探究,當擇其適──初中物理探究性學習感悟
王武松
摘要:新一輪國家基礎教育課程改革的一個重要而具體的目標,就是要改變至今仍普遍存在的學生被動接受、大運動量反復操練的學習方式,倡導學生主動參與的探究式學習。探究既是科學學習的目標內容,又是科學學習的方式。親身經歷以探究為主的學習活動,是學生學習科學的主要途徑。向學生提供充分的科學探究機會,使他們在像科學家那樣進行科學探究的過程中,體驗學習科學的樂趣,增長科學探究能力,獲取科學知識,形成尊重事實、善于質疑的科學態度,了解科學發展的歷史。 學習方式決定了一個人的思維方式,最終會成為一個人的生活方式。對“主動、探究、合作”學習方式的倡導,充分體現了課程改革“以人為本”的思想,著眼于學生的充分發展。探究性學習能突出學生在教育中的主體地位,為學生提供自由活動的空間,優化學生的智能結構,在當前,它代表了教育改革的方向。那么,什么是探究性學習?學生在教師的指導下,從社會科學和自然科學發現某個問題或專題,用科學探究的方式、方法去認識問題,獲取知識,以達到問題的認識深化或者最終解決,這就是探究性學習。在探究性學習中,研究方案的確定,資源的開發利用,合作者的確定均由學生自主解決。 關鍵詞:探究性學習 探究內容 探究形式 探究策略 探究載體 20世紀80年代以來,以探究性學習為基礎,重構基礎教育課程成為世界各國課程改革的突出特點。一個共同的作法是,不僅將探究作為一種學習方式,而且將探究作為課程的內容標準。我國基礎教育課程改革將變革學習方式、倡導探究性學習,放在了突出的地位。對“探究性學習”的研究成為了“課改”中的一個亮點,本文僅從探究性學習中,對探究的內容、形式、策略及實驗手段等方面,作以初步探討。 一、探究性學習,要選擇合適的探究內容 (一)物理教材內部可以選擇的探究內容 物理是一門以實驗為主的基礎性學科,物理研究的是關于力的、聲的、熱的、光的、電的現象,找出它們發生的原因,并研究怎樣利用它們來為人類服務。在課本上,很多實驗或問題的探究本身就是一個探究性學習課題,下面我列舉一些義務教育階段初中教科書(人教版)出現的可選用的探究性課題:
類 別
課 題
實驗
如何利用刻度尺和三角板測出硬幣的直徑
小實驗
用自制的卷尺測量身高,要求比較起床后和臨睡前的身高有何不同。
小實驗
用燒瓶和鈴鐺做真空不能傳聲實驗
小實驗
紙鍋燒水
小實驗
制作針孔像機和潛望鏡
習題
用手電筒和平面鏡白紙做漫反射和鏡面反射實驗
小實驗
自制平行光源和磨制冰透鏡、研究物體的顏色
小實驗
自制天平和量筒
小實驗
橡皮筋測力計
小實驗
筷子提米,巧找重心
小實驗
個人對地面的壓強是多大
小實驗
觀察大氣壓強隨高度的變化
小實驗
自制潛水艇模型和密度計
小實驗
研究自行車的構造
小實驗
比比誰的功率大
這些小實驗,都是課本提出來可供學生進行探究學習的。讓學生進行探究性的學習,可以使學生在經過自己的一番努力之后,嘗到成功的喜悅。 此外,初中物理教材適于開展研究性教學的內容還有: 物質的密度;熔點;沸點;物質的溶解;勻速直線運動;力;力的測量;二力平衡;壓力與壓強;液體的壓強;大氣壓強;聲音的發生與傳播;光的反射;平面鏡成象;透鏡;導體和絕緣體;電阻;歐姆定律;電流的磁場;質量守恒定律;比熱;電功;電熱器等。 物理學科的主題是物質和運動,遷涉到物質的特性、機械運動、聲和光現象、電磁運動、物質結構、功和能等方面的內容。長期的傳統教學過程,過于注意知識的邏輯,而輕視了學生的心理特點;過于強調人類的成功經驗,而忽視了學生的個人經驗。