上海科教版高中物理教材新課程標準中的“科學探究” 王良基 何潤偉 （安徽師范大學物理系，安徽蕪湖）（安徽省教育科學研究所，安徽合肥） 《普通高中物理課程標準（實驗）》（以下簡稱《標準》）指出：“在課程目標上，我們著眼于提高全體學生的科學素養。高中物理課程旨在進一步提高學生的科學素養，從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個方面對學生進行培養，為學生終身發展和應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎。” “高中物理課程應提倡學生自主學習，讓學生主動參與，樂于探索，勇于實驗，勤于思考。通過多種教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養學生的科學探究能力，逐步形成科學態度和科學精神。”本文以上海科教版高中物理新課標教材為例，闡述新高中物理課程中對科學探究的認識。 1、以科學探究的理念改革高中物理教學 科學探究原指科學家在研究自然界的科學規律時所開展的科學探究活動。20世紀80年代以來，世界各國的基礎教育都將科學探究引入學生的學習過程，讓學生模仿和體驗科學家在科學研究中采用的方法，獲取知識，感悟科學思想和方法，感悟科學家在探索自然規律時所開展的各種活動。 這突破了基礎教育學科的封閉狀態，讓學生置身于動態、開放、生動、多元的學習環境中，通過自主學習、自主探索獲得全新的學習體驗。
科學探究是學生在物理課程和現實生活中，通過問題發現、調查研究、動手操作、表達交流等探究活動，獲得知識、技能和方法的學習方式和過程。科學探究的目標是讓學生親身體驗探究過程，獲得智力和情感體驗，積累科學知識和方法。與傳統的接受性學習和訓練性學習相比，探究性學習更具有問題性、實踐性和開放性。在科學探究中，學生面對的不是教師和教科書預先設計好的問題，而是需要自己去發現問題、解決問題。20世紀，美國、法國等中小學流行的“動手操作式”科學教育方式，就是探究性學習的典型例子。美國《國家科學教育標準》認為，要提高學生的科學素養，整個學校體系必須發生重大變革，“科學教育所采用的新方法必須反映科學本身的實際實踐，強調科學探究是獲取知識和認識世界的一種方式。” “該標準不僅把學習科學看作一個過程”，“學習科學的中心環節是探究”，“學生能夠把科學知識與推理、思考能力結合起來，從而主動地獲得對科學的理解”。為此，提出科學課程應該圍繞“探究”展開，把科學標準置于科學探究過程中，從幼兒園到12年級對科學探究能力提出不同的要求。高中物理課程是科學領域的重要課程，將科學探究納入物理課程的內容標準，可以讓學生動腦、動手，引導學生改進學習策略和方法，通過學生自主的科學探究學習物理基本概念和規律。
掌握科學探究的基本技能，包括觀察、實驗、推理和信息的收集、處理和傳遞等。培養學生探索科學的興趣和對物理現象的好奇心，啟發學生獨立思考、勇敢實踐、創新的科學精神，逐步形成科學態度和科學價值觀。在深化課程改革的背景下，將科學探究納入內容標準，對于培養學生的創新精神和實踐能力無疑具有深遠的意義。有利于改變過去物理教學只重視科學知識，不重視科學技能；只重視結論，不重視過程和方法，科學態度和科學精神的培養沒有真正落到實處。讓學生在探究過程中學習科學知識和各種技能；讓學生在探究過程中結合過程和方法，這樣在學習科學知識的同時，也能學習科學方法，培養科學精神和科學態度。 需要注意的是，科學探究并不是學生學習物理的唯一途徑，也不要求學生在學習所有物理知識時必須參與整個探究過程，學生也可以參與其中的一些活動。科學探究符合建構主義理論。建構主義理論認為學習是一個不斷建構和發展的過程，學習過程就是學習者通過與外界環境的相互作用天津高中物理課本，逐漸建構關于外界的知識的過程，實現同化和順應。如果學習者能夠利用原有認知結構中的相關知識和經驗去“同化”新知識，就能賦予新知識一定的意義；如果經驗不能“同化”新知識，那么就要通過“順應”對原有的認知結構進行改造和重組。
