初中物理“科学探究”教学

初中物理“科学探究”教学

四川省彭山县教研室　万永飞　四川省彭山县二中 张敏

　　《全日制义务教育物理课程标准》(以下简称《课标》)首次将科学探究作为学生的学习目标(内容)与重要的教学方式之一列在内容标准中，“旨在将学习的重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神”。《课标》和新教科书已经将过去教学中的许多演示实验和学生实验，明确写为学生的探究活动，如学生实验“观察水的沸腾”变为“探究水的沸腾”，演示实验“观察平面镜成像”变为“探究平面镜成像的特点”，演示实验“电流跟电压、电阻的关系”变为“探究电阻上的电流跟电压的关系”，“阿基米德原理”的演示实验变为“探究浮力的大小等于什么?”等等。

　　通过两年的课改实践，物理教师已经对科学探究有了一定的认识，多数教师能够较好地组织学生开展科学探究，但同时在实验过程中我们也发现科学探究的教学还存在较多的问题。

　　一、对科学探究的认识问题

　　有较多的教师没有认真学习《课标》，不能很好地用物理课程理念指导自己的教学，对内容标准的学习不落实，因此对科学探究的作用和地位认识不清，主要表现在：

　　1.对科学探究的内涵认识不足，甚至认为科学探究就是做物理实验。内容标准中的科学探究是指在教师的指导和启发诱导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以现行的物理教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种科学的教与学组织形成，它即是物理教学的内容，也是物理教学的重要方法之一。物理是一门以观察和实验为基础的自然学科，物理实验是人们为了检验理论、发现问题、解决问题而进行的有目的的创造性的实践活动，它是物理课程的重要组成部分，也是物理教学的重要方法之一。显然，科学探究的过程一般包含了物理实验，但并不等同于实验。

　　2.对科学探究中的能力培养不明确。科学探究活动重在培养学生的科学探究能力，包括：初步的观察能力、初步的提出问题的能力、初步的信息收集能力、初步的信息处理能力、初步的分析概括能力、初步的信息交流能力。而物理实验教学重在培养学生的基本技能，在课程目标的 “知识与技能”中明确提出了学生通过物理实验教学应达到的目标：“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。会记录实验数据，知道简单的数据处理方法，会写简单的实验报告，会用科学术语，简单图表等描述实验结果”。

　　3.对科学探究的过程认识不清。物理学是一门实验科学，所以科学探究一般也是以物理实验为基础的，它由提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等七个要素构成，而这七个要素的结构关系是环环相扣，彼此促进的。在学生的科学探究过程中，可以涉及全部或部分要素。

　　二、科学探究教学中的问题

　　1.不重视对教材的学习分析。新教材根据《课标》的要求，将以往教材中较多的学生实验和演示实验改为科学探究，这些改变的目的是什么?在教学中如何体现等问题，教师在课前需要认真的分析理解。

　　2.科学探究的组织问题。由于教师在认识上的不足，在教学中首先面临的就是组织问题，较多的教师只是将学生进行了分组，然后按要素进行探究活动。科学探究是学生在自主学习基础上的合作学习，因此如何要充分发挥小组各成员的作用，让学生进行有效的合作，是我们必须研究解决的重要问题。

　　3.重视探究要素，轻学生探究行为的体现。教师在教学中比较机械的按照科学探究的七个要素进行，但对学生在各要素中的行为并不重视，如在“提出问题”环节中，如何启发引导学生根据材料、自己的经验等提出有价值的问题，如何通过讨论确定探究的问题等。另外在不同的学习阶段，根据不同的探究内容，适当突出不同要素的探究活动，如在初期应通过创设问题情境，精彩导入，重点培养学生提出问题的能力，到九年级应重点培养学生的科学合理的猜想与假设能力和评估的能力。

　　4.对科学探究能力的培养，重视某方面的结果而不是过程。如“信息收集能力”的培养，教师往往重视学生收集了什么信息，而不重视学生是如何收集到这些信息的;如“提出问题的能力”的培养，学生往往会提出较多的问题，但与学生的知识、经验和教学的内容相关且有探究价值的问题不多，这与教师不重视如何创设问题情景，启发学生提出探究的问题的过程有较大关系。

