上海科教版高中物理教材新課程標(biāo)準(zhǔn)中的“科學(xué)探究” 王良基 何潤(rùn)偉 （安徽師范大學(xué)物理系，安徽蕪湖）（安徽省教育科學(xué)研究所，安徽合肥） 《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）指出：“在課程目標(biāo)上，我們著眼于提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。高中物理課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展和應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。” “高中物理課程應(yīng)提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生主動(dòng)參與，樂于探索，勇于實(shí)驗(yàn)，勤于思考。通過多種教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，逐步形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。”本文以上海科教版高中物理新課標(biāo)教材為例，闡述新高中物理課程中對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)。 1、以科學(xué)探究的理念改革高中物理教學(xué) 科學(xué)探究原指科學(xué)家在研究自然界的科學(xué)規(guī)律時(shí)所開展的科學(xué)探究活動(dòng)。20世紀(jì)80年代以來，世界各國的基礎(chǔ)教育都將科學(xué)探究引入學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生模仿和體驗(yàn)科學(xué)家在科學(xué)研究中采用的方法，獲取知識(shí)，感悟科學(xué)思想和方法，感悟科學(xué)家在探索自然規(guī)律時(shí)所開展的各種活動(dòng)。 這突破了基礎(chǔ)教育學(xué)科的封閉狀態(tài)，讓學(xué)生置身于動(dòng)態(tài)、開放、生動(dòng)、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，通過自主學(xué)習(xí)、自主探索獲得全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。
科學(xué)探究是學(xué)生在物理課程和現(xiàn)實(shí)生活中，通過問題發(fā)現(xiàn)、調(diào)查研究、動(dòng)手操作、表達(dá)交流等探究活動(dòng)，獲得知識(shí)、技能和方法的學(xué)習(xí)方式和過程。科學(xué)探究的目標(biāo)是讓學(xué)生親身體驗(yàn)探究過程，獲得智力和情感體驗(yàn)，積累科學(xué)知識(shí)和方法。與傳統(tǒng)的接受性學(xué)習(xí)和訓(xùn)練性學(xué)習(xí)相比，探究性學(xué)習(xí)更具有問題性、實(shí)踐性和開放性。在科學(xué)探究中，學(xué)生面對(duì)的不是教師和教科書預(yù)先設(shè)計(jì)好的問題，而是需要自己去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。20世紀(jì)，美國、法國等中小學(xué)流行的“動(dòng)手操作式”科學(xué)教育方式，就是探究性學(xué)習(xí)的典型例子。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為，要提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，整個(gè)學(xué)校體系必須發(fā)生重大變革，“科學(xué)教育所采用的新方法必須反映科學(xué)本身的實(shí)際實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究是獲取知識(shí)和認(rèn)識(shí)世界的一種方式。” “該標(biāo)準(zhǔn)不僅把學(xué)習(xí)科學(xué)看作一個(gè)過程”，“學(xué)習(xí)科學(xué)的中心環(huán)節(jié)是探究”，“學(xué)生能夠把科學(xué)知識(shí)與推理、思考能力結(jié)合起來，從而主動(dòng)地獲得對(duì)科學(xué)的理解”。為此，提出科學(xué)課程應(yīng)該圍繞“探究”展開，把科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)置于科學(xué)探究過程中，從幼兒園到12年級(jí)對(duì)科學(xué)探究能力提出不同的要求。高中物理課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要課程，將科學(xué)探究納入物理課程的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，可以讓學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)策略和方法，通過學(xué)生自主的科學(xué)探究學(xué)習(xí)物理基本概念和規(guī)律。
掌握科學(xué)探究的基本技能，包括觀察、實(shí)驗(yàn)、推理和信息的收集、處理和傳遞等。培養(yǎng)學(xué)生探索科學(xué)的興趣和對(duì)物理現(xiàn)象的好奇心，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、勇敢實(shí)踐、創(chuàng)新的科學(xué)精神，逐步形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)價(jià)值觀。在深化課程改革的背景下，將科學(xué)探究納入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力無疑具有深遠(yuǎn)的意義。有利于改變過去物理教學(xué)只重視科學(xué)知識(shí)，不重視科學(xué)技能；只重視結(jié)論，不重視過程和方法，科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的培養(yǎng)沒有真正落到實(shí)處。讓學(xué)生在探究過程中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和各種技能；讓學(xué)生在探究過程中結(jié)合過程和方法，這樣在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，也能學(xué)習(xí)科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。 需要注意的是，科學(xué)探究并不是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的唯一途徑，也不要求學(xué)生在學(xué)習(xí)所有物理知識(shí)時(shí)必須參與整個(gè)探究過程，學(xué)生也可以參與其中的一些活動(dòng)。科學(xué)探究符合建構(gòu)主義理論。建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷建構(gòu)和發(fā)展的過程，學(xué)習(xí)過程就是學(xué)習(xí)者通過與外界環(huán)境的相互作用天津高中物理課本，逐漸建構(gòu)關(guān)于外界的知識(shí)的過程，實(shí)現(xiàn)同化和順應(yīng)。如果學(xué)習(xí)者能夠利用原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去“同化”新知識(shí)，就能賦予新知識(shí)一定的意義；如果經(jīng)驗(yàn)不能“同化”新知識(shí)，那么就要通過“順應(yīng)”對(duì)原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和重組。