正是在同化與適應的過程中，學習者不斷建構和完善自己的認知結構，實現認知發展。可見，物理教材和教學活動應該讓學生主動體驗、去經歷這個過程，因為通過體驗，新知識最能與學生原有的經驗產生互動，實現“同化”和“適應”。在《標準》中，科學探究是內容標準的一部分，是實現立體化課程目標，特別是“過程與方法”目標最有力的手段。 正如教材所言，“登山的樂趣在于攀登，探索的魅力在于過程。只有經歷了‘千里尋她’、‘白駒過隙’的艱辛，才會有‘驀然回首，她就在那兒，燈火闌珊處’的驚喜。”學習物理亦是如此，只有經歷了‘提出問題’、‘思考’、‘實驗’、‘解惑’的過程，才能體會到科學探索的無窮樂趣，享受體驗過程、獲得知識的無比喜悅。”科學探索作為課程內容，是提升科學素養的重要組成部分；作為學習方式，它與自主學習、合作學習同屬于發現式學習，幫助學生擺脫傳統的以教師為中心、以課堂為中心、以書本為中心的接受式學習方式，在學習過程中要求學生以誘導的方式促進思維的發展； 作為課程目標，意味著科學探索本身也需要探索和研究。從要素構成上看，科學探索似乎就是實驗探索，但這并不是一回事。實驗探索只是科學探索的一個組成部分，理論分析也是科學探索。
在上海科教出版社出版的教材中，“研究”、“分析論證”、“課外活動”、“資料瀏覽”、“STS”等欄目也是科學探究的有機組成部分。通過初中課程的學習天津高中物理課本，學生對科學探究的過程有了一定的體驗，具備了初步的科學探究能力。高中物理課在此基礎上應更加注重學生在科學探究過程中的學習質量，進一步加深學生對科學探究的認識，提高學生的科學探究能力。2.上海科教出版社出版的教材中“科學探究”的實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、2.2兩節為例，談談新課程教材中“科學探究”的實踐。設置生活情景、問題沖突，激發學生主動探究的興趣和動機1.1. 從創設情景入手，培養學生主動探究的興趣這套教材非常注重情景的創設，因為創設情景有利于培養學生主動探究的興趣，當一個人對事物或活動產生興趣時，就會去關注它、研究它、掌握它。例如，在教材第二章的導言中，教材以圖2-1“著名的比薩斜塔”和文字介紹，把學生帶到了比薩斜塔。通過生動活潑的語言“兩個不同重量的小球同時墜落地面的聲音是那么清脆動聽，又那么震耳欲聾！”，給出了下落運動這個古老話題的答案：重量并不是下落速度快的原因。這個答案與學生的生活經歷有很大的不同，激發了學生主動探究這個問題的興趣。
例如，2.1節多次用8幅圖片營造歷史場景和下落運動場景，使學生保持探索興趣。1.2.欲擒故縱，激發學生主動探索動機。教材設計往往根據學生熟悉的事實引入問題，有時也采用欲擒故縱的方法。這樣容易使學生進入角色，激發學生主動探索動機。例如，2.1節以一個可以隨手進行的演示實驗開篇：“拿一個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。”實驗結果：小球先落地，紙條后落地。這一實驗現象被學生親眼目睹，與本章開頭給出的正確結論相矛盾。同時，教材提出“下落運動很常見，你有沒有想過有什么問題值得研究？”的問題，激發學生的問題意識，激發學生主動探索動機。 上述實驗現象與古希臘哲學家亞里士多德有關，他根據對類似現象的觀察，直接得出重的物體比輕的物體下落得更快的結論。面對這個哲學家的結論，學生會覺得必須進行探索。“放手”是“放手”，但如何“抓住”呢？教材以“伽利略悖論”為切入點，驅散了阻力的迷霧。2.充分展現物理規律的探索過程，構建學生的探索體驗。2.1.通過介紹物理學家探索物理規律的過程，為學生提供探索過程的展示。在探索活動中，學生通過經歷與科學工作者相似的科學探索過程，學習物理知識與技能，體驗科學探索的樂趣，學習科學探索的科學方法，感悟科學思想與精神。例如，教材第2.1節以“一串問題”的形式展開了伽利略研究下落運動的整個過程，介紹了