中學(xué)物理課堂教學(xué)中地科學(xué)探究與教學(xué)設(shè)計(jì)

中學(xué)物理課堂教學(xué)中的科學(xué)探究與教學(xué)設(shè)計(jì)北京師範(fàn)大學(xué)物理系郭玉英主要內(nèi)容科學(xué)探究在中學(xué)物理課堂教學(xué)中的現(xiàn)狀與問題探究-建構(gòu)式教學(xué)設(shè)計(jì)理論探討方法與步驟實(shí)踐與案例1.現(xiàn)狀與問題由於受到多方面因素的影響，科學(xué)探究在初中和高中物理教學(xué)中的發(fā)展是不平衡的，在不同地區(qū)和學(xué)校的發(fā)展也是不平衡的。從總體情況來看，在初中階段，經(jīng)過四年多的新課程改革實(shí)踐，物理教師已經(jīng)普遍認(rèn)同和接受了科學(xué)探究的理念，並在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了大量的嘗試和探索。高中新課程只有四個(gè)省作為實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了一年的課程改革實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，升學(xué)壓力大，許多教師感到在高中實(shí)施探究教學(xué)有很多困難，對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐相對(duì)滯後。從初中物理教學(xué)的情況來看，在課堂教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。1.1程式化探究教師完全按照《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的科學(xué)探究要素進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，課堂教學(xué)成為提出問題、猜想和假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作的程式化過程。教師不敢放手，學(xué)生按部就班，使科學(xué)探究流於表面化和形式化。這種類型的探究課是教師嘗試進(jìn)行科學(xué)探究的初級(jí)階段，並非真正意義上的科學(xué)探究，其結(jié)果甚至可能導(dǎo)致學(xué)生對(duì)科學(xué)探究產(chǎn)生誤解。1.2自由化探究教師嘗試擺脫探究程式的束縛，完全把學(xué)生放開自主活動(dòng)，學(xué)生的自主性得到了充分發(fā)揮。但由於缺乏對(duì)教學(xué)過程的合理設(shè)計(jì)和有效調(diào)控，學(xué)生不能將注意力集中於焦點(diǎn)問題，沒有明確的探究思路，課堂教學(xué)亂而無序，教學(xué)效果較差。這種課雖然超越了程式化探究，但仍不能很好地體現(xiàn)科學(xué)探究的本質(zhì)特徵，屬於向?qū)嵸|(zhì)性探究發(fā)展的過渡階段。其結(jié)果常常會(huì)使教師對(duì)科學(xué)探究的效果產(chǎn)生懷疑，不敢再放手讓學(xué)生探究。1.3實(shí)質(zhì)性探究教師針對(duì)學(xué)生的原有認(rèn)識(shí)和教學(xué)目標(biāo)之間的差異進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)能使學(xué)生真正開展探究的問題情境和課堂氛圍，能對(duì)學(xué)生進(jìn)行適時(shí)、適度的指導(dǎo)，將探究引向深入。學(xué)生能將注意力集中於焦點(diǎn)問題，按照科學(xué)的認(rèn)識(shí)過程展開探究活動(dòng)。教學(xué)過程真正體現(xiàn)了科學(xué)探究的本質(zhì)，課堂活而不亂，收放有度。雖然這種課在實(shí)際教學(xué)中所占比例較少，但代表著科學(xué)探究融入物理課堂的較高層次，表明中學(xué)物理課堂教學(xué)中的科學(xué)探究是可以實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)當(dāng)成為探究式教學(xué)追求的目標(biāo)和發(fā)展方向。教師迫切需要解決的首要問題是如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐證明，在物理教學(xué)中實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性探究受到多方面因素制約，教師是其中起決定作用的因素。由於廣大教師習(xí)慣了以傳授知識(shí)為目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)方法，不會(huì)進(jìn)行探究教學(xué)設(shè)計(jì)，因此如何進(jìn)行探究式教學(xué)設(shè)計(jì)成為教學(xué)實(shí)踐中面臨的主要問題。教師需要掌握探究教學(xué)的設(shè)計(jì)方法，把握住探究式教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路。2．探究—建構(gòu)式教學(xué)設(shè)計(jì)理論探討方法與步驟實(shí)踐與案例2.1理論探討科學(xué)探究是物理學(xué)的本質(zhì)特徵。中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)物理學(xué)本質(zhì)和教育本質(zhì)的統(tǒng)一，使學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程成為在教師的引導(dǎo)和幫助下，觀察和探究周圍世界，認(rèn)識(shí)基本的原理和規(guī)律，從而促進(jìn)自身發(fā)展的過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生的科學(xué)探究是觀念轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法和掌握知識(shí)技能相統(tǒng)一的過程。在物理課程改革中，有許多人擔(dān)心強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究會(huì)影響學(xué)生掌握物理知識(shí)。以探究式的方式學(xué)習(xí)物理不是忽視了知識(shí)，而是注重了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的自主建構(gòu)過程，科學(xué)探究與知識(shí)的建構(gòu)是在同一過程中發(fā)生的。建構(gòu)知識(shí)與傳授知識(shí)的本質(zhì)區(qū)別在於：傳授是自上而下的，知識(shí)的來源是教師和教材，接受者是學(xué)生。