長此以往就造成了學生對生活中的自然現象感到陌生,掌握的知識與生活實際嚴重脫節的現象。研究性學習就是學生基于求知的需要,在教師的引導下,運用自己的思維和行動親自獲得知識的一種創造性活動。 鑒于教學課時和教學內容的原因,在每一課時都開展典型的、完整的研究性模式進行教學是不現實的,也是不可能的。但我們可根據教學內容采取部分研究或多種研究形式進行教學是可行的。如一些概念的建立既是教學的重點又是教學的難點,采用平鋪直敘的傳統教法,可能會使學生感到枯燥,對概念的理解片面、不深刻,造成事倍功半的結果。因此,對一些概念的教學,比如密度、力、壓強等抽象概念的建立主要采用以一定感性實驗為基礎的思維研究方式,利用已有知識和經驗,步步為營,層層深入,讓學生建立起清晰、深刻的概念,理解概念的精髓和內涵。而對一些自然現象或自然規律的教學,比如二力平衡、凸透鏡成像規律、歐姆定律等內容的教學宜采用讓學生分組進行系列實驗,通過研究實驗促進學生對科學知識的“動態建構”,即讓學生在“做中學”。在這種研究教學方式中,以實驗研究為主,教師的任務是為學生創設情景,啟發學生思考,引導學生在實驗研究中不斷地質疑和釋疑,從學會并進而走向會學。 有些課題適于部分研究;因為這些課知識容量相對較大,沒有充足時間進行全面研究,還有些知識屬于介紹性的,宜用講授,討論法進行教學。以《電功》為例,電功的涵義、電功的單位、公式運用等用講授法“影響電功大小的因素”可當作未知規律采用研究法教學,其過程:(1)提出問題(老師提出):電流做功與哪些因素有關?(2)引導學生猜測:可能與電壓、電流、電阻、通電時間等因素有關。(3)學生設計實驗(電路圖),要求明確設計思路(控制變量法)。(4)動手實驗。(5)得出結論:電功大小與電愿望、電流、通電時間有關。通過本節課教學使學生掌握知識,同時更注重研究能力的培養,明確控制變量法在科學研究中的重要性。 (二)物理學與其它學科的交匯點 由于物理是自然科學的基礎學科之一,它與其他學科的交匯點有許多可供研究的課題。這也與當前的跨學科綜合不謀而合。例如,我們可以讓初中學生適當的利用互聯網資源優勢,由老師布置題目,如:21世紀的交通、航天技術的發展、空間技術和我們的生活等為題。讓他們自己去尋找資料,自己研究,從而寫出這些方面的小論文和自己對未來的設想。 (三)物理學科與新技術的交匯點 科技發展日新月異,但總離不開物理學的基本原理,在講授第一章測量,講到納米這個單位,我們可以借機介紹一下納米技術。并建議同學們努力學習本領,立志探究這一高科技領域。 (四)物理學與社會生活的交匯點 學生學習了第三章噪聲之后,知道了人類的四大公害:水污染、噪聲、大氣污染和固體廢棄物污染,只有人人遵守社會公德,共同保護環境,我們的家園才會藍天碧水。這時教師可以向學生布置課題:①研究我們家鄉南河的污染情況;②我們學校有哪些噪聲;③我們平常有哪些對環境污染的不良習慣;④農村對垃圾的處理的方式科學嗎?等。 (五)物理學與生活的交匯點 物理是一門實踐性很強的學科,探究性學習應成為聯系物理學和日常生活的紐帶。如吹肥皂泡,細心的人便會觀察:肥皂為什么是球形的,吹出后為什么總是先升后降,為什么有時無色,其至是暗淡的?所以在學習了《光的反射與折射》后可讓學生以肥皂泡為題,讓學生感到物理學與生活息息相關;又如,學習了物質間的三態變化后,學生就能解釋露珠、霜、大霧、冬天人呼出的“白氣”到底是不是水蒸氣,等形成的原因。 