在科學(xué)探究中構(gòu)建物理概念的意義-淺談科學(xué)探究在概念教學(xué)中

在科學(xué)探究中構(gòu)建物理概念的意義

－－－淺談科學(xué)探究在概念教學(xué)中的運(yùn)用

江蘇省揚(yáng)州中學(xué)教育集團(tuán)樹人學(xué)校白振宇一種偏向：探究教學(xué)主要集中在“物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)”上，還很少落腳于“物理概念的建立”上；

新課標(biāo)的教材中一線教師實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中一個(gè)盲區(qū)：探究學(xué)習(xí)方式在物理教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)還存在著“盲區(qū)”!這一盲區(qū)就存在于物理概念教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)。概念應(yīng)該能從科學(xué)探究中生成：物理概念是對(duì)物理客體的抽象與概括，概念本身既是重要的物理知識(shí)，又是探究物理規(guī)律、構(gòu)建物理理論的“基石”，在學(xué)科知識(shí)體系中占有重要的地位，這也使得概念教學(xué)成為物理教學(xué)中一個(gè)極其重要的領(lǐng)域。

科學(xué)探究方式在這一領(lǐng)域的缺失，是“不可容忍的！

無論是從新課程實(shí)施質(zhì)量提升的角度；還是從概念教學(xué)理論發(fā)展的角度。其次，縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷程，不難看出，概念本身都是在科學(xué)探究活動(dòng)中逐步生成、廓清和發(fā)展的，與科學(xué)探究有著“天生而必然”的聯(lián)系，應(yīng)該可以將概念教學(xué)與科學(xué)探究有機(jī)地結(jié)合起來。以“探究的形式”來進(jìn)行物理概念的教學(xué)

進(jìn)一步豐富探究教學(xué)的類型，進(jìn)一步拓展學(xué)生的探究視野，進(jìn)一步完備其探究經(jīng)歷，進(jìn)一步完善其探究素質(zhì)，逐步形成了一批“以科學(xué)探究的方式實(shí)施概念教學(xué)”的典型案例，如：電阻、力臂、電功率、比熱容；積累了一些設(shè)計(jì)、實(shí)施物理概念探究式教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)兩個(gè)教學(xué)運(yùn)用案例在電阻概念教學(xué)中的運(yùn)用在力臂概念教學(xué)中的運(yùn)用電阻概念的常規(guī)教法：先演示：圖1的實(shí)驗(yàn)，傳授電阻的概念(導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用)和電阻的單位；實(shí)驗(yàn)探究影響導(dǎo)體電阻的因素。圖1教學(xué)困難：在教的方面的“空降”現(xiàn)象：電阻概念仍是由教師“灌輸”給學(xué)生的，此外僅以圖1演示作為概念建立的事實(shí)基礎(chǔ)不僅顯得“單薄”，而且將圖1事實(shí)生硬地歸結(jié)為“對(duì)電流的阻礙作用”也有“先驗(yàn)臆造”之嫌在學(xué)的方面的“空心”現(xiàn)象：學(xué)生會(huì)因此認(rèn)為“當(dāng)導(dǎo)體中沒有電流時(shí)，由于沒有了阻礙的對(duì)象，導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用也是不存在的，因而電阻為零”，對(duì)學(xué)生理解“電阻是導(dǎo)體本身的一種屬性”造成阻礙常規(guī)力臂教學(xué)的困難：在教的方面的“空降”現(xiàn)象：教師難以向?qū)W生展示力臂對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)影響的清晰表象，不能向?qū)W生明示概念引入的必要性，只是將概念憑空地、囫圇地灌輸給學(xué)生在學(xué)的方面的“空心”現(xiàn)象：學(xué)生由于沒有獲得相關(guān)“力臂對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)造成影響”的物理事實(shí)的支持，沒有獲得相應(yīng)的抽象、概括和形成力臂概念的內(nèi)部思維過程的支持，只能將力臂概念的學(xué)習(xí)褪化為鮮有理解成份、純粹的記憶過程，其后果是他們雖然被動(dòng)地“記住”了力臂的定義，但卻普遍感到“力臂”似乎是先驗(yàn)地存在著，其生成是神秘和突兀的，是常人（包括自己）無法理解的。正是因?yàn)閷?duì)概念缺乏較深刻的認(rèn)同，一旦面臨新的、較復(fù)雜的問題情境，就會(huì)不自覺地產(chǎn)生“認(rèn)知背叛”，如將力臂誤作“支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離”等等。電阻概念的探究式教法：步驟一。演示實(shí)驗(yàn)引入課題概括時(shí)不作任何“先驗(yàn)式拔高”，只是“就事論事”地得出：電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流大小還與導(dǎo)體自身有關(guān)；

