符東生

(廣州市教育局教學(xué)研究室 廣東 廣州 510080)

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗稿)》提出的課程總目標(biāo)：“使學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，具有初步的科學(xué)探究能力，樂于參與和科學(xué)技術(shù)有關(guān)的社會活動具有創(chuàng)新意識，能獨立思考，勇于有根據(jù)地懷疑”美國的《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》明確提出：“科學(xué)探究是指科學(xué)家們用來研究自然界并根據(jù)研究所獲事實證據(jù)做出解釋的各種方式.同時，它也指學(xué)生構(gòu)建科學(xué)知識、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動.”這都明確指出學(xué)生要經(jīng)歷科學(xué)探究過程的目的是：以“創(chuàng)造力”的培養(yǎng)為目的，以“問題解決”為學(xué)習(xí)核心，以“科學(xué)探究”為學(xué)習(xí)方式.

但科學(xué)教育領(lǐng)域的研究表明，學(xué)生很難在“做中學(xué)”和探究活動中理解科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)探究.廣州市新課程實施也有六年，教師總感覺不少的探究課，課堂上學(xué)生熱熱鬧鬧，但課后學(xué)生并沒有更多掌握物理知識和實驗技能，能力也提高不大.如何設(shè)計探究問題，如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，如何幫助學(xué)生反思他們的探究活動，使其理性思考、批判、創(chuàng)造、解決問題的能力得到提高，是教師不斷探索的問題.本文希望通過下述的一些案例帶出一個信息：只有當(dāng)教師有先進(jìn)的教學(xué)理念，才能引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有效的科學(xué)探究.

1 明確而具體的問題是有效探究的起點

以下是“探究平面鏡成像的特點” 探究實驗活動引入時三個案例.

案例1

老師：你們猜想平面鏡成像有什么特點？你們猜想像與物之間有什么關(guān)系？

學(xué)生：我猜想物和像等大.物與像的大小關(guān)系與物到鏡的距離有關(guān).

老師：你們猜想像是正立還是倒立的？像是實像還是虛像？

學(xué)生：我猜想像是虛像，像是正立的.

老師：關(guān)于平面鏡成像你們還有什么猜想？

學(xué)生：像的大小與視角有關(guān).有些像我們看不到.

案例2

老師：今天我們要探究平面鏡成像的特點，你們按課本要求操作，然后把觀察得到的實驗數(shù)據(jù)記錄在表1中.

表1

案例3

老師：今天我們實驗的目的是：“為了確定平面鏡所成的像所在的位置，及準(zhǔn)確畫出像形狀.”請你們寫出為了達(dá)到這實驗?zāi)康模枰芯科矫骁R所成的像哪些特點？并要說明理由.

老師：請說說你想研究的內(nèi)容.

學(xué)生甲：因為我們要確定像所在的位置，而這位置好像與物、平面鏡的位置有關(guān)，所以我們要畫出平面鏡、物、像的位置.

學(xué)生乙：因為我們要準(zhǔn)確畫出像的形狀，而根據(jù)我們平時照鏡子，我們發(fā)現(xiàn)像與物是相似的.所以我們要找出物與像的大小關(guān)系.還要知道其上下左右有沒有顛倒.

老師：上下左右有沒有顛倒的意思是什么?

學(xué)生乙：像對于物是正立還是倒立，像的左邊，是不是物的右邊.

學(xué)生丙：實驗?zāi)康氖敲璩鱿竦男螤?，如果我們用白紙在平面鏡的后面承接像，再按它的樣子描下就可以知道像的形狀，白紙所在的位置就是像的位置.