　　5.过分强调结论的正确，不重视探究的过程。在教学中教师和学生都比较重视能否得出正确的结论，因此对学生在各过程中的行为关注不够，造成学生探究能力培养的不落实，忽视科学态度、科学方法等的教育。为了让学生充分体验探究的过程，要注意不要为了赶时间而在学生还没有进行足够的思考、操作、分析时就草率得出结论，而应该安排足够的时间让学生就各种想法、各种观点进行充分的交流和讨论，同时一定要给学生尝试错误的机会。

　　6.在探究过程中教师的指导不当。一方面，教师指导过度，学生无法实现真正意义上的自主学习和自主探究;另一方面，教师指导不到位或完成放手，学生的探究和学习活动杂乱无章，盲目无序，从而无法完成学习任务。在学生探究活动中，教师应该明确自己的作用，何时介入，如何指导，何时提供背景资料或信息，提供什么信息等，真正把自己定位于学生学习的组织者、引导者和合作者这一角色。

　　7.不重视对科学探究的评价。教学评价改革是课程改革的重点内容，教师对学生的探究过程的评价中的问题，一是没有进行评价;二是评价不及时;三是评价方法不正确;四是评价方式单一，如只有教师对学生的评价，而没有自我评价和学生间的相互评价等，因此没能充分发挥评价的激励和促进作用。

　　科学探究作为新增的教学内容，同时作为一种旨在转变学生的学习方式，培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神的教学过程与方法，教师如何组织学生开展科学探究，实现教学目标，这对教师的教学提出了较高的要求。下面以人教版物理教科书八年级(下)第六章第四节《欧姆定律》为例，谈一谈我们的一些做法。

　　一、认真阅读《课标》，确定教学目标，分析和对比教材的变化并结合学生具体情况确定教学的重、难点和教学方法等

　　《课标》明确要求：通过实验探究电流、电压和电阻的关系，理解欧姆定律，并能进行简单计算，体现了三维教学目标。而原《教学大纲》要求：掌握欧姆定律，知道导体中的电流决定于导体两端的电压和导体的电阻;能熟练地运用欧姆定律分析解决简单的电路问题。仅对知识与技能方面作了要求，相比之下，新《课标》更能突出“以人为本”的思想，虽然在知识与技能方面降低了要求，但更强调学生多方面的发展，更加突出过程与方法，更加注重合作、交流等新的学习方式和注意学生科学世界观的形成。

　　教材方面，原教材此内容放在初三学习，第一节直接运用“控制变量法”利用演示实验研究“电流跟电压、电阻的关系”，第二节在以上实验结论的基础上学习应用欧姆定律，显然这种学习方式使学生很被动，新教材将此内容放在了初二(下)，欧姆定律编排在学生学习了电流、电压、电阻等概念，电压表、电流表、滑动变阻器使用方法之后，它既符合学生由易到难，由简到繁的认识规律，又保持了知识的结构性、系统性。欧姆定律作为一个重要的物理规律，反映了电流、电压、电阻这三个重要的电学量之间的关系，是电学中最基本的定律，是分析解决电路问题的金钥匙。欧姆定律是电学中的教学重点，也是初中教学内容的重点之一。在整个电学中起承上启下的作用。教材先安排探究：“电阻上的电流跟电压的关系”，让学生完整地体验对一个问题进行科学探究的全过程，再由学生讨论、概括，师生共同归纳，总结出欧姆定律，并能正确表述和理解欧姆定律，学会用数学公式表述物理规律，能进行简单的计算。教材把这两个内容合成一节，但根据《课标》的要求和实际情况，仍然要用两节课的时间完成，这里着重谈第一个内容即科学探究的教学。

