些我们都可以展开让学生思考去为什么，和学生一起商量探讨，其中往往蕴含着科学知识，同时也可培养学生的严谨态度。有这样一句格言：“你有一个苹果，我有一个苹果，交换一下，每人还是一个苹果；你有一个思想，我有一个思想，交换一下，每人就有两个思想。”因此，老师还要注意及时组织学生交流与总结。探究活动的总结并不仅是总结出正确结论，还应该包括对各组学生的评估，主要是要鼓励学生相互交流，相互探讨探究过程与探究结果，同时也是给学生一个展示自己的机会。在总结过程中，要引导学生注意探究活动中未解决的矛盾，引导学生发现新的问题，引导学生尝试改进探究方案。要记住，“授人以鱼”必要先“授人以渔”。4切忌生搬硬套。在具体内容的教学过程中，要注意对科学探究方法不能生搬硬套。我们不能指望学生在没有任何物理基础的情况下都能像牛顿那样思考苹果下落的问题，从而得出万有引力的规律。科学探究有七个要素但并不是说每个内容都要有这七个要素组成。可以有所侧重，或者只有其中的一项或几项，也可以有另外的要求。比如“探究声音的音调与什么因素有关”时，提出问题这一环节可以由老师引导学生完成，提出音调与振动频率有关，而把接下来的设计实验与制定计划作为学生探究的重点。我们要注重科学探究，但也提倡学习方式的多样化，一句话，要做到具体情况具体分析。四、如何在评价体系中体现探究式学习常常听到老师们这样的议论“提倡探究这知识点还要不要，怎么来得及教呢？” 我想标准最本质的是要求做到内容和方法的统一，不是说顾此失彼走极端，不要内