探究是個體圍繞著問題或任務(wù)進(jìn)行的一種探索活動.探究是解決問題的過程，確定問題的焦點所在，把問題具體化是探究的第一步.案例1中學(xué)生只是根據(jù)日常生活的經(jīng)驗，沒有目的進(jìn)行猜想，他們根本不知道為什么要探究像與物到平面鏡距離，為什么要比較像與物的大小.而且這種只有發(fā)散思維，沒有要求學(xué)生對發(fā)散思維得到的猜想進(jìn)行理性思考，學(xué)生的猜想可能脫離“主題”.而且因為沒有明確、具體的探究問題，完成此實驗后學(xué)生的能力不會有多大的提高.案例2,學(xué)生只是按課本所列的實驗步驟重復(fù)一次學(xué)生得到的只是表層的知識.他們不清楚每一個實驗步驟目的，不明白得到實驗數(shù)據(jù)有什么關(guān)聯(lián)性，如實驗為什么要進(jìn)行四次，這四次實驗物是否都放在同一位置，還是物要放在不同的位置.完成實驗后，科學(xué)探究的方法學(xué)生沒有掌握多少，學(xué)生獨立解決問題的能力并沒有得到多大的提高.案例3教師開門見山先給出一個明確而具體的探究問題，讓學(xué)生能聚焦問題的最重要的元素，考慮自己要知道、想知道、已知道的事項，這樣學(xué)生的思考、探究都會有一主方向.老師與學(xué)生一起討論可以細(xì)化其發(fā)散思考得到的一些猜想進(jìn)行，學(xué)生會明確要解決的問題，而且能根據(jù)問題思考探究的步驟(如案例3中，學(xué)生提出用白紙在平面鏡后面承接像，我們通過對他提出的方案進(jìn)行分析就很容易引導(dǎo)學(xué)生知道實驗為什么要用玻璃代替平面鏡，為什么要選用兩根相同的蠟燭做實驗).

案例3經(jīng)過上述的教學(xué)活動后，師生就有以下一段對話：

學(xué)生：老師實驗器材不應(yīng)用蠟燭，應(yīng)選用兩個一樣的不規(guī)則物體.

老師：為什么不用蠟燭？

學(xué)生：物的形狀不能是規(guī)則的，不然無法判斷物與像是否有左右顛倒.選用正方體更不行，因為那樣就無法判斷像是正立還是倒立.

從學(xué)生與老師這段對話我們可以感受到，一個明確而具體的探究問題，對探究活動的順利進(jìn)行，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力是何其重要.

2 科學(xué)探究的設(shè)計要有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)、總結(jié)物理知識的探究“情景”

老師要設(shè)計有效的科學(xué)探究活動不僅幫助學(xué)生知道物理知識，更重要的讓學(xué)生能夠運用觀察、推理、解釋資料等科學(xué)探究的基本技能解決問題.

筆者在觀課過程就出現(xiàn)過以下的場面.

老師先讓學(xué)生看到試管底部有固態(tài)的碘，然后把試管放在酒精燈上加熱，當(dāng)試管出現(xiàn)紫色的蒸氣時，老師直接給出升華的定義.

當(dāng)時就有學(xué)生在下面說：“老師你把試管拿過來給我看看，可能是碘從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，然后再變?yōu)闅鈶B(tài)，這過程時間太短了，你在講臺上做實驗，我看不清.”

若我們的實驗作用只是引起學(xué)生的短暫的興趣，只是為了活躍氣氛，實驗現(xiàn)象無法讓學(xué)生用物理規(guī)律進(jìn)行解釋，實驗過程沒有要求學(xué)生對觀察的現(xiàn)象進(jìn)行分析和歸納，就直接給出概念，時間長了，學(xué)生不單沒有學(xué)會解決問題的科學(xué)方法，而且會不經(jīng)思考地接收知識，養(yǎng)成人云我也云的習(xí)慣.其實課堂上學(xué)生的質(zhì)疑是很好的.設(shè)計幫助學(xué)生建構(gòu)物理知識的教學(xué)活動不僅有助于學(xué)生了解物理本質(zhì)，還讓學(xué)生學(xué)會運用物理規(guī)律解決問題.在上述的案例中，我們?nèi)绾巫寣W(xué)生知道加熱固態(tài)碘時，試管內(nèi)出現(xiàn)的碘蒸氣，是直接從固態(tài)碘來的，而不是固態(tài)的碘先變?yōu)橐簯B(tài)然后再變?yōu)闅鈶B(tài)呢？

以下是有關(guān)這實驗的兩個教學(xué)設(shè)計.

