浅谈科学探究的教学设计与实施中的几个问题

苏明义

《义务教育物理课程标准》（下简称《课标》）将科学探究纳入了物理教学的内容，旨在将学习重心从过去的过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，这一方面为实现学生学习方式的多样化提供了有效的途径，另一方面也为落实“过程与方法”目标找到了可靠的载体，同时也使得物理教育在培养学生的创新精神、实践能力和实事求是的科学态度有了可操作的内容。

关于在义务教育阶段物理课程中落实科学探究的问题，在《课标》中列出了如下的基本要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。那么这些要素（或科学探究的环节）在教学中如何落实呢？

在《课标》物理教材的试教过程中，关于如何有效的进行科学探究的教学，广大教师做了很多有益的尝试，但也还存在着许多值得研究的的问题，如在实际教学中所遇到的教学内容与课时紧张之间的矛盾；将科学探究内容本应让学生经历或体验的探究过程转化为知识性的内容进行讲授；将科学探究变成传统意义上的学生实验等。那么如何才能设计好科学探究的教学，使《课标》中提出的物理课程的三维目标真的落到实处呢？笔者结合教材培训和深入试验区听课的过程的一些体会，谈点粗浅的看法。

一、科学探究教学的设计中的几个问题

为了科学有效的实施科学探究教学，笔者认为科学探究教学的设计应在认真分析科学探究的内容的特点和学生的能力水平的基础上，思考清楚如下几个问题：

1．明确科学探究的目的，挖掘学生在经历科学探究过程中的重点环节

教师要有目的地设计物理探究活动的内容、目标、形式、方法和评价等方面的内容，特别是要根据具体的探究内容和学生的实际情况，从落实物理教育的三维目标来全面的考虑，充分挖掘科学探究的“过程与方法”、“情感态度和价值观”方面的教育因素，突出科学探究的重点环节，而不必对科学探究全部要素都面面俱到。

例如对于探究熔化与凝固的条件，由于有些教材对此教学内容安排得比较靠前，学生尚没有较强的科学探究能力，同时学生对不同物质的熔化与凝固现象缺少必要的感性认识，因此对于“猜想与假设”、“制定计划与设计实验”等环节可以由教师直接给出，而应将学生探究的重点放在“收集证据”、“分析与论证”和“交流与合作”等环节上。这样可以充分的让学生体验他们力所能及的科学探究过程，从而有效的落实过程与方法目标。

再如探究凸透镜成像的规律，学生在学习物理之前，一般对凸透镜成像已有初步的了解，但由于这个探究实验的设计与操作相对较为抽象，所以“提出问题”、“制定计划与设计实验”就不应是本探究活动的重点，而应将探究的重点放在“进行实验与收集证据”、“分析与论证”和“评估”等环节上。

2．面向全体学生，突出学生的主体地位

在学生经历科学探究的过程中，要充分尊重学生的主体地位，发挥学生的主观能动作用，教师应成为科学探究活动的组织者和引导者。科学探究与传统意义上的学生实验不同，传统的学生实验是在统一的实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、记录表格等基础上，期望学生能得出统一的结论。这样的实验教学在培养学生规范的实验操作能力方面有它的积极作用，但也必须看到这样的实验教学在培养创新意识和实践能力、实事求是的科学态度和情感等方面的弱势。

《课标》所倡导的是学生主动参与式的科学探究，因此在让学生经历科学探究的过程中，要充分发挥学生的主体作用，注重学生之间的交流与讨论，允许学生提出和实施不同的探究方案。如对于探究平面镜成像的特点，由于探究的操作并不复杂，同时学生对于平面镜成像像问题在日常生活中已有较丰富的感性认识，因此探究的重点可以放在“提出问题”、“猜想与假设”、“制定计划与设计实验”等环节上。学生根据日常生活的经验猜想可能是像的大小与物到镜的距离有某种关系、物和像到镜的距离可能相等，等等，并会提出各种不同的实验验证的设计。这时我们应尊重学生所设计的实验方案，为他们提供必要的器材，以满足学生的主体意识。特别是对哪些在掌握知识与技能目标不太理想的学生，更要尊重他们设计的实验方案，在教师的引导与点拔的基础上，从实验器材方面尽量满足他们的实验设计要求，以使他们也能体验到成功的喜悦。

3．科学探究的教学设计要符合科学性原则

科学性原则包括两层含义：

（1）从教育科学的角度看，教学设计要科学，要符合学生的认知规律有实际能力水平。物理教学中的科学探究与科学家的探究活动不同，因此教师的组织者、引导者的作用主要体现在教学设计要是充分考虑教学中的可行性问题，同时还要尊重个体差异，面向全体学生，使每个学生在科学探究活动中都能得到成功体验。