　　根据所教学生认知事物的特点及已有知识的经验，确定教学的重点：设计实验与进行实验、分析与论证;难点：分析实验数据得出结论以及评估。

　　根据本节课的特点，学生应通过讨论、交流、合作，提出探究问题，完成探究过程。由学法定教法，教师要创设问题情境，采用引导法、讨论、交流等教学方法，让学生最大限度地参与探究的全过程，使教师的主导性和学生的主体性有机地结合。

　　二、课堂教学设计思路及实施过程

　　1.设置情境，激发疑问。学完《电阻》后，布置了与本节探究有关的预习作业，即让学生小结前面学习的电路中三个基本物理量：电流、电压、电阻，想一想它们之间有什么关系?这样处理为本节探究作了一个铺垫，不致让学生感觉很突然。上课一开始向学生展示：一个灯泡接一节电池和接两节电池亮度的对比实验。根据此情境，让学生归纳出：电压是形成电流的原因，由此可知在导体两端的电压越高，通过它的电流越大;同时联系实际，分析家庭电路100W的灯泡比40W的灯泡亮的原因，让学生意识到：电阻是导体对电流的阻碍作用，由此可知，导体的电阻越大，流过它的电流就会越小。既有课前的准备，又有课时的情景设置，引导诱发学生的探究欲望，自然进入状态，培养学生的观察能力和分析问题的能力。三个物理量的定性关系有了，教师顺势诱发学生提出问题：如果知道一个导体的电阻值和加在它两端的电压，可否计算出它的电流呢?即：电流与电阻、电压之间有什么定量关系呢?这是培养学生的科学态度和敢于提出有价值的问题的勇气。

　　2.各抒己见，大胆猜想。提出探究课题后，鼓励学生大胆猜想，在这里，不管学生怎么猜，首先应鼓励，特别是初二的学生，在具体实施过程中，学生很踊跃。我鼓励他们展开想象的翅膀吧，而后用朋友式的口吻说：你们能说出猜想的理由吗?对这一问题，很多的学生都不知如何回答(在期末考试题中，这一问的得分率也是最低的)，要么沉默，要么答的不着边。于是教师引导学生将此问题与所学的知识和已有的认识相联系来作答，并告诉学生，猜想和假设也应该有根有据，合乎情理，这样可以在探索真理的路途中少走弯路。

　　3.合作交流，设计实验。作出猜想后，让学生分小组讨论实验方案和设计实验电路图。之前，我提示：既然研究电阻上的电流跟电压的关系，请思考：①我们应该采取什么方法研究?②实验室给的是阻值不同的定值电阻，应针对某一定值电阻进行，还需测量什么物理量?怎么测?用什么仪器测?③你怎样改变电压?④选择什么电路图研究更合理些?在这里，一定要处理好教师的指导与学生自主探究的关系，不能说的太多，甚至完全包办代替，也不能放任不管，让学生随心所欲。由于初二学生知识预备不足，适当的提示和指导是必需的，教材中没有直接运用“控制变量法”来处理，而只是让学生研究“固定电阻情况下，电流与电压的关系”，这样处理，主要考虑要降低探究的难度。在教学中，对学有余力的学生，指导他们直接运用“控制变量法”进行更深入细微的研究。在这个过程中，既注重全体学生的发展又张扬学生的个性，通过讨论，促进生生之间的情态和信息交流，相互启发、促进，达到共同提高，培养合作能力的目的。

　　4.进行实验，收集数据。通过集体讨论，交流后，学生按照探究小组进行实验。新学期伊始，我便根据学生的学习基础、行为习惯、兴趣爱好等方面的差异将班级学生分成若干小组，但不以学习成绩为唯一标准，每组3—4人，组内的角色分工明确，有负责统筹组织的组长，有负责发言的，有负责记录的，另一方面，组内角色轮流转换，上一次你当组长，这一次你就负责记录，依次类推，这样使得组内的学生取长补短，互相帮助，互相启发，可以各抒己见、质疑，从而营造了学生自主表达、共同学习的活动氛围，使每个学生都得到机会均等的全面练习，又能充分体现分工与协作。实践两年，效果非常好，有的平时少言寡语，学习成绩不好的学生提高都很大，只要一说探究，便非常兴奋，表现出成功的喜悦。