而建構(gòu)則是自下而上的.學(xué)生的頭腦本來就不是一張白紙，他們對(duì)於物理現(xiàn)象和問題存在著大量的前概念和常規(guī)的認(rèn)識(shí)和思維方式，這些原有認(rèn)識(shí)只有在科學(xué)探究的過程中經(jīng)過衝突和挑戰(zhàn)才可能真正轉(zhuǎn)變，科學(xué)的觀念和思維方式才能真正建立起來。國(guó)內(nèi)外物理教育的大量研究結(jié)果表明，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程是在原有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上自主建構(gòu)知識(shí)的過程，學(xué)生的原有認(rèn)識(shí)和在探究過程中產(chǎn)生的認(rèn)知衝突在物理知識(shí)的建構(gòu)過程中起著十分重要的作用。物理知識(shí)的獲得必須通過學(xué)生的自主建構(gòu)過程教學(xué)設(shè)計(jì)模型探究教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是學(xué)生原有認(rèn)識(shí)和新知識(shí)之間的差異。首先要從學(xué)生的原有認(rèn)識(shí)入手，抓住學(xué)生的前概念與新知識(shí)的差異創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)探究的內(nèi)在動(dòng)機(jī)和求知欲望，在教師的引導(dǎo)和幫助下按照科學(xué)的認(rèn)識(shí)過程開展探究活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究與建構(gòu)知識(shí)的統(tǒng)一。教學(xué)設(shè)計(jì)思路參考了鮑勃高文（BobGowin，1977）在研究知識(shí)創(chuàng)造過程的基礎(chǔ)上建立的“知識(shí)維（KnowledgeVee）”模型.知識(shí)維探究——建構(gòu)式教學(xué)建立在上述理論和模型基礎(chǔ)上的教學(xué)稱為探究—建構(gòu)式教學(xué)。運(yùn)用知識(shí)維模型來指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，將科學(xué)探究真正作為科學(xué)知識(shí)建構(gòu)過程中的一個(gè)必經(jīng)途徑.不論是引導(dǎo)學(xué)生自主開展科學(xué)探究活動(dòng)，還是展示科學(xué)家在解決問題中的探究過程，都努力使學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程按照知識(shí)建構(gòu)的科學(xué)模式發(fā)展.使學(xué)生在探究過程中自覺地建構(gòu)合理的知識(shí)體系，形成科學(xué)的價(jià)值判斷，實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)中科學(xué)探究與知識(shí)建構(gòu)的統(tǒng)一。2.2教學(xué)設(shè)計(jì)的方法和步驟傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)----以教師為中心1.確定教學(xué)目標(biāo)2.分析學(xué)生特徵3.根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)順序4.根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特徵確定教學(xué)難點(diǎn)5.選擇和制定教學(xué)策略6.選擇與設(shè)計(jì)教學(xué)媒體7.進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)分析與評(píng)述優(yōu)點(diǎn)：目標(biāo)明確，能充分發(fā)揮教師作用，傳授知識(shí)量大、系統(tǒng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：以教師為中心，強(qiáng)調(diào)教而忽視學(xué)，教得多而學(xué)得少。學(xué)生往往處於被動(dòng)接受狀態(tài)，不利於發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性?，F(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)----以學(xué)生為中心強(qiáng)調(diào)“情境”對(duì)意義建構(gòu)的作用強(qiáng)調(diào)“合作學(xué)習(xí)”對(duì)意義建構(gòu)的關(guān)鍵作用強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)利用各種資訊資源來支持學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的最終目的是完成意義建構(gòu)分析與評(píng)述優(yōu)點(diǎn)：以學(xué)生為中心，學(xué)生的主動(dòng)性可以得到充分發(fā)揮，有利於培養(yǎng)創(chuàng)造性人才。缺點(diǎn)：對(duì)教師和學(xué)生要求高，知識(shí)教學(xué)效率較低探究—建構(gòu)式教學(xué)設(shè)計(jì)：

以問題為中心傳統(tǒng)數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)代教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)探究—建構(gòu)式教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)步驟確定教學(xué)目標(biāo)：教師根據(jù)對(duì)學(xué)生的瞭解和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求確定三維目標(biāo)。分析教學(xué)內(nèi)容：對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，有針對(duì)性的調(diào)查學(xué)生前概念，根據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)與科學(xué)認(rèn)識(shí)之間的差異確定焦點(diǎn)問題。分析學(xué)生狀況：根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和感興趣的問題創(chuàng)設(shè)問題情境。