二、探究性學習,要選擇合適的探究形式 (一)課堂教學過程中通常選擇的探究形式 1、發現式探究。主要過程是:教師提供相關問題情景──引導學生提出問題或猜想──設計解決問題或驗證猜想的方案──實驗操作──討論、歸納與反思。發現式探究學習常用于一些重要的概念、規律課的學習,如“平面鏡”一節,用多媒體或實驗提供一個情景,蠟燭在平面鏡前可以成一個像,然后提問“怎樣確定像的性質呢?”引導學生提出猜想;然后每組提供兩支相同的蠟燭,一個玻璃板,一張畫有方格的白紙三塊粗糙層度明顯不同的木板,一個小車,一塊可固定在木板上的斜面,讓學生操作;然后讓學生分組討論實驗結果;最后引導學生對實驗操作與結論進行反思,鼓勵提出新的問題,如“能有沒有摩擦的平面嗎?”或者“沒有摩擦的平面上小車還能走嗎?”等等。 2、接受式探究。主要過程是:教師提供有關知識和背景材料──操作或討論──得出結論──應用反思。接受式探究學習主要用于陳述性知識的學習或操作技能的學習,如“質量”一節,教師講解“一把鐵錘比一個鐵釘含的鐵多,一條木船比一把木椅含的木材多,那么一個物體里所含的物質有多少用什么來表示呢?”然后指導學生看書、天平掛圖與天平實物,讓學生分組討論天平使用的順序和天平使用的注意事項,得出使用順序與注意事項都是科學的必然要求,最后進行作業。接受式探究的顯著特點是讓學生主動的接受知識。 3、混合式探究。它是指在某些環節是接受式探究,在某些環節是發現式探究。如“機械運動”一節,用接受式探究學習“運動的普遍性”:組織學生閱讀教材“?”中的小故事,提出探究問題,“怎樣才能回答這個大問號呢?”指出教材中有現成的答案,讓學生閱讀教材第一、第二自然段,進行討論、歸納,自主解決問題。用發現式探究學習“運動的相對性”:讓學生觀看書上插圖,提出探究問題,“為什么司機說乘客‘沒動’,而路旁的孩子說動得‘真快’?”讓學生對問題提出猜想,引導學生設計出小實驗,如把課本平放在桌面上,課本上放一把尺子,推動課本沿桌面緩緩移動,讓學生思考和討論,分別以桌面、課本、尺子為標準,觀察其它二者的運動情況,學生很快認識到“相對不同的標準,物體運動和靜止的情況是不同的。” 課堂內的探究式學習的共同特點是:以問題帶動學習,學生的主體地位得到真正體現,積極主動的學習代替了被動的強迫學習。課堂內探究性學習成功的關鍵是:教師善于從教材、社會、學生身邊的生活中挖掘出學生感興趣,符合學生現有知識水平,學生通過努力能夠解決的問題。 課堂內探究式學習的必要條件是:提供問題解決所需的材料,如實驗所需的各種器材。 (二)課外活動中通常選擇的探究形式 1、探究性小實驗與小制作 物理科學是一門以實驗為基礎的自然科學。教材中有許多驗證性實驗,課堂上完成這類實驗,學生按部就班完成實驗步驟就行了。為提高學生的探究能力,可以提前向學生提出要求,在家庭把驗證性實驗變為探究式實驗完成。如初二物理一開始講“測量”則向學生布置測量任務,如自制牛皮紙的卷尺,并用期測量象棋子的周長、厚度、直徑,或重慶到北京鐵路全長等。學生不知道結論,沒有現成的實驗設計,需要學生自己去探尋結論。再如學生自制橡皮筋測力計,由于提供給學生的橡皮筋長短不一致,測力計刻度也就有差別,這必定引發學生的新問題,為學生的創新埋下種子,為拓寬加深教材和培養能力提供契機。課外探究性實驗與制作的特點是:學生自主性強,時間、空間相對充足,學生親自參與設計實驗過程,進行實驗觀察,并對實驗結果進行綜合分析研究,充分發揮學生“五官”的作用,使他們真正做到“四到”:手到,耳到,口到,腦到。
