中学物理课堂教学中地科学探究与教学设计

中學物理課堂教學中的科學探究與教學設計北京師範大學物理系郭玉英主要内容科學探究在中學物理課堂教學中的現狀與問題探究-建構式教學設計理論探討方法與步驟實踐與案例1.現狀與問題由於受到多方面因素的影響，科學探究在初中和高中物理教學中的發展是不平衡的，在不同地區和學校的發展也是不平衡的。從總體情況來看，在初中階段，經過四年多的新課程改革實踐，物理教師已經普遍認同和接受了科學探究的理念，並在教學實踐中進行了大量的嘗試和探索。高中新課程只有四個省作為實驗區進行了一年的課程改革實驗，學生學習任務重，升學壓力大，許多教師感到在高中實施探究教學有很多困難，對科學探究的認識和實踐相對滯後。從初中物理教學的情況來看，在課堂教學中實施科學探究大致經歷了以下三個階段。1.1程式化探究教師完全按照《全日制義務教育物理課程標準》提出的科學探究要素進行教學設計，課堂教學成為提出問題、猜想和假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作的程式化過程。教師不敢放手，學生按部就班，使科學探究流於表面化和形式化。這種類型的探究課是教師嘗試進行科學探究的初級階段，並非真正意義上的科學探究，其結果甚至可能導致學生對科學探究產生誤解。1.2自由化探究教師嘗試擺脫探究程式的束縛，完全把學生放開自主活動，學生的自主性得到了充分發揮。但由於缺乏對教學過程的合理設計和有效調控，學生不能將注意力集中於焦點問題，沒有明確的探究思路，課堂教學亂而無序，教學效果較差。這種課雖然超越了程式化探究，但仍不能很好地體現科學探究的本質特徵，屬於向實質性探究發展的過渡階段。其結果常常會使教師對科學探究的效果產生懷疑，不敢再放手讓學生探究。1.3實質性探究教師針對學生的原有認識和教學目標之間的差異進行教學設計，創設能使學生真正開展探究的問題情境和課堂氛圍，能對學生進行適時、適度的指導，將探究引向深入。學生能將注意力集中於焦點問題，按照科學的認識過程展開探究活動。教學過程真正體現了科學探究的本質，課堂活而不亂，收放有度。雖然這種課在實際教學中所占比例較少，但代表著科學探究融入物理課堂的較高層次，表明中學物理課堂教學中的科學探究是可以實現的，應當成為探究式教學追求的目標和發展方向。教師迫切需要解决的首要問題是如何進行教學設計教學實踐證明，在物理教學中實現實質性探究受到多方面因素制約，教師是其中起決定作用的因素。由於廣大教師習慣了以傳授知識為目標的教學設計方法，不會進行探究教學設計，因此如何進行探究式教學設計成為教學實踐中面臨的主要問題。教師需要掌握探究教學的設計方法，把握住探究式教學設計的出發點和設計思路。2．探究—建構式教學設計理論探討方法與步驟實踐與案例2.1理論探討科學探究是物理學的本質特徵。中學物理教學應當體現物理學本質和教育本質的統一，使學生學習物理的過程成為在教師的引導和幫助下，觀察和探究周圍世界，認識基本的原理和規律，從而促進自身發展的過程。在這個過程中，學生的科學探究是觀念轉變、學習科學的思想方法和掌握知識技能相統一的過程。在物理課程改革中，有許多人擔心強調科學探究會影響學生掌握物理知識。以探究式的方式學習物理不是忽視了知識，而是注重了學生對物理知識的自主建構過程，科學探究與知識的建構是在同一過程中發生的。建構知識與傳授知識的本質區別在於：傳授是自上而下的，知識的來源是教師和教材，接受者是學生。而建構則是自下而上的.學生的頭腦本來就不是一張白紙，他們對於物理現象和問題存在著大量的前概念和常規的認識和思維方式，這些原有認識只有在科學探究的過程中經過衝突和挑戰才可能真正轉變，科學的觀念和思維方式才能真正建立起來。國內外物理教育的大量研究結果表明，學生學習物理知識的過程是在原有認識的基礎上自主建構知識的過程，學生的原有認識和在探究過程中產生的認知衝突在物理知識的建構過程中起著十分重要的作用。物理知識的獲得必須通過學生的自主建構過程教學設計模型探究教學設計的出發點是學生原有認識和新知識之間的差異。首先要從學生的原有認識入手，抓住學生的前概念與新知識的差異創設問題情境，使學生自己發現問題，激發探究的內在動機和求知欲望，在教師的引導和幫助下按照科學的認識過程開展探究活動，從而實現科學探究與建構知識的統一。教學設計思路參考了鮑勃高文（BobGowin，1977）在研究知識創造過程的基礎上建立的“知識維（KnowledgeVee）”模型.知識維探究——建構式教學建立在上述理論和模型基礎上的教學稱為探究—建構式教學。運用知識維模型來指導教學設計，將科學探究真正作為科學知識建構過程中的一個必經途徑.不論是引導學生自主開展科學探究活動，還是展示科學家在解決問題中的探究過程，都努力使學生的認識過程按照知識建構的科學模式發展.使學生在探究過程中自覺地建構合理的知識體系，形成科學的價值判斷，實現物理教學中科學探究與知識建構的統一。2.2教學設計的方法和步驟傳統教學設計----以教師為中心1.確定教學目標2.分析學生特徵3.根據教學目標確定教學內容、教學重點和教學順序4.根據教學內容和學生特徵確定教學難點5.選擇和制定教學策略6.選擇與設計教學媒體7.進行教學評價分析與評述優點：目標明確，能充分發揮教師作用，傳授知識量大、系統性強。缺點：以教師為中心，強調教而忽視學，教得多而學得少。學生往往處於被動接受狀態，不利於發揮學生的積極性、主動性和創造性。現代教學設計----以學生為中心强調“情境”對意義建構的作用强調“合作學習”對意義建構的關鍵作用强調對學習環境的設計强調利用各種資訊資源來支持學習强调学習過程的最终目的是完成意義建構分析與評述優點：以學生為中心，學生的主動性可以得到充分發揮，有利於培養創造性人才。缺點：對教師和學生要求高，知識教學效率較低探究—建構式教學設計：