　　5.分析论证，得出结论。数据处理时，根据取得的原始数据启发学生讨论，得出结论，引导学生思考：数据之间有什么关系?测量结果说明了什么?能得出什么结论?要和学生一起总结实验的结论，鼓励学生敢于提出不同的见解，勇于改正自己错误。学生可能会得出I=U/R，R=U/I，U=IR三种表达式，首先也要肯定学生很聪明，然后引导分析：因为我们研究的是电流与电压、电阻的关系，三者存在一个因果关系，所以我们最终采用I=U/R这个关系式。在这个环节中，有个别数学基础好的组，还运用了图象法处理，通过分析，也得到了正确的结论，我当即表扬了该组的同学，给予适时的评价，增强他们学习的信心和自豪感。

　　6.评估交流，总结反思。要求学生对自己的探究活动进行回顾、反思，哪些问题弄懂了，哪些问题还不清楚，分析实验误差的原因，操作中有没有失误，设计合不合理，测量结果是否可靠……。让学生有意识地“自我评估”，学会自我发现，及时总结，及时调整，先讨论，再交流，课后将心得体会写下来，有同学提出：①测量过程中，改变电池的节数改变电压，如果电路闭合时间太长，测量会有误差，可能是由于电阻发热引起的;②过程中应更换定值电阻反复实验，至少测量三组以上;③前面学习了滑动变阻器和串联电路电压的规律，在利用滑动变阻调节电压时，应尽量使定值电阻两端的电压成整数倍变化(如1V、2V、3V……)，这样分析处理数据时方便些等等。这些都是学生的智慧所在，学生的点滴闪光点。教师做好课堂记录，记录学生的成长和变化，在适当的时候公开表扬或私下沟通，以达到激励学生的目的。

　　在整个探究教学中，评价是容易被我们忽视的环节。其实，当学生一走进实验室，作为教师，就应该留心观察，主要是去发现学生好的、积极的、新奇的、独特的表现，评价要即时。对于初学物理的学生，应该对他们参与物理学习的欲望和参与状况进行积极的评价，并由此激发学生的学习兴趣，促进学生学习物理知识。个别学生刚进实验室，就很兴奋地立即就动手操作，如果是以前老师就会严厉地说：进了实验室不准动桌上的仪器。这使他们的学习欲望降低，甚至产生逆反心理。根据新的教学理念，老师则说：你对这个探究活动很感兴趣，我想你今天一定会很成功，但在操作之前，应当先做些什么呢?这样评价使得学生很容易接受。当然，评价方式很多，探究活动完后，让学生完成探究报告，认真评估、交流，每个学生先自评，组员之间互评，最后收起来，教师根据实际情况进行综合评价，评价等级为：A—很好;B—较好;C—一般;D—较差;每次的探究报告放在每个学生的成长记录档案袋中，当然，不是每个科学探究都这样评价，主要针对重要的探究活动，一些简单的，不太重要的进行口头评价即可。

　　应该说，在科学探究过程中，我们应该既重视探究的过程，也重视探究的结果;重视对资料的收集、处理以及对结果的评价。在探究中学生处于主要地位，教师是组织者、参与者，也可以是指导者或评价者，同时也是学习者。实践过程中，学生的改变和提高是显而易见的，学生变“要我学”为“我要学”，充分展示自我，张扬个性，胆子变大了，能力提高了。由于评价体系变了，一些理论知识掌握不太好但实践动手能力强的同学，同样也很受大家的肯定，同样也会有很好的发展空间。

　　科学探究作为一种新的教学内容和教学方法，正处于探索和实验阶段。只要我们加强学习、研究，努力实践，认真总结，让科学探究贯穿于物理教学中，鼓励学生积极参与科学探究，就能让学生通过科学探究活动体验到学习科学的乐趣，了解科学研究的方法，培养他们的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神，使他们更好地掌握物理基础知识和基本技能。