2、專題探究活動
《物理課程標準》中要求,“從生活走向物理,從物理走向社會”,開展專題探究活動可以讓學生感受“物理學對物質文明的進步,對人類思維發展產生的不可或缺的作用”。可以根據教材提供的物理實踐活動的參考課題,也可以根據學校所在地的環境、現實,提出需要解決的問題,把學生分成小組,讓他們自己提出解決專題的方案,自己調查、實驗、上網收集信息,自己得出結論,自己對結論進行反思、評價。專題探究要有成效應做到三點:其一,加強教師的指導作用,首先教師要預見學生小組能否完成專題探究,在完成專題研究的過程中將會出現哪些困難,有針對性的作專題講座;其二,采取多種活動形式開展專題研究,初中學生對新事物有著極大的興趣和好奇心,但其維持時間較短,因此不斷的變化活動形式,可讓學生保持興趣和熱情;其三盡量用學校和家長資源來開展研究,這樣可避免可能發生的一些問題。
3、開展科普講座
培養學生關心科學技術的新進展和新思想,讓他們了解自然界事物的相互關聯,樹立科學觀,開展科普講座是最有效的方法。科普講座能夠調動學生對自然、社會廣泛的興趣,作科普講座既可是教師,也可是學生在教師的指導下,向同學介紹自己最感興趣的科普知識。
課外探究性學習應充分應用計算機英特網,例如美國科學教育網(www.sedu.org.cn)上的“美國科學教育課程教材”,該教材上提供的許多探究課題都非常適應我們的初中學生,如“電路出了什么故障”,“負荷重量的交通工具的運動”等等。
三、探究性學習,要選擇合適的探究策略
(一)創設學習情景,激發探究興趣
興趣是一個人最好的老師,是進行探究最直接的動力。教師可以從學生的生活經驗、經歷中,或從社會關注的與物理教材中有關問題中選擇探究性學習的內容,引發學生的好奇心,并引導發現問題,造成懸念,激發學習的內在動力。創設情景常見的方法是:用好教材中的“?”,生動的小故事,多媒體展現的動畫,電影片斷,新奇的演示,學生代表的小制作、師或生講述有特色的某種經歷等等,都可讓學生處于探究的情景中,都能大大激發學生的探究興趣。
(二)任務驅動,合作探究
這里的“任務”對學生來說就是“作業”,不過不是我們平時所說的作業,它的突出特點是對學生具有實際的意義,是學生最近關心的問題,能夠引發學生主動探究的欲望。例如在初二上了引言課后,把學生搭配組成小組,對各小組布置任務“用盡可能多的方法測量一個象棋子的體積,下周評比哪個小組的方法多。”由于馬上要學測量,學生非常關心,加上與學生的生活非常接近,又要評比,學生的探究積極性高漲。
(三)加強過程指導,教會探究方法
探究性學習的目的是使學生真正參與探究過程,從過程中獲取具體經驗和方法訓練。因此探究性學習必須強調過程指導:實驗觀察現象,就要指導學生觀察的方法與技巧,提出具體要求,如:學會局部觀察、整體觀察,學習對比觀察、轉換觀察;使學生養成自覺觀察自然現象和物理現象的習慣,能制訂觀察計劃和表述觀察結果,能通過觀察提出質疑;實驗操作,就要指導學生用正確的操作順序完成實驗,理解這個操作順序的科學依據;收集信息,就要指導學生如何登陸英特網,提供相關信息所在網的網名等等。
(四)注重探究實效,享受探究樂趣
