这次课程改革中,无论是在初中还是在高中,科学领域的各门课程都十分强调学习中的科学探究,研究文章很多,许多教师在实践中做了各种形式的探索和尝试,取得了令人瞩目的成果,也出现了一些问题。今天,我们反思几年来的研究和实践,对科学课程中的科学探究有了更深刻的认识。本文以中学物理课程为例,对科学探究谈些看法。
一、课程中的科学探究有三重意义
第一,它是一种学习方法,强调学生自己不断发现问题、解决问题,在这个过程中获取知识、体会科学方法、受到情感态度价值观的熏陶。目前对这点已经取得共识。
第二,科学探究本身也是学习的内容。平常所说的知识包括了陈述性知识和程序性知识,怎样进行科学探究是一种程序性知识,以前我们对这类知识的学习不够重视。在科学课程的学习中,学生要通过对探究过程的反复体验,学会怎样进行科学探究。这在过去强调得不够,应该引起重视。
第三,科学探究还是一种精神。要用这种精神探索和研究自然规律,也要用这种精神学习整个课程中的所有内容,这点尤为重要。
例如,实验仪器的使用规则,虽然不是自然规律,但也可以通过科学探究来学习。有一种说法,认为学习这类内容时不能进行探究,只能严格要求,即使不明白其中的道理也要记住这些规则,否则这些重要的要求在学生头脑中就不清晰,还可能损坏器材。其实,仪器的使用规则都是有道理的,学生应该通过自己的探究来学习这些道理。天平的学习就是一例。
在过去的教学中,教师生硬地告诉学生使用托盘天平的三个步骤和要注意的两点,可以不讲任何道理,学生只要记住了、照着做,就算达到要求了。按照新课程的理念,学生完全可以通过科学探究学习这些内容。
例1 想想做做──天平的使用方法。
我们通过称量橡皮、铅笔的质量来学习天平的使用方法。
学习过程中要一边操作一边思考下面几个问题。
·天平应水平放置。
你所用的天平有没有检查天平底座是否水平的装置?应怎样调节才能使天平底座水平?
·天平使用前要使横梁平衡。
横梁指针指在什么位置表示横梁平衡了?
每台天平都有平衡螺母,用来调整横梁的平衡。你的天平的平衡螺母安装在什么位置?如果横梁的左臂偏高,应该向哪个方向旋动平衡螺母?
·你的砝码盒中最小的砝码质量是多少?总质量是多少?
天平用游码还能够分辨更小的质量。游码相当于一个“秤砣”,它在标尺上每向右移动一格,就等于在右盘中增加一个更小的砝码。
在你的天平标尺上,一个这样的小格相当于多大质量的砝码?
使用天平之前,应该使游码停留在什么位置?
关于天平的使用,你认为还应该注意什么问题?
当然,涉及人身和器材安全的问题应该作为强制性要求,但即使对于这些要求,学生也要明白它的道理。
二、课堂中的探究要素往往是不齐备的
物理课程标准指出了科学探究的七个要素。“要素”不同于“环节”。一个过程缺少必要的环节就会中断;而课程标准指出的要素是科学探究的标志,一个具体的教学过程只要具有一两个这样的要素,它就有了探究性。也就是说,课堂学习时的科学探究不一定是“完整”的。
例如,在引入强相互作用时,下面的思考与讨论就是一种科学探究。
例2 质子带正电,但质子(与中子一起)却能聚在一起构成原子核。根据你的推测,原因可能是什么?
教师提出这个问题,学生自然会想:“对呀,同性相斥啊……可能除了库仑力之外还存在另一种力,使得质子相互吸引,不然怎么会……”这小段教学过程也许只有一两分钟,但它包含了提出问题、猜想与假设以及极其简单的分析。尽管学生不可能得出可靠的结论,但它具有科学探究的典型要素,这种互动就是一段科学探究。
又如,在学过匀速圆周运动之后,学生对以下问题的研究也是科学探究。
例3 思考与讨论。
地球可以看做是一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球半径。地面上有一辆汽车沿着赤道行驶。汽车速度越大,地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉?
学生在解决拱形桥的问题中已经知道,当汽车速度一定时,拱形桥的半径越小,车对桥的压力与重力之差越大,而地球的半径很大,这种效应应该不明显;但学生还知道,当
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