選擇和設(shè)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生探究的教學(xué)策略選擇和設(shè)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的教學(xué)策略反思與評(píng)價(jià)教學(xué)過程要素創(chuàng)設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生確定焦點(diǎn)問題指導(dǎo)學(xué)生圍繞焦點(diǎn)問題展開探究活動(dòng)評(píng)價(jià)與交流探究結(jié)果應(yīng)用新知識(shí)：解決焦點(diǎn)問題應(yīng)用變式：新知識(shí)的明晰建立聯(lián)繫：新知識(shí)的擴(kuò)展2.3教學(xué)實(shí)踐研究與案例我們對(duì)上述理論和教學(xué)設(shè)計(jì)在部分中學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐研究。研究過程按下述步驟展開。（1）在新內(nèi)容學(xué)習(xí)之前，初步確定教學(xué)目標(biāo)，針對(duì)目標(biāo)和學(xué)生情況設(shè)計(jì)測(cè)試題或通過訪談瞭解學(xué)生的前概念，根據(jù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析修改教學(xué)目標(biāo)，初步確定探究教學(xué)中的焦點(diǎn)問題。

（2）按照前文所述的教學(xué)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，寫出教學(xué)設(shè)計(jì)方案。（3）在課堂教學(xué)實(shí)施過程中，用錄影機(jī)拍攝全過程，課後進(jìn)行分析。（4）根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行後測(cè)，對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行訪談，檢測(cè)學(xué)生探究能力的發(fā)展和知識(shí)建構(gòu)情況。案例:功的原理和機(jī)械效率（1）前測(cè)：在新知識(shí)教學(xué)之前，用以下兩個(gè)小題對(duì)初二年級(jí)兩個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試：現(xiàn)在要把一個(gè)物體升高到高度為h的地方，可以用手直接提高，也可以用動(dòng)滑輪、定滑輪來提高，還可以沿斜面推到相同的高度。①請(qǐng)你猜想一下，使用這四種方法所做的功是否相同？並說出你的理由。②請(qǐng)你選擇定滑輪、動(dòng)滑輪或斜面中的一種機(jī)械，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的猜想。（2）測(cè)試結(jié)果分析：在回收的65份前測(cè)試題中，有37個(gè)學(xué)生認(rèn)為所給出的四種方法做功是一樣多的。從他們給出的理由來看，主要是把簡(jiǎn)單機(jī)械中學(xué)習(xí)的理想情況當(dāng)成了實(shí)際情況。另外有28個(gè)學(xué)生認(rèn)為所給出的四種方法做功不一樣多，他們中的大多數(shù)認(rèn)為用手直接提高物體時(shí)，做功會(huì)多一些。這部分同學(xué)所給出的理由主要是“感覺”或者“認(rèn)為”之類的主觀判斷。沒有學(xué)生認(rèn)為機(jī)械做功會(huì)比用手做功多。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的情況，大多數(shù)人提出測(cè)量出直接用手做功和用機(jī)械做功的數(shù)值進(jìn)行比較。（3）教學(xué)設(shè)計(jì)前測(cè)結(jié)果表明，學(xué)生存在著使用機(jī)械可以省功的前概念，並能夠提出猜想和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。由此確定探究的焦點(diǎn)問題是使用機(jī)械能否省功，教學(xué)設(shè)計(jì)是首先讓學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想，通過交流討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)識(shí)功的原理，初步形成有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的概念。（4）教學(xué)過程在物理課堂上將學(xué)生分為小組，持不同看法的同學(xué)分在一個(gè)小組中，教師讓他們相互討論，充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，提出可供實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的假設(shè)，列舉出實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)步驟。教師提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要作好相關(guān)的記錄。學(xué)生們選擇自己需要的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不久學(xué)生們就發(fā)現(xiàn)，利用機(jī)械做功和用手直接做功是不一樣的。有學(xué)生驚呼：“不一樣呀”！有的學(xué)生又重新做實(shí)驗(yàn)，但反復(fù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明事實(shí)確是這樣的。在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)候，大多數(shù)同學(xué)又驚奇地發(fā)現(xiàn)，用機(jī)械做的功竟然比用手直接做功還要多。教師請(qǐng)幾組學(xué)生彙報(bào)他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，並請(qǐng)大家討論、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理。在討論的過程中，學(xué)生們意識(shí)到在實(shí)際情況中使用機(jī)械所做的功確實(shí)比用手直接做的功還要多，也就是說“使用任何機(jī)械都不省功”。在閱讀教材的基礎(chǔ)上，教師請(qǐng)學(xué)生繼續(xù)思考並討論：“使用機(jī)