設(shè)計1

用酒精燈加熱裝了碘的試管(圖1).學(xué)生看到試管上方出現(xiàn)碘蒸氣，然后再把另一支裝了碘的試管放到熱水中(圖2)， 學(xué)生也看到試管上方出現(xiàn)了碘蒸氣.老師給出以下的資料：碘的熔點是114℃，沸點是184.35℃，水的沸點是100℃，酒精燈火焰溫度約為400℃.

圖1 圖2

讓學(xué)生思考以下問題：你認(rèn)為哪一個實驗更能說明碘吸熱后是直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，而不是由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)再變?yōu)闅鈶B(tài)的呢？

根據(jù)所給的資料，學(xué)生運用學(xué)過的相關(guān)知識分析得知酒精燈直接加熱，溫度很容易超過碘的熔點、沸點.而水的沸點是100℃，因此碘在水中加熱，其溫度不會超過100℃，說明碘不會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象；所以用熱水加熱的實驗更能說明試管中出現(xiàn)的碘蒸氣是直接從固態(tài)碘而來的.

設(shè)計2

若學(xué)生的基礎(chǔ)比較好，可以給出“碘的熔點是114℃，沸點是184.35℃，水的沸點是100℃，酒精燈火焰溫度約為400℃”的資料，讓學(xué)生設(shè)計實驗證明碘吸熱后直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，而不是由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)再變?yōu)闅鈶B(tài).

教師應(yīng)多設(shè)計有利于學(xué)生按其邏輯思維掌握物理概念的教學(xué)活動.學(xué)生通過設(shè)計實驗或根據(jù)資料做出合理的推導(dǎo)等活動，不僅僅用理解替代記憶掌握物理概念，而且學(xué)會如何設(shè)計實驗解決自己心中的疑惑，更重要的是學(xué)生的物理思維能力能得到提高，學(xué)生學(xué)會了批判性思考.

3 科學(xué)探究要培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力

美國教育家杜威曾經(jīng)指出，探究是“對任何一種信念或假設(shè)的知識進(jìn)行積極、持續(xù)、審慎的思考”.其實除了實驗探究，還可以設(shè)計一些理論探究，以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力.如浮力一課，課本是希望得出阿基米德原理的表達(dá)式F浮=G排，而不是F浮=ρgV排.但這節(jié)課?？吹揭韵碌囊雽嶒灒喊岩豢盏娘嬃瞎薹湃胨?，然后用力下壓，讓學(xué)生感受飲料罐所受浮力變化，并觀察水位的變化.經(jīng)過此實驗，學(xué)生總是猜想物體所受浮力與所排的液體體積有關(guān)，可能與液體的密度有關(guān)，很少有學(xué)生可以猜想物體所受浮力與所排開的液體所受重力有關(guān).

本節(jié)課可以嘗試采用理論探究.例如，“想象在一大池靜水中用薄膜把一團(tuán)水包圍起來，這一團(tuán)水在水里同其他部分處于平衡狀態(tài)，因此它受到周圍的水給它一個力，這個力的大小和重力一樣，只是方向朝上，周圍的液體所施加的力叫做浮力.浮力等于被包圍的水的重量，其方向向上.若薄膜外圍的水‘并不知道’薄膜里包的是什么，它可以是一個乒乓球，或一個玻璃球，無論你放進(jìn)任何密度大小只要與薄膜內(nèi)原來水一樣體積的物體，它都會受到大小等于同體積的液體的重力，方向永遠(yuǎn)向上的浮力”.參考此資料引導(dǎo)學(xué)生理論探究得出阿基米德原理.學(xué)生經(jīng)歷了理性思考和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?，其解決問題的能力一樣能得到提高.

