徐成華

（上海市育才中學，上海 201801）

探究性學習是一種學習方式，它能夠有效地提高學生的學習效果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，而且還有利于提高學生對物理學習的興趣.在近幾年的教改實踐中，我們以科學探究為物理課堂教學的突破口，通過探究式教學的實施，取得了較好的教學效果.本文介紹在課堂教學實踐的過程中，對“提出問題、作出假設、制定計劃、使用工具和搜集證據(jù)、處理數(shù)據(jù)和解釋問題、表達與交流”等要素所做的一些處理方法.

1 元問題理念下的“問題的提出”

愛因斯坦說過，發(fā)現(xiàn)一個問題往往比解決一個問題更重要.發(fā)現(xiàn)并形成探究問題是實施探究的第一步.為了培養(yǎng)學生的問題意識，提高提出問題的能力，我們提出了“元問題”的理念，所謂“元問題”是指，在學生已有知識經(jīng)驗的基礎上，教師根據(jù)教學內容的特點提出的能提高學生的求知欲并在學生積極地思考后發(fā)現(xiàn)和提出問題的問題，簡而言之，元問題即為能引起問題的問題.由于教學過程中需要解決的問題是由學生自己經(jīng)過思考、分析后發(fā)現(xiàn)并提出的，所以也必將提高學生解決實際問題的興趣與動力，從而提高物理課堂教學的有效性.

例如，在“電場”的教學過程中，我們不是直接介紹電場強度、電勢能等概念以及電勢能的變化及其與電場力做功的關系等，而是先回顧重力、重新解讀重力加速度的物理意義，重溫重力勢能以及重力勢能變化與重力做功的關系，在此基礎上教師提出元問題：電場與重力場都屬于場的范疇，它們應該具有場的共同特點，遵守場的共同規(guī)律，那么，在研究電場時我們需要研究和解決哪些問題呢？在此元問題引導下，學生通過分析、討論，提出了在電場中需要研究的問題有：電場力、電場強度、電勢能等，雖然學生沒有系統(tǒng)的提出“電場”一章中所要研究的所有問題，但能將熟悉的重力場知識與其研究方法遷移到“電場”的學習之中，從筆者設計的學習目標來看，已經(jīng)是成功了.

2 思維引領下的“猜想與假設”

探究式教學就是要讓學生經(jīng)歷與科學家相似的研究過程，培養(yǎng)學生大膽地質疑并進行猜想假設的精神.科學的猜想應該是建立在學生已有的日常生活中的經(jīng)驗和對以前所學知識的深刻理解基礎上的，而非毫無思辨過程的信口開河.在物理教學過程中，應該規(guī)范學生的猜想，引導學生進行科學的猜想.通常認為，能夠講出理由的猜想或假設都認為是科學的猜想或假設.

例如，在高中物理“勻加速直線運動位移公式”的教學中，考慮到學生在學習此知識點之前，已具有了一定的研究物體運動的知識、方法和能力，所以我們采用了探究式的教學方式.在“猜想與假設”的環(huán)節(jié)中，學生們首先得到這樣一個共識：通過現(xiàn)有的公式是不能推導出勻加速直線運動位移公式的，只能借助于其他工具.那么用什么可以表示勻變速直線運動的位移呢？教師讓學生猜測，學生很快就想到了v-t圖像，并猜想該圖線與橫軸所圍的面積就表示物體運動的位移.當然，不同的學生有不同的理由：因為v-t圖像圖線與橫軸所圍的面積的單位與位移的單位相同；因為在勻速直線運動中，v-t圖像圖線與橫軸所圍的面積是表示位移的；因為圖像是表示物理規(guī)律的一種形式等等.我們認為，凡是能夠講出理由的猜想都是值得肯定的.

3 全面且科學地“收集證據(jù)”

在學生的分組實驗中，學生們只關心自己小組的實驗結果，甚至教師也只是孤立地分析各個小組的實驗數(shù)據(jù)，而常常忽略對各個小組數(shù)據(jù)全面的、相關聯(lián)的分析.有時對不同條件下的所有實驗數(shù)據(jù)進行全面的分析，可以讓學生對自己的實驗結論更可信、更科學.

例如，在“力的合成”的教學中，很多教師通常的做法是：先讓學生進行分組實驗，在學生得出兩個分力和一個合力的大小和方向后，再比較以兩個分力為邊作出的平行四邊形的對角線F′和合力的圖示F，最后得出在誤差范圍內，合力和分力的關系滿足平行四邊形法則的結論.

其實，僅僅從學生自己一組的實驗就得出這樣的結論，是不夠嚴謹?shù)?，也缺乏科學性.我們的做法是，對全班18組學生從實驗得到的F和F′關系，分別進行大小和方向上的統(tǒng)計，結果如表1、表2所示.

表1

表2

在表1中，F(xiàn)的大小與F′的大小統(tǒng)計：“大于”的有7組，“等于”的有4組，“小于”的有7組；在表2中，F(xiàn)的方向與F′的方向統(tǒng)計：偏左的有7組，相同的有3組，偏右的有8組.