圍繞“導(dǎo)體對(duì)電流有影響”這一“新發(fā)現(xiàn)”，同時(shí)充分考慮中學(xué)實(shí)驗(yàn)室所能提供的研究條件，自主討論確定本課的進(jìn)一步深入探究的課題------探究“導(dǎo)體的哪些因素會(huì)影響電流大小”。步驟二。實(shí)驗(yàn)探究確定因素猜測(cè)、假設(shè)中的變量篩選；探究中的調(diào)控；如有意識(shí)地”為探究設(shè)置一些“小障礙”，如只提供兩根材料不同的導(dǎo)線，“迫使”學(xué)生開動(dòng)腦筋，積極應(yīng)對(duì)，發(fā)揮創(chuàng)造性，完成實(shí)驗(yàn)探究步驟三。合四為一生成概念有意識(shí)地突顯電流受到5個(gè)因素的影響，讓學(xué)生體會(huì)到這是至今為止遇到的最多的變量因素；因素越多，在下一步的研究(如影響電流大小的定量關(guān)系)中，進(jìn)行變量控制就難度越大，越不方便；如有可能應(yīng)對(duì)“五個(gè)因素”進(jìn)行“瘦身”；能將“長(zhǎng)度”與“橫截面積”合并成“體積”？只要能減少變量個(gè)數(shù)同時(shí)又不會(huì)“模糊”對(duì)電流的確定影響，我們完全可以“自創(chuàng)”一個(gè)物理概念而不必局限在舊有的物理概念(如體積、質(zhì)量等)中“打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”。長(zhǎng)度、材料、粗細(xì)和溫度都是導(dǎo)體的性質(zhì)，它們對(duì)電流的影響可“合并”成“導(dǎo)體對(duì)電流的影響”，既然導(dǎo)體都有一個(gè)確定的“對(duì)電流的總體影響”，我們就可以定義一個(gè)物理概念來表示這一總體影響。這就好比用總分來描述某同學(xué)總體考試情況的好壞一樣。

接下來的問題就是給這一概念起一個(gè)合適的“名字”及理清這一概念和導(dǎo)體四個(gè)因素之間的關(guān)系？1?？啥x成導(dǎo)體的導(dǎo)電性(或?qū)щ娔芰?；2。也可定為導(dǎo)體的阻電性，既對(duì)電流的阻礙性影響步驟四?；匚犊偨Y(jié)彰顯價(jià)值若沒有電阻這個(gè)概念，我們?cè)谘芯侩娏鞔笮r(shí)，必須考慮5個(gè)因素，而有了電阻這一概念，就概括了導(dǎo)體方面的四個(gè)因素，這樣我們?cè)谶M(jìn)一步研究電流大小的定量關(guān)系時(shí)，只須考慮兩個(gè)因素，即電壓和電阻，從考慮五個(gè)因素進(jìn)步到只要考慮兩個(gè)因素，這就大大地降低了后繼研究的難度，把復(fù)雜的事情變簡(jiǎn)單了！力臂概念的探究式教法：步驟一。見識(shí)杠桿提出任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)杠桿、支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力等概念，但并不介紹“力臂”概念，然后即提出探究任務(wù)，要求學(xué)生探索影響杠桿平衡的因素，并定量表達(dá)杠桿的平衡條件。步驟二。剖析典型初探規(guī)律選取1個(gè)典型杠桿，如撬棍、翹翹板、門等，讓學(xué)生剖析，大多數(shù)學(xué)生從自身的游戲經(jīng)歷和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，會(huì)很快意識(shí)到影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的因素是力的大小和距離（作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離），教師對(duì)其中的“漏洞”先不予點(diǎn)破，要求學(xué)生進(jìn)行“定量關(guān)系”的探究。