正是在同化與適應(yīng)的過程中，學(xué)習(xí)者不斷建構(gòu)和完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知發(fā)展。可見，物理教材和教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該讓學(xué)生主動(dòng)體驗(yàn)、去經(jīng)歷這個(gè)過程，因?yàn)橥ㄟ^體驗(yàn)，新知識(shí)最能與學(xué)生原有的經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“同化”和“適應(yīng)”。在《標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究是內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的一部分，是實(shí)現(xiàn)立體化課程目標(biāo)，特別是“過程與方法”目標(biāo)最有力的手段。 正如教材所言，“登山的樂趣在于攀登，探索的魅力在于過程。只有經(jīng)歷了‘千里尋她’、‘白駒過隙’的艱辛，才會(huì)有‘驀然回首，她就在那兒，燈火闌珊處’的驚喜。”學(xué)習(xí)物理亦是如此，只有經(jīng)歷了‘提出問題’、‘思考’、‘實(shí)驗(yàn)’、‘解惑’的過程，才能體會(huì)到科學(xué)探索的無窮樂趣，享受體驗(yàn)過程、獲得知識(shí)的無比喜悅。”科學(xué)探索作為課程內(nèi)容，是提升科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分；作為學(xué)習(xí)方式，它與自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)同屬于發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生擺脫傳統(tǒng)的以教師為中心、以課堂為中心、以書本為中心的接受式學(xué)習(xí)方式，在學(xué)習(xí)過程中要求學(xué)生以誘導(dǎo)的方式促進(jìn)思維的發(fā)展； 作為課程目標(biāo)，意味著科學(xué)探索本身也需要探索和研究。從要素構(gòu)成上看，科學(xué)探索似乎就是實(shí)驗(yàn)探索，但這并不是一回事。實(shí)驗(yàn)探索只是科學(xué)探索的一個(gè)組成部分，理論分析也是科學(xué)探索。
在上海科教出版社出版的教材中，“研究”、“分析論證”、“課外活動(dòng)”、“資料瀏覽”、“STS”等欄目也是科學(xué)探究的有機(jī)組成部分。通過初中課程的學(xué)習(xí)天津高中物理課本，學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的過程有了一定的體驗(yàn)，具備了初步的科學(xué)探究能力。高中物理課在此基礎(chǔ)上應(yīng)更加注重學(xué)生在科學(xué)探究過程中的學(xué)習(xí)質(zhì)量，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。2.上海科教出版社出版的教材中“科學(xué)探究”的實(shí)踐本文以上海科教出版社出版的高中物理教材必修1第二章2.1、2.2兩節(jié)為例，談?wù)勑抡n程教材中“科學(xué)探究”的實(shí)踐。設(shè)置生活情景、問題沖突，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的興趣和動(dòng)機(jī)1.1. 從創(chuàng)設(shè)情景入手，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的興趣這套教材非常注重情景的創(chuàng)設(shè)，因?yàn)閯?chuàng)設(shè)情景有利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的興趣，當(dāng)一個(gè)人對(duì)事物或活動(dòng)產(chǎn)生興趣時(shí)，就會(huì)去關(guān)注它、研究它、掌握它。例如，在教材第二章的導(dǎo)言中，教材以圖2-1“著名的比薩斜塔”和文字介紹，把學(xué)生帶到了比薩斜塔。通過生動(dòng)活潑的語言“兩個(gè)不同重量的小球同時(shí)墜落地面的聲音是那么清脆動(dòng)聽，又那么震耳欲聾！”，給出了下落運(yùn)動(dòng)這個(gè)古老話題的答案：重量并不是下落速度快的原因。這個(gè)答案與學(xué)生的生活經(jīng)歷有很大的不同，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)探究這個(gè)問題的興趣。
例如，2.1節(jié)多次用8幅圖片營(yíng)造歷史場(chǎng)景和下落運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，使學(xué)生保持探索興趣。1.2.欲擒故縱，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索動(dòng)機(jī)。教材設(shè)計(jì)往往根據(jù)學(xué)生熟悉的事實(shí)引入問題，有時(shí)也采用欲擒故縱的方法。這樣容易使學(xué)生進(jìn)入角色，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索動(dòng)機(jī)。例如，2.1節(jié)以一個(gè)可以隨手進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn)開篇：“拿一個(gè)小球和一張紙條在手中，松手后，小球和紙條由靜止開始下落。”實(shí)驗(yàn)結(jié)果：小球先落地，紙條后落地。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象被學(xué)生親眼目睹，與本章開頭給出的正確結(jié)論相矛盾。同時(shí)，教材提出“下落運(yùn)動(dòng)很常見，你有沒有想過有什么問題值得研究？”的問題，激發(fā)學(xué)生的問題意識(shí)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索動(dòng)機(jī)。 上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與古希臘哲學(xué)家亞里士多德有關(guān)，他根據(jù)對(duì)類似現(xiàn)象的觀察，直接得出重的物體比輕的物體下落得更快的結(jié)論。面對(duì)這個(gè)哲學(xué)家的結(jié)論，學(xué)生會(huì)覺得必須進(jìn)行探索。“放手”是“放手”，但如何“抓住”呢？教材以“伽利略悖論”為切入點(diǎn)，驅(qū)散了阻力的迷霧。2.充分展現(xiàn)物理規(guī)律的探索過程，構(gòu)建學(xué)生的探索體驗(yàn)。2.1.通過介紹物理學(xué)家探索物理規(guī)律的過程，為學(xué)生提供探索過程的展示。在探索活動(dòng)中，學(xué)生通過經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的科學(xué)探索過程，學(xué)習(xí)物理知識(shí)與技能，體驗(yàn)科學(xué)探索的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)探索的科學(xué)方法，感悟科學(xué)思想與精神。例如，教材第2.1節(jié)以“一串問題”的形式展開了伽利略研究下落運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程，介紹了