現代教育學研究表明:學習的成功率越高,快樂感越強;快樂感越強,則學習的成功率越高。因此,我們應當采取多種方式,保證學生的有效探究,使學生享受探究的樂趣,以建立“成功—快樂—成功”的良性循環機制。就課堂教學而言,主要從三方面入手:一是重視課前準備,如演示實驗事前演示一遍、自制課件拷貝入硬盤并演示一遍等等,有效的問題解決是以堅實豐富的知識儲備為基礎的,舊知識是學生探究性學習的前提;二是精心組織學習材料,學習材料的簡繁和難易直接影響探究性學習的效果,如果學習材料過難,前后沒有連貫意義,學生的探究學習就無適當的收獲,因此,教師提供的材料必須要經過精心選擇和組織;三是適當指導,探究性學習突出了學生的主體地位,學生主動學習的空間更廣闊了,但并不意味著要弱化教師的主導地位,教師仍然是學習的組織者,因此適當的指導是必要的。教師的指導宜少而精,過多會束縛學生的思維,制約學生的手腳。
(五)培養創造性思維,升華探究能力
探究性學習的過程,伴隨著創造性思維訓練過程,學生的主動學習,學生在情景中的好奇心,學生的問題以及問題解決的過程,都發展著學生的理論思維、直觀思維、傾向思維、聯想思維、形象思維、邏輯思維、發散思維和集中思維,這些思維形式都屬于創造性思維,是創新精神的內涵。因此在探究性學習的過程中,教師要把訓練學生思維的流暢性、變通性、深刻性、獨特性等思維品質擺在重要地位,教師應保護探究過程中學生的好奇心,鼓勵學生大膽質疑,大膽類比、大膽猜測,大膽假設,大膽發表自己的不同見解,始終維護著一個自由的探究氛圍,小心的喝護著學生創造性思維的發展,使學生的探究能力最終升華為創造能力。
四、探究性學習,要選擇合適的探究載體
進行探究性學習,教師要根據探究學習的目標體系,積極探索培養學生科學探究的能力,促使學生積極主動地參與到對知識、對問題的探究之中。教師還應及時地反饋教學信息,注意收集、整理第一手材料。通常可以采取的作法是:以“課例研究”(課堂教學)、課外活動、科技活動為載體,結合日常生活、專題研究會等形式展開研究:
1、以“課例研究”(課堂教學)為載體,構建“探究性學習”的框架和模式。
課例做為一種載體,是因為教師最多的教育科研活動都是通過課堂教學這一基本形式進行的。課題組的每一個成員都注重更新教育觀念,在平時的每一節課堂教學中、在學校乃至縣、市級組織的各項課堂教學活動中,都有意識地把“探究性學習”的思想滲透其中,做到在講課之前,把所講的課例在課題小組內交流討論,講課之后,小組內再次交流反饋,共同研討如何更好地在課堂教學中應用和落實“探究性學習”的思想。
一年以來,我們對初中物理的概念課、實驗課、規律課、討論課、習題課、復習課、講評課的探究性學習都進行了實驗。結合不同的課型,在教師的指導下,采取不同的探究方式,或采用發現式探究,或采用接收式探究,以努力實現滿足學生的求知欲,使之了解身邊的世界,培養科學的思維能力,鍛煉問題的解決能力、合作和交流能力,培養科學精神與態度,初步習得科學方法,并逐步獲得對科學探究本質的理解。
通過一節課堂教學的實驗,通過一個個“課例”的研究,我們認識到,盡管學生沒有精密的儀器以感受電和磁的奧妙,沒有電子顯微鏡來探究無限微小世界的秘密,人們也并不期望他們對物質有什么新發現。但是,學生照樣可以自發地或在教師指導下探究這個世界的奧秘。教師在指導學生探究時,尤其要注意引導學生通過直接參與探究過程,并通過自己的反省與思考,從親身體驗中獲得對探究特征的深刻認識,以及深刻理解探究是怎樣導致科學發現的等一系列與科學的本質有關的問題,學習到那些具有廣泛遷移價值的,在學生生活中和走向社會后也能有所啟示和運用的共同的方面,如科學探究的基本過程、基本的科學思維方法等。
2、以“科技活動”為載體,強化“探究性學習”的活動性特點。
科技活動課以其靈活性強、自主性強、中心突出等特點,在“探究性學習”的實驗研究中占據了重要地位。