學(xué)生利用杠桿和鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，大都能很快得出杠桿平衡的“條件”：力與距離的乘積相等。教師對(duì)此結(jié)論可表示認(rèn)同，但強(qiáng)調(diào)此處的距離是“支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離”。同時(shí)提醒學(xué)生，“平衡條件”是否成立還要看它是否具有“普遍性”，為此還應(yīng)檢驗(yàn)其它的杠桿是否也遵從上述“條件”。步驟三。揭示矛盾深化探究檢驗(yàn)結(jié)論的普遍性時(shí)，教師可選擇一個(gè)案例，如日常生活中的開門、關(guān)門，進(jìn)行檢驗(yàn)。演示時(shí)先故意選擇與門垂直方向的拉力，如圖2中的F1n、F2n

、F3n

來驗(yàn)證，當(dāng)學(xué)生沉浸在結(jié)論得證的“喜悅”中時(shí)，再選擇與門不垂直的拉力，如圖中的F1、F2

、F3……來檢驗(yàn)(同時(shí)將這些方向上的拉力記錄下來，供下一環(huán)節(jié)使用)

圖2門受力俯視圖教師還可以通過理論分析，引導(dǎo)學(xué)生去“發(fā)現(xiàn)”原平衡條件中暗藏的“硬傷”------只包括力的大小和作用點(diǎn)(決定支點(diǎn)到作用點(diǎn)之間的距離)，而不包含力的方向這一因子，這就與力的方向也能影響杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)這一事實(shí)不符，所以實(shí)驗(yàn)與理論兩方面都顯示，原結(jié)論尚有不妥之處，我們的探究還有待深入。步驟四。啟發(fā)鋪墊催生概念教師要引導(dǎo)學(xué)不斷進(jìn)行嘗試、檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)、再嘗試……，同時(shí)相機(jī)進(jìn)行啟發(fā)鋪墊，為學(xué)生的探究提供“思維階梯”.

通過“極端”情況進(jìn)行啟發(fā)

通過“平衡的初步條件”啟發(fā)

通過“力矩盤實(shí)驗(yàn)”來啟發(fā)步驟五?；匚斗此颊蔑@價(jià)值

帶領(lǐng)學(xué)生反思整個(gè)探究歷程，回味“力臂”概念在探究過程中是如何生成、轉(zhuǎn)變和發(fā)展的，以及它對(duì)普適平衡條件建立的重要價(jià)值，深化學(xué)生對(duì)力臂的認(rèn)識(shí)，通過此環(huán)節(jié)要讓學(xué)生明白，力臂大小是由力的方向與作用點(diǎn)位置決定的，它是兩者對(duì)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)綜合影響的定量表示，是決定研究能否從“定性”升華為“定量”的關(guān)鍵所在，沒有正確的力臂概念，就不可能探究出普適的杠桿平衡條件。關(guān)于科學(xué)探究與概念教學(xué)的幾點(diǎn)啟示：探究式概念教學(xué)并不神秘探究式概念教學(xué)實(shí)質(zhì)是將概念的教學(xué)與一定的問題結(jié)合，且一般是從屬于某一更“宏大”、更居“上位”的問題，然后在探究、解決這一問題的過程中，自然地生成、厘清概念的內(nèi)涵和外延，建構(gòu)物理概念的意義；在探究式概念教學(xué)中，概念、問題與探究方式緊密相關(guān)，概念支撐問題(的解決)，問題蘊(yùn)含概念，為概念的意義提供“背景參照”，兩者又交織在科學(xué)探究活動(dòng)這一共同“載體”中，形成一個(gè)如圖3所示的“三位一體”結(jié)構(gòu)的教學(xué)模式框架在這一教學(xué)模式中，各要素間主要又存在兩種“聯(lián)系(或關(guān)系)”——形式邏輯(語義邏輯)和行為邏輯(活動(dòng)邏輯)，在探究式概念教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)遵從行為邏輯而打破形式邏輯沒有電阻概念時(shí)就研究決定電阻大小的因素，在力臂概念建立以前就探索杠桿的平衡條件，這些都不符合形式邏輯關(guān)系，但卻符合探究活動(dòng)開展的行為邏輯，因此仍然可以實(shí)現(xiàn)。