（2）从科学方法论角度看，教学内容要科学，要符合科学探究方法的逻辑关系。有些教师在教学中将科学探究的目标直逼知识与技能目标，而不顾科学探究过程中科学方法的渗透与体验。如在探究电流与电压、电阻的关系中，得出电阻一定时I∝U、电压一定时I∝1/R的关系诚然是重要的，但这个科学探究活动的重点应是让学生体会如何控制变量，如何分析与论证电流与电压、电阻的正、反比关系，而有的教师只关注知识目标，草率的处理分析与论证过程，而急于给出I=U/R的关系式。显然I∝U、I∝1/R与I=U/R关系式之间还是有一段距离的（这要求上述的两个比例式中的比例系数要相同才行），如果不分析清楚这种不完全归纳的局限性、不对欧姆是如何通过艰苦的研究过程才得出欧姆定律的过程进行必要的说明，而急迫的总结出I=U/R关系式，一方面学生的分析与论证过程中能力的培养难以落实；另一方面学生会感觉得出物理规律并不难，并会将这种简单的总结方法盲目的推广；同时也失去了培养学生实事求是、勇于探索的科学态度的良好时机。

二、科学探究教学的实施策略

在实施科学探究教学中一个突出的问题是教学内容与课时紧张之间的矛盾，常听一些教师讲，在现行的课时安排下，很难面向全体学生，很难落实科学探究的七个环节，同时学校实验室的器材配备也不能满足学生的探究活动。其实只要是认真研究具体的科学探究的内容，分析清楚科学探究的目的和学生的个性特点，解决上述矛盾来是有出路的。

1．面向全体学生分层次提问，充分交流和讨论

不论是在提出问题、猜想假设，还是在分析论证、交流与合作等环节上，一般教师都愿意由基础好、学习能力强的学生作为主发言人谈自己的看法，再由教师的点评。其实我们可以先由基础欠佳或能力不理想的学生先发表自己看法，再由基础好、能力强的学生来补充，这样可以给不同层次的学生都有表现和体验成功的机会，其所用的教学时间并不会有太大的差别。因此我们在实施教学的过程中，要尊重每一个学生，适时的为他们创设体验成功的环境。

2．分散与集中相结合解决课时矛盾

对于某一具体的科学探究内容，学生可能提出不同的猜想和假设，因而设计出不同的实验验证方案。如果每个学生对所有的猜想和假设都进行实验验证，课上的时间有时会很紧张，所以我们可以让学生根据自己的猜想和假设（或在众多的猜想和假设中选择一两个）进行验证。然后通过交流和讨论将每一种猜想和假设的验证情况进行“资源供享”，并鼓励学生对于课上未进行验证的内容在课下再进行研究，这样便可以解决课时紧张的困难。

如探究影响导体电阻大小的因素，学生根据日常生活中的经验和教师对电流和水流的类比，有可能对影响的因素进行合理的猜想，如电阻与导体的材料、长短、粗细、温度等有关，我们可以将学生分为四组分别进行验证，然后再通过交流和讨论，统一验证同一因素的各组之间的认识，并汇总验证不同因素的各组的结论，从而得出影响导体电阻大小的因素的实验结论。

这样的教学设计既可以在有限的课堂教学时间内完成探究任务，又使学生在经历科学探究过程中对“过程与方法”进行了充分的体验。所以这样的处理可以提高科学探究教学的效率，同时也不消弱使学生经历科学探究过程的教育功能。

3．开放与集中相结合，解决实验器材不足的困难

由于目前学校实验室的器材配备是按过去《教学大纲》的要求装备的，所以面对新教材的使用，显得有些不匹配。因此我们可以采取开放式研究与集中讨论相结合的方法来解决所面临的困难。

如对于探究影响摩擦力大小的因素的教学，由于学生在日常生活中对摩擦力已有较丰富的感性认识，当然其中也不泛一些片面的认识。因此在“猜想与假设”和“制定计划与设计实验”的过程中，学生会提出各种不同的猜想，并设计出多种可能的验证方案。考虑到这个探究活动内容的特点，实验器材较为简单，因此应允许学生根据自己设计的验证方案进行个性化的实验，而不必局限在统一的用测力计在木板上拉木块的模式。如有的学生提出用手在桌面上摩擦、并在手与桌面之间垫上不同的材料来体验影响摩擦力大小的因素；有的学生提出通过改变斜面的倾角来改变压力大小的方法；有的学生提出将木块压在竖直墙壁上、并在木块与墙壁之间垫上不同的材料来研究，等等。学生提出的各种可能的方案既可以解决实验器材紧张的困难，同时在充分肯定学生的实验设计方案的过程中，对于培养学生的创新意识和发散思维等方面也会起到积极的作用。

当然，科学探究应渗透在教学的各个环节中，本文讨论的只是在一些大型的科学探究活动的设计中所考虑的问题。要真正落实《课标》中所提出的物理课程的三维目标，还需要在教