根據(jù)誤差分析理論可知，在對全班學生實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、比較和分析基礎上，再得出力的合成遵循平行四邊形法則的結論具有更高的可信度.通過實驗數(shù)據(jù)的全面收集與共享，可使我們探究的結論更為科學.

4 信息技術輔助下的“分析論證”

將信息技術運用于“科學探究”中，可以使我們的結論更加嚴謹.目前，將傳感器和計算機等先進的技術手段運用于物理實驗，已經(jīng)是一種普遍現(xiàn)象.在“牛頓第三定律”的教學中，就可以將DIS系統(tǒng)用于探究作用力和反作用力的關系，通過兩個力傳感器對拉，得出兩個力隨時間變化的一幅對稱的圖形，學生通常從對稱的圖形中，就可以得出作用力和反作用力大小相等的結論，但僅僅從計算機屏幕上的觀看，就說圖形是對稱的，筆者認為，還是不妥的，至少是不夠嚴謹?shù)?

上課時，我們先將通過DIS得出的實驗圖像復制成兩幅，然后借助于Photoshop將兩幅圖像中的一幅旋轉180°，再放于一起進行比較.這時學生可以非常清晰地看到，兩條力與時間的圖線是完全重合的.

通過上述處理，學生不僅獲得了如何判斷對稱圖線的一種方法，而且從中可以讓學生認識到分析數(shù)據(jù)應注意嚴謹性.

5 讓學生充分的“表達與交流”

交流、討論的時機要選擇確當.不要一遇到問題就讓學生進行討論.有時“轟轟烈烈、暢所欲言”的場面往往會掩蓋“無深度、無內涵”的淺層次的思維活動.或者，“潛意識”的東西剛要暴露，就被“正確的”觀點壓下了，表面上，學生懂了，實質上模糊或錯誤的“前概念”卻得不到糾正.所以，為了不讓學生的思路跟著他人走，給學生一個深層次的思維撞擊，有時要推遲交流討論的時機.

例如，在“布朗運動”的教學過程中，我們將少量顏料溶于水中，讓學生用滴管取少量有顏料的液滴放于載玻片上，然后通過數(shù)碼顯微鏡觀察現(xiàn)象.對于觀察到的現(xiàn)象的處理，筆者的做法是，先讓學生將觀察到的現(xiàn)象寫出來，然后請課代表將學生的想法收集起來后再一一公布出來，學生描述觀察到的現(xiàn)象大致有如下幾點：分子在振動、微粒在運動、黑點在運動，分子在運動、顆粒在運動、微粒在抖動等.課代表公布一個現(xiàn)象，學生分析、點評一個現(xiàn)象，最后學生不僅知道了哪些現(xiàn)象是合理的，哪些現(xiàn)象是不合理的，知道了如何觀察以及如何用物理學的語言來描述現(xiàn)象，并且對自己錯誤的想法也有了深層次的反思與糾正的機會.

6 重視對結論的“反思與評估”

在探究結論的獲得中，現(xiàn)在教師有一種傾向，就是一定要讓學生總結出同課本中一樣的科學結論，否則，一定要引導和啟發(fā)甚至于親自包辦.這樣做的后果就是，在學生的心目中，一個物理規(guī)律的獲得也太容易了，從而形成了一種浮躁的，不夠嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度.

以高一物理“作用力和反作用力 牛頓第三定律”的教學為例，我們的學生僅僅通過兩個彈簧秤相互對拉一次，看一看兩彈簧秤的示數(shù)，或者通過兩個力傳感器對拉，看一看兩力與時間的圖像關系，就得出了“作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在兩個物體上”的結論，然后就認為，這就是牛頓第三定律了.在實際的教學中，筆者在學生總結出他們的結論后，讓他們將自己的結論與牛頓第三定律的內容進行仔細的比較，找出兩種結論表述的不同之處：牛頓第三定律的內容比我們得到的結論多了“總是”、“作用在一條直線上”，少了“作用在兩個物體上”.在此基礎上，再引導學生分析兩種結論差異的原因.原來，“總是”，就是普遍性，指出的是對任何性質的力，在任何時候、任何情況下都成立，說明了牛頓做了大量的實驗，反映了他科學的精神和嚴謹?shù)膽B(tài)度.“一條直線”是對方向相反的補充說明，可以看出，牛頓的研究更細致、更深刻；沒有“作用在兩個物體上”一句，是因為作用力和反作用力本身就是針對兩個物體而言的，所以可以省略，同時還可以使規(guī)律的表述更加簡潔.

通過比較、評價、反思，學生知道了牛頓研究的“嚴謹性”和“深刻性”，知道了我們的探究只是體驗科學家研究的一段經(jīng)歷，僅僅還是一種學習的方式.科學家深層次的思想，我們還需要進一步挖掘.從而通過探究對學生進行了一次科學精神和科學態(tài)度的教育，較好地完成情感、態(tài)度和價值觀教學目標的真正達成.

通過近多年以“科學探究”為抓手的物理課堂教學改革的研究，不僅有效地提高了學生的科學素養(yǎng)，還很好地促進了教師自身的專業(yè)成長.我們將不斷實踐，不斷總結，努力為物理課堂教學的改革做出更大的努力.