探究式概念教學(xué)的功能優(yōu)勢(shì)在概念教學(xué)中就要求我們要從“概念是什么”和“概念為了什么”兩方面來構(gòu)建和闡明概念的意義，如果不能很好地解決上述兩個(gè)問題，概念教學(xué)就難免陷入“空降”和“空心”的泥潭可以充分利用科學(xué)探究的優(yōu)勢(shì)來達(dá)成以上教學(xué)目標(biāo)科學(xué)探究所具有的鮮明、真實(shí)、富有探索意味的活動(dòng)情境易于被學(xué)生認(rèn)同，同時(shí)能為概念認(rèn)知提供必要的心理背景支撐，有利于激發(fā)學(xué)生進(jìn)行概念創(chuàng)新的內(nèi)在動(dòng)機(jī)?？茖W(xué)探究更注重概念的“生長(zhǎng)”過程，它能更有效地整合各類學(xué)習(xí)資源(經(jīng)驗(yàn)的、觀念的、技能的)，通過對(duì)資源進(jìn)行的取舍(依照探究活動(dòng)的需求)和編排(按照探究活動(dòng)的內(nèi)在行為邏輯)，使學(xué)習(xí)資源的組織化、集約化程度更高，，其中蘊(yùn)含的可供概念發(fā)現(xiàn)的線索與路徑更加清晰，這有利于學(xué)生自我發(fā)現(xiàn)“概念是什么”。教學(xué)中設(shè)計(jì)的科學(xué)探究的研究目標(biāo)往往高于“概念的發(fā)現(xiàn)”，而指向更“上位”的問題如“規(guī)律的發(fā)現(xiàn)”，這就將概念教學(xué)“吸納”為更高位研究的一個(gè)必要的“子研究”，從而以“規(guī)律的發(fā)現(xiàn)”來為“概念建立“的意義與價(jià)值作“闡述”。在力臂教學(xué)中即以“杠桿的平衡條件”來為力臂概念作“價(jià)值說明”，使學(xué)生清楚地看到，力臂概念的建立使人們對(duì)杠桿的研究從“定性”上升為“定量”，使得探討杠桿平衡的定量規(guī)律成為可能，從而較為深刻地理解“概念為了什么”探究式概念教學(xué)對(duì)科學(xué)探究的意義則表現(xiàn)在它擴(kuò)大了科學(xué)探索的作用范圍和類型。進(jìn)一步豐富了探究教學(xué)的類型，拓展學(xué)生的探究視野，完備了探究經(jīng)歷，完善了探究素質(zhì)。在本課中，學(xué)生的探索不再局限在規(guī)律的探索上，同時(shí)還體現(xiàn)在電阻概念的建立上；不但有發(fā)現(xiàn)電阻規(guī)律的實(shí)驗(yàn)型探究，還有生成電阻概念的理論思辨型探究。在現(xiàn)實(shí)的科學(xué)探究中，概念的確立和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)往往糾纏在一起，相互制約、相互促進(jìn)，是不可截然分開的。探究式概念教學(xué)的設(shè)計(jì)要領(lǐng)：概念探究教學(xué)的設(shè)計(jì)的“要害”：“探究問題的設(shè)計(jì)”“概念探究路徑的設(shè)計(jì)”“概念探究路徑”的設(shè)計(jì)要領(lǐng)主要有：首先要能理清各類學(xué)習(xí)材料間不同的“邏輯承接關(guān)系”，概念探究教學(xué)往往打破了原來的“先概念、后規(guī)律”式的知識(shí)演繹順序。而代之以“在探索規(guī)律的過程中、在問題解決的過程中生成概念”的活動(dòng)邏輯。教師要能按照探究活動(dòng)的邏輯重新審視、組合、編排各類學(xué)習(xí)資源，設(shè)計(jì)出一條邏輯嚴(yán)密、環(huán)環(huán)相扣、運(yùn)行流暢的“探究路徑”。

其次要學(xué)會(huì)“從學(xué)生的視角”去設(shè)計(jì)探究的路徑。必須具備“俯下身子，平視學(xué)生”的教學(xué)設(shè)計(jì)理念，必須具有準(zhǔn)確評(píng)估學(xué)