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探究常被解读为“探索研究”,这不仅符合字面理解,也能帮助人们迅速掌握科学探究的真实含义.从人类发展的角度来看,探究其实近乎于一种本能,当人们身处未知世界时,会自然地有一种探究的欲望,正是这种本性驱动了社会的进步.因此,科学探究被赋予了很高的价值,新课程改革也将其当成教学方式与教学内容.同时,当人们系统、科学地认识、研究科学探究本身时,科学探究又被认为是一种“系统的调查研究活动,以发现并描述自然界的客观规律”.在义务教育物理课程标准及其解读中,科学探究被描述为包括若干要素在内的系列活动.
这样的描述可以让初步接触者迅速地对科学探究有一个比较全面的理解,但同时问题也由此而来,当一种自然的、生态的探究过程被抽象为一种程式化的活动时,如果忽略了探究本身包含的特质,则科学探究便易形式化、虚假化,由此会产生两个消极结果,一是知识并非真正的探究而得,有花无根,有果无实,科学探究容易沦落为花拳秀腿;二是对科学探究造成误解,认为科学探究就是根据一定的程式依次而为,从而可能对科学史造成错误的认识.因此,在课程改革十年后,在新修订的课程标准颁布之际,笔者认为有必要再次对科学探究进行梳理,以认清曾经的不足,从而在新的课改征程中创造一个真实的科学探究情境.例析如下:
示例探究杠杆的平衡条件
不少课堂都有这样的探究历程:(在给出杠杆的五个基本要素、及杠杆平衡的概念之后,立即开始探究)
1.提出问题环节
教师直接提出问题:杠杆的平衡条件是什么呢?
提出问题是科学探究的第一个环节,爱因斯坦曾说过,提出一个问题有时比解决一个问题还重要.可在我们的课堂上,尤其是在一些所谓的探究的课堂上,问题往往是由教师提出的,有时即使是由学生提出,也是学生提前看书,或通过其它方式提出的.
事实上,一个值得探究的问题的提出,一般是情境作用的结果,也就是说,没有一定的情境,理论上是不可能会产生有探究价值的问题的.以本知识为例,可以创设一个简单的情境:在杠杆的两端随机挂两个物体,杠杆不能平衡;在杠杆的两端再“随机”挂两个物体,杠杆平衡了——这里的随机之所以要加引号,是因为此时实际上不是随意的,而是教师内心算好的.在这种不平衡与平衡的比较当中,问题情境就出来了,问题也就自然而然地产生了.
2.猜想
学生:可能与动力和阻力的大小有关;可能与动力和阻力作用点到支点的距离有关……
教师提出观点:事实上,杠杆的平衡与动力和阻力作用点到支点的距离是没有关系的,因为……,同学们再继续猜想.
学生猜想不出.教师又说,实际上,杠杆平衡是与支点到动力和阻力的作用线有关的.
很显然,这样的猜想是流于形式.猜想是科学探究中很有魅力的一个过程,因为面对着提出的问题,学生需要调动头脑中的许多经验,同时又要将原先学过的知识重现出来,这是一个智力高度活动的过程,当学生引用经验错误,或调用知识不当,均有可能出现错误的猜想.而当正确与错误的猜想同时出现时,学生之间往往又会出现一些冲突并且为之据理力争.这是课堂的魅力所在,也能体现科学探究应有的争论,在其中还可以渗透情感态度与价值观教育.
而在上述猜想过程中,我们发现,教师将学生猜想出的错误因素直接否定,又直接给出正确的猜想(其实是答案),这完全是一种走形式的猜想,基本上没有什么价值.
3.计划与设计;实验:首先设计出实验装置—— 一般的杠杆装置(图略);
教师引导学生制定实验步骤,然后进行实验,过程简述如下:在杠杆的左右两边分别挂上钩码,将两边的拉力分别记作F1和F2,测出相应的力臂,即可证明有关猜想.
这样的计划与设计以及实验也是没有意义的,一方面是因为上面的猜想已经被过滤与提纯,失去了科学探究应有的证伪过程.事实上,如果上面的学生猜想不是教师直接否定,而留在此两个环节进行证伪,则本节课是很有意思的:一方面,学生有可能实验来证明杠杆平衡时,力与力的作用点到支点距离的乘积相等,从而认为自己的猜想正确;另一方面,教师又可以提供另一种情况,即杠杆平衡时力与力的作用点到支点的乘积不相等.这两种对立的结果会造成认知上的冲突,在证伪中增加课堂的探究气氛.