在“科技講座式”的科技活動中,我們結合時事、國情、校情及學生的認知水平,擬定范圍,提出問題,而學生則通過書店、圖書館及互聯網等途徑查閱相關資料,自主探究,并通過交流與合作,寫出一篇篇各具特色的講稿。
在“科技晚會(表演或競賽)式”的活動中,學生用自選或自制的器材表演課外小實驗和自己設計的小實驗,在表演的準備與實驗過程中,有探究、有交流、有合作,充分體現了學生的自主探究意識。
在“科技制作式”活動中,通過教師的啟發、指導及適當的點撥,激發學生的探究熱情,學生自備工具、材料,自己動手動腦,設計制作科技模型、教學儀器或精品玩具等。如學生從電視是了解到我國的神州五號勝利上天并返回后,對我國科技的發展進步自豪不已,自發地上網查詢相關資料,了解火箭升空原理,并制作出以水為動力的“水火箭”,其探究意識令老師們贊嘆不已。學生還自主設計制作了如“潛水艇”、“水平器”、“噴氣式飛機”等科技模型,辦起了“科技小報”,開展了多種形式的科技活動。
在“調查訪問式”活動中,教師們通過啟發點撥,設置情景,師生共同對如“噪聲的危害與控制”、“家鄉和家庭用電現狀及安全隱患”、“縣化肥廠的能源使用情況”、“噴灌技術在菜地中的使用”等提出問題,對解決問題的方法進行猜想、假設、設計,進而走進社區、走向社會,自主地調查、研究,使探究活動真正從生活走向物理、從物理走向社會。
關注科學、關注社會、關注人類自身,這是“科學探究”的根本出發點,通過“參觀學習式”的活動,走出學校,到工廠、電站、科技館等科技含量高知識密集區參觀學習,從而深刻領會“探究性學習”對人自身發展、對社會發展的重大現實意義。
3、以“課外活動”為載體,拓寬“探究性學習”的實驗渠道。
在“從生活走向物理,從物理走向社會”的思想前提下,我校教師普遍關注學生在課內外的發展。我們開展了各種各樣的課外活動,并要求學生堅持寫“物理與生活”為主題的周記。學生在周記中提出了許許多多問題,教師們都抱著一種高度負責的態度認真對待。盡管有些問題顯得有些幼稚、簡單,但卻反映出學生對未知世界強烈的探究心理和渴望,老師們不是簡單的嗤之以鼻,或一答了之,而是盡可能充分地傾聽學生的想法,洞察他們這些想法的由來,并鼓勵學生或向教科書,或向圖書館、互聯網求助,在學生之間相互交流和質疑,了解彼此的想法,以此為根據,引導學生彼此豐富和調整自己的理解。
4、請進來、走出去,邊研究、邊交流,促進“探究性學習”的實驗向縱深發展。
在進行“探究性學習”的實驗研究過程中,我校教師不是孤立地閉門造車,想當然地進行實驗,而是采取“請進來、走出去,邊研究、邊交流”的方式進行實驗。我們請市縣教研室領導來我校開專題研究會,聽專題研究課;請外校老師來我校講專題研究課;再利用機會把骨干教師派出去參觀學習,回校匯報交流,不斷提高我校教師的研究水平。
結語:
在物理課程中,科學探究既是學生的學習目標,又是一種重要的教學方式。作為目標,基礎教育階段的科學探究是一種精心設計的,為培養學生的科學探究能力服務的教學活動。作為一種重要的教學方式,要求學生經歷與科學家進行科學探究相似的過程,深入理解、掌握物理學的知識與技能,體驗科學探究的樂趣,學習科學家的科學探究方法,領悟科學的思想和精神。我們在進行探究性學習中,只要真正領悟到課程改革的實質性目的,選擇合適的探究內容、探究方式、探究策略及實驗手段,我們的物理教學就一定能夠為實現課改的宏偉目標──“為了每個學生(人)的全面發展、為了中華民族的偉大復興”做出自己應有的貢獻。