以問題為中心傳統數學設計的優點現代教學設計的優點探究—建構式教學設計教學設計步驟確定教學目標：教師根據對學生的瞭解和課程標準的要求確定三維目標。分析教學內容：對教學內容進行分析，有針對性的調查學生前概念，根據學生認識與科學認識之間的差異確定焦點問題。分析學生狀況：根據學生的生活經驗和感興趣的問題創設問題情境。選擇和設計指導學生探究的教學策略選擇和設計指導學生建構知識的教學策略反思與評價教學過程要素創設問題情境引導學生確定焦點問題指導學生圍繞焦點問題展開探究活動評價與交流探究結果應用新知識：解決焦點問題應用變式：新知識的明晰建立聯繫：新知識的擴展2.3教學實踐研究與案例我們對上述理論和教學設計在部分中學進行了實踐研究。研究過程按下述步驟展開。（1）在新內容學習之前，初步確定教學目標，針對目標和學生情況設計測試題或通過訪談瞭解學生的前概念，根據對測試結果的分析修改教學目標，初步確定探究教學中的焦點問題。

（2）按照前文所述的教學設計步驟進行課堂教學設計，寫出教學設計方案。（3）在課堂教學實施過程中，用錄影機拍攝全過程，課後進行分析。（4）根據教學目標進行後測，對部分學生進行訪談，檢測學生探究能力的發展和知識建構情況。案例:功的原理和機械效率（1）前測：在新知識教學之前，用以下兩個小題對初二年級兩個班的學生進行了測試：現在要把一個物體升高到高度為h的地方，可以用手直接提高，也可以用動滑輪、定滑輪來提高，還可以沿斜面推到相同的高度。①請你猜想一下，使用這四種方法所做的功是否相同？並說出你的理由。②請你選擇定滑輪、動滑輪或斜面中的一種機械，設計實驗來驗證你的猜想。（2）測試結果分析：在回收的65份前測試題中，有37個學生認為所給出的四種方法做功是一樣多的。從他們給出的理由來看，主要是把簡單機械中學習的理想情況當成了實際情況。另外有28個學生認為所給出的四種方法做功不一樣多，他們中的大多數認為用手直接提高物體時，做功會多一些。這部分同學所給出的理由主要是“感覺”或者“認為”之類的主觀判斷。沒有學生認為機械做功會比用手做功多。學生設計實驗的情況，大多數人提出測量出直接用手做功和用機械做功的數值進行比較。（3）教學設計前測結果表明，學生存在著使用機械可以省功的前概念，並能夠提出猜想和設計實驗。由此確定探究的焦點問題是使用機械能否省功，教學設計是首先讓學生通過分組實驗驗證自己的猜想，通過交流討論實驗結果認識功的原理，初步形成有用功、額外功、總功和機械效率的概念。（4）教學過程在物理課堂上將學生分為小組，持不同看法的同學分在一個小組中，教師讓他們相互討論，充分表達自己的觀點，提出可供實驗檢驗的假設，列舉出實驗器材和設計出合理的實驗步驟。教師提醒學生在實驗中要作好相關的記錄。學生們選擇自己需要的器材進行實驗。實驗進行不久學生們就發現，利用機械做功和用手直接做功是不一樣的。有學生驚呼：“不一樣呀”！有的學生又重新做實驗，但反復實驗的結果說明事實確是這樣的。在分析實驗結果的時候，大多數同學又驚奇地發現，用機械做的功竟然比用手直接做功還要多。教師請幾組學生彙報他們的實驗結果，並請大家討論、分析實驗結果是否合理。在討論的過程中，學生們意識到在實際情況中使用機械所做的功確實比用手直接做的功還要多，也就是說“使用任何機械都不省功”。在閱讀教材的基礎上，教師請學生繼續思考並討論：“使用機