一旦口头说明哪个因素是真因素,哪个因素是伪因素,则探究的魅力减掉一半,而所谓的实验证明也成了课程专家所说的“指令性实验”,这显然不是真正的探究课堂.
4.数据处理环节
一般教材上,杠杆平衡条件的探究都是用的教材上事先设计好的表格,基本包括两个力与两个力臂,然后让学生将表格填进去.这样操作多了,也没有发现什么不妥.
但如果我们多点质疑精神,我们也可以将这个环节设计得更完善.比如可以让学生根据本实验中要测的数据设计表格,在设计的过程中发现行和列分别放哪些因素比较合理;在填写数据的过程中去发现必须在表头中写上单位,因为这样可以省去数据填写过程中的麻烦.在实际教学中,我们发现学生设计表格的能力其实是不容乐观的,读表的能力也是亟需提高的,而要提高这些能力,在科学探究的过程中着手培养是最佳的选择.
同时,数据处理也是一个很有展开空间的环节.因为有时根据数据的偶然性,会出现“动力 动力臂=阻力 阻力臂”的结果(有些试题当中已经出现),如果学生有了这一发现,当然应当表扬,因为这也是数据处理的一种过程,尽管结果是错误的.如果能基于学生的错误,让学生得出“不同的物理量不可以进行加减运算”的结论,则本环节的意义显然会超越最终得出的科学结论.
5.结论
很多时候,得出结论被视为科学探究过程的结束,也因此往往我们习惯把正确结论提供给学生.
事实上,学生根据实验及自身的理解,往往对探究结果的描述与科学的描述是不一致的.例如本探究过程的最后,学生对杠杆平衡条件的描述可能是多种多样的.在笔者的教学中,就有这样一些说法:
杠杆平衡时,动力乘动力臂与阻力乘阻力必须相等;
杠杆平衡时,力与力臂成反比;
甚至还有实验做对,但结论表达错误的情况.
出现这些情况其实都是正常的,因为学生的表达不可能一次性与教材相同,只要意思正确,就应该大力鼓励.而如果实验做对了,结论还表达错了,恰恰说明学生的表达能力还需要大力培养,只有在错误的暴露过程中,在错误的解决过程中,学生的缺失才有可能被弥补,能力也才会提高.
当然,如课程标准及解读所说,一节科学探究的课堂不一定是面面俱到的,也就是说不一定每个因素都必须完全展开进行,一是时间不允许,二是没有必要.以上所分析的,只是从科学探究的全部维度进行的完全解读与思考,不意味着课堂必须完全如此进行,其中真味,需要不同的教者因时而异、因势而异,巧妙把握.
这样的描述可以让初步接触者迅速地对科学探究有一个比较全面的理解,但同时问题也由此而来,当一种自然的、生态的探究过程被抽象为一种程式化的活动时,如果忽略了探究本身包含的特质,则科学探究便易形式化、虚假化,由此会产生两个消极结果,一是知识并非真正的探究而得,有花无根,有果无实,科学探究容易沦落为花拳秀腿;二是对科学探究造成误解,认为科学探究就是根据一定的程式依次而为,从而可能对科学史造成错误的认识.因此,在课程改革十年后,在新修订的课程标准颁布之际,笔者认为有必要再次对科学探究进行梳理,以认清曾经的不足,从而在新的课改征程中创造一个真实的科学探究情境.例析如下:
示例探究杠杆的平衡条件
不少课堂都有这样的探究历程:(在给出杠杆的五个基本要素、及杠杆平衡的概念之后,立即开始探究)
1.提出问题环节
教师直接提出问题:杠杆的平衡条件是什么呢?
提出问题是科学探究的第一个环节,爱因斯坦曾说过,提出一个问题有时比解决一个问题还重要.可在我们的课堂上,尤其是在一些所谓的探究的课堂上,问题往往是由教师提出的,有时即使是由学生提出,也是学生提前看书,或通过其它方式提出的.
事实上,一个值得探究的问题的提出,一般是情境作用的结果,也就是说,没有一定的情境,理论上是不可能会产生有探究价值的问题的.以本知识为例,可以创设一个简单的情境:在杠杆的两端随机挂两个物体,杠杆不能平衡;在杠杆的两端再“随机”挂两个物体,杠杆平衡了——这里的随机之所以要加引号,是因为此时实际上不是随意的,而是教师内心算好的.在这种不平衡与平衡的比较当中,问题情境就出来了,问题也就自然而然地产生了.