4 學(xué)生應(yīng)用科學(xué)概念、科學(xué)方法解決實際問題就是一種科學(xué)探究

現(xiàn)在課堂上的探究一般只是新授課.其實無論是那種課型，哪一個教學(xué)環(huán)節(jié)教師都可以根據(jù)需要，依問題解決的歷程設(shè)計教學(xué)活動，或在任何教學(xué)環(huán)節(jié)中運用能促進(jìn)能力提高的活動.如人教版的初二教材中有一習(xí)題：將耳朵貼在長鐵管的一端，讓另外一個人敲一下鐵管的另一端，你會聽到幾個敲打的聲音？親自試一試，并說出其中的道理.

若我們只是簡單地告訴學(xué)生，因為此時有兩種傳播介質(zhì)，聲音在兩種不同的介質(zhì)中傳播速度不同，所以會聽到兩次響聲，學(xué)生只是簡單知道一些現(xiàn)象，但沒有學(xué)會應(yīng)用物理知識解決問題.其實這是一個很好的探究的素材，我們可以從下述的問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究.

(1)人耳怎樣才能接收到聲音？

(2)人耳分辨兩個聲音所需要的時間間隔是多少？

經(jīng)過這樣的引導(dǎo)學(xué)生就不會簡單地認(rèn)為聽到二個敲打聲.以下是一學(xué)生經(jīng)過上述點撥后寫出的答案.

在這一題中,我們要考慮聲音的三方面:聲源、傳播過程、人耳.而聲源只有一個，人耳也是考慮健全的耳朵，而我們要知道兩種聲音間隔0.1 s才可分辨出兩種聲音.所以要考慮長鐵管的長度，還要考慮有多少種介質(zhì)傳播聲音，最后我們把聲音的能量考慮為無限大.

(1)當(dāng)長鐵管內(nèi)沒有水的時候，有兩種介質(zhì)傳播聲音，即空氣和鐵管，而兩者的速度分別是340 m/s和5 200 m/s.當(dāng)長鐵管長于36.37 m時，鐵管傳的聲音比空氣快0.1 s以上，則能聽到兩種聲音.

(2)當(dāng)長鐵管裝滿水時，則有三種介質(zhì)傳播聲音， 即空氣、 水和鐵管， 傳播速度分別為340 m/s、

1 500 m/s和5 200 m/s.當(dāng)長鐵管長于44 m時，水傳的聲音比空氣快0.1 s以上， 鐵管比水傳的聲音快

0.1 s以上，則能聽到三種聲音；長鐵管長于36.37 m短于44 m，則聽到兩種聲音；短于36.37 m，則只能聽到一個聲音.

探究完本習(xí)題后，可以接著讓學(xué)生閱讀本章書的“科學(xué)世界”欄目給出的資料：站在天壇圜丘天心石上說話會感覺聲音比較洪亮.此時學(xué)生很容易就能運用物理知識解釋，站在圜丘天心石說話時為什么不是聽到回聲而是感覺聲音比較洪亮的現(xiàn)象.

從學(xué)生答案可以知道，只要教師理解科學(xué)探究的本質(zhì)，則能利用好各種素材，設(shè)計探究問題，讓學(xué)生先發(fā)散性思考，提出他們的想法和解決問題的方案及方法；隨后通過討論和分析，讓學(xué)生運用所學(xué)的知識評價他們提出的各種方案及方法.這種先發(fā)散后收斂的思維模式可以在探究的各階段循環(huán)使用，經(jīng)過長時間地培養(yǎng)，學(xué)生解決問題的能力會得到提高的.

上述的案例不一定可以在其他課堂重復(fù)，但它們可以引起我們的思考.我們是要掌握前人留下的物理知識，但在學(xué)習(xí)前人留下的知識時更重要學(xué)會像前人一樣會思考，卻不是簡單地重復(fù)前人思維過程.所以教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究時，要在思考的關(guān)鍵點做好示范和引導(dǎo).只有這樣，不斷地讓學(xué)生運用所學(xué)的知識探究和解決問題，學(xué)生才會習(xí)慣用科學(xué)的方法進(jìn)行探討和論證，養(yǎng)成科學(xué)思考的習(xí)慣，學(xué)會應(yīng)用所學(xué)的物理知識解決問題，學(xué)生的理性思考、獨立解決問題的能力、創(chuàng)造力才能得到較大的提高.