探究性学习是“综合实践活动”中最重要的一种形式。物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程,新课程标准将科学探究列入其中,是引导学生动脑动手,不断改进学习的策略和方法。通过学生自主的进行科学探究,是让学生掌握物理学的基本概念和基本规律,掌握进行科学探究的基本技能,能够培养学生勇于实践、敢于创新的科学精神。所以在物理教学中应用“探究式教学”模式显得尤其重要。
探究式教学模式一般由以下七个要素组成:提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、进行实验与搜集证据、分析与论证、评估、交流与合作。
一、 提出问题
在探究模式的教学中,“提出问题”就是要通过实验和实例,使学生能够发现问题,并提出要研究的课题。爱因斯坦曾说过:提出一个问题比解决一个问题更重要。我们为了让学生提高提出问题的能力,教学中应要求学生能够从日常生活、自然现象中注意发现与物理学有关的问题;要培养学生能用书面形式或口头表达形式表述出这些问题,要训练学生在学习过程中敢于大胆责疑,充分发表自己的意见和见解,以不断提高提出问题的能力。
二、 猜想与假设
“猜想与假设”就是通过集体思考、相互讨论,尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想,猜测问题可能原因和答案或提出科学假说。猜想与假设是使学生思维发散最为活跃的阶段,它使学生勇于开拓,具有创造冲动,有丰富的直觉和想象力。如果说逻辑是证明的工具,那么猜想就是发现的工具,真正的创意是不可抄袭的。一些科学家的成功表明,他们的创造力在关键时刻往往不是来自逻辑、推理,而是借助联想和灵感,也就是直觉和想象力。因此,教学中要让学生能够充分认识猜想与假设对科学探究中的重要性。
三、 制定计划与设计实验
“制定计划与设计实验”是为了检验猜想与假说的是否正确,去设计整个的验证过程。要求学生能够明确探究目的和已有条件,尝试选择科学探究的方法及所需要的器材。经历制定计划与设计实验的基本过程。能够考虑影响问题的主要因素,并有控制变量方法的初步意识,能够让学生充分认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用。
四、 进行实验与搜集证据
“进行实验与搜集证据”就是指按照制定的实验方案,去进行实验操作过程,并对实验现象、数据进行观察记录。
当然,“搜集证据”也可以收集日常生活中的有关实例,或查阅有关的资料,公共信息资源,如图书馆、阅览室、科技馆、博物馆、展览馆、广播、电视和互联网等,也是学生搜集数据或者证据的有效资源。因此,学生在制定计划时就应当根据探究的问题与目标,决定采用什么手段收集信息,到何处收集信息,收集什么信息等。
采用观察与实验方法收集信息,要明确收集信息的时间,知道是在哪一个时刻或哪一段时间内记录有关信息。做到在预定的时间观察预定的目标,收集预先所关注的信息,同时要具有捕捉意外的信息的意识和准备。实验数据的收集,除了应该具备观察收集数据的基本要求,还必须具有初步的实验操作技能,会使用简单的实验仪器和测量工具,能测量一些基本的物理量。
五、 评估
“评估”这一环节是让学生对上面的探究过程进行反思与评价,让学生注意假设与探究结果间的差异,找出成功与不足,从而为今后的探究提供经验。教学中要注意探究活动中未解决的矛盾和发现的新的问题,要能够尝试改进探究方案,并从评估中吸取经验教训,从而让学生正确认识评估对科学探究的意义。
通过对科学探究过程的评估,从中扬长避短,不仅使本探究课题的方案直接得到了改进,而且在评估和改进方案的过程中,增长了知识,提高了相关技能,为今后对类似课题探究方案的优化奠定了较好的基础。在关注探究结果和探究假设的差异的过程中,在关注探究过程未解决矛盾的过程中,将会涉及探究方案中没有考虑到的问题,这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。
“评估”还有利于学生养成严谨的科学态度。它对探究行为和获取信息的可靠性、科学性从严密的角度重新审视,它需要学生从更全面的角度来思考和认识问题,这将促进学生用严谨的态度来进行科学探究。这不仅可以考查学生对实验过程和概念规律的理解,更有利于培养学生的评估、质疑和创新能力,有利于发展学生的批判性思维。
在“评估”过程中,还有可能引出新的发现,在关注探究过程未解决矛盾的过程中,将会涉及探究方案中没有考虑到的问题,这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。如在19世纪末,英国物理学家瑞利在精确测量各种气体的密度时,发现由空气中取得的氮的密度和从氨中取得的氮的密度有非常细微的差别,虽然多次重复测量,但仍然存在这个令人奇怪的差异。后来他在和化学家拉姆塞的合作下,于1894年在从空气中取得的氮里分离出另一种当时还不知道的气体“氩”,这个谜才解开了。原来,氩的密度较大,空气中的氮混有少量氩,它的密度就比从氨中取得的纯氮的密度稍大。这是科学史上一个很有名的故事,它说明在科学实验中的“评估”环节是非常之重要。
六、 交流与合作
“交流与合作”就是指让学生准确表达自己观点的意识,写出简单的探究报告并进行相互交流,以能取长补短,改进探究过程,以便对探究结果进行推广和应用。要求我们在教学活动中要让学生做到能思考别人的意见,改进自己的探究方案,注意既坚持原则又尊重他人。要发扬团队精神,能够充分认识科学探究中必须有合作精神。
当然,要想上好一节探究课,最重要的是先确立探究的能力目标,也就是明确通过这节课,重点要培养学生的哪些能力,再考虑通过哪些手段、方法来达到既定目标。这就要求我们的老师要根据这节课内容的作用和地位,结合学生实际、实验条件、具体的探究问题等进行相应的组合,可以改变顺序,也可以在探究的几个要素中做出适当取舍,要用课堂上有限的时间,去有效地落实这些能力目标。