2.猜想
学生:可能与动力和阻力的大小有关;可能与动力和阻力作用点到支点的距离有关……
教师提出观点:事实上,杠杆的平衡与动力和阻力作用点到支点的距离是没有关系的,因为……,同学们再继续猜想.
学生猜想不出.教师又说,实际上,杠杆平衡是与支点到动力和阻力的作用线有关的.
很显然,这样的猜想是流于形式.猜想是科学探究中很有魅力的一个过程,因为面对着提出的问题,学生需要调动头脑中的许多经验,同时又要将原先学过的知识重现出来,这是一个智力高度活动的过程,当学生引用经验错误,或调用知识不当,均有可能出现错误的猜想.而当正确与错误的猜想同时出现时,学生之间往往又会出现一些冲突并且为之据理力争.这是课堂的魅力所在,也能体现科学探究应有的争论,在其中还可以渗透情感态度与价值观教育.
而在上述猜想过程中,我们发现,教师将学生猜想出的错误因素直接否定,又直接给出正确的猜想(其实是答案),这完全是一种走形式的猜想,基本上没有什么价值.
3.计划与设计;实验:首先设计出实验装置—— 一般的杠杆装置(图略);
教师引导学生制定实验步骤,然后进行实验,过程简述如下:在杠杆的左右两边分别挂上钩码,将两边的拉力分别记作F1和F2,测出相应的力臂,即可证明有关猜想.
这样的计划与设计以及实验也是没有意义的,一方面是因为上面的猜想已经被过滤与提纯,失去了科学探究应有的证伪过程.事实上,如果上面的学生猜想不是教师直接否定,而留在此两个环节进行证伪,则本节课是很有意思的:一方面,学生有可能实验来证明杠杆平衡时,力与力的作用点到支点距离的乘积相等,从而认为自己的猜想正确;另一方面,教师又可以提供另一种情况,即杠杆平衡时力与力的作用点到支点的乘积不相等.这两种对立的结果会造成认知上的冲突,在证伪中增加课堂的探究气氛.
一旦口头说明哪个因素是真因素,哪个因素是伪因素,则探究的魅力减掉一半,而所谓的实验证明也成了课程专家所说的“指令性实验”,这显然不是真正的探究课堂.
4.数据处理环节
一般教材上,杠杆平衡条件的探究都是用的教材上事先设计好的表格,基本包括两个力与两个力臂,然后让学生将表格填进去.这样操作多了,也没有发现什么不妥.
但如果我们多点质疑精神,我们也可以将这个环节设计得更完善.比如可以让学生根据本实验中要测的数据设计表格,在设计的过程中发现行和列分别放哪些因素比较合理;在填写数据的过程中去发现必须在表头中写上单位,因为这样可以省去数据填写过程中的麻烦.在实际教学中,我们发现学生设计表格的能力其实是不容乐观的,读表的能力也是亟需提高的,而要提高这些能力,在科学探究的过程中着手培养是最佳的选择.
同时,数据处理也是一个很有展开空间的环节.因为有时根据数据的偶然性,会出现“动力 动力臂=阻力 阻力臂”的结果(有些试题当中已经出现),如果学生有了这一发现,当然应当表扬,因为这也是数据处理的一种过程,尽管结果是错误的.如果能基于学生的错误,让学生得出“不同的物理量不可以进行加减运算”的结论,则本环节的意义显然会超越最终得出的科学结论.
5.结论
很多时候,得出结论被视为科学探究过程的结束,也因此往往我们习惯把正确结论提供给学生.
事实上,学生根据实验及自身的理解,往往对探究结果的描述与科学的描述是不一致的.例如本探究过程的最后,学生对杠杆平衡条件的描述可能是多种多样的.在笔者的教学中,就有这样一些说法:
杠杆平衡时,动力乘动力臂与阻力乘阻力必须相等;
杠杆平衡时,力与力臂成反比;
甚至还有实验做对,但结论表达错误的情况.
出现这些情况其实都是正常的,因为学生的表达不可能一次性与教材相同,只要意思正确,就应该大力鼓励.而如果实验做对了,结论还表达错了,恰恰说明学生的表达能力还需要大力培养,只有在错误的暴露过程中,在错误的解决过程中,学生的缺失才有可能被弥补,能力也才会提高.
当然,如课程标准及解读所说,一节科学探究的课堂不一定是面面俱到的,也就是说不一定每个因素都必须完全展开进行,一是时间不允许,二是没有必要.以上所分析的,只是从科学探究的全部维度进行的完全解读与思考,不意味着课堂必须完全如此进行,其中真味,需要不同的教者因时而异、因势而异,巧妙把握.