对新课标高中物理教材中科学探究观的几点认识上海科技教育出版社.docx
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对新课标高中物理教材中科学探究观的几点认识上海科技教育出版社
沪科教版高中物理新课标教科书中的“科学探究”
王良继何润伟
（安徽师范大学物理系安徽芜湖241000）（安徽省教科所安徽合肥230061）
《普通高中物理课程标准（实验）》（以下简称《标准》）指出：
“在课程目标上注重提高全体学生的科学素养。
高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。
”“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。
通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。
”本文以沪科教版高中物理新课标教科书为例，阐述对高中物理新课程中科学探究的的认识。
一、用科学探究的理念改革高中物理教学
科学探究原指科学家们研究自然界的科学规律时，所进行的科学研究活动。
进入20世纪80年代以来，世界各国的基础教育都将科学探究引入学生的学习过程之中，让学生模仿和经历科学家进行科学研究时的方法，去获取知识，领悟科学的思想和方法，领悟科学家探究自然规律时所进行的各项活动。
这样就突破了基础教育中的学科封闭状态，把学生置于动态、开放、生动、多元的学习环境中，使其在自主学习、自主探索中获得一种新的学习体验。
科学探究是学生在物理课程和现实生活的情境中，通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能、方法的学习方式和学习过程。
科学探究关注的目标是，让学生经历探究过程、获得理智和情感体验、积累科学知识和方法等。
与传统的接受性学习和训练性学习相比较，探究性学习具有更强的问题性、实践性和开放性。
在科学探究中，学生不是面对教师和课本事先设计好的问题，而是需要自己去发现问题和解决问题。
20世纪，在美国和法国中小学流行一种“动手做”的科学教育方法，就是探究性学习的一种典型例子。
美国的《国家科学教育标准》认为，为了提高学生的科学素养，整个学校系统必须作重大改变，“科学教育采用的新方法必须能反映科学本身的实际搞法，强调把科学探究作为获取知识和认识世界的一种方法。
”“这部标准不仅仅把学科学作为一种过程”，“学科学的中心环节是探究”，“学生们这样做就可以把科学知识与推理和思维的技能结合起来，从而可以能动地获得对科学的理解。
”为此提出，科学课程要围绕“探究”加以组织，并将科学标准置于科学探究的过程之中，对从幼儿园到12年级的科学探究能力分别提出了不同的要求。
高中物理课程是科学领域中的一门重要课程，将科学探究列入物理课程的内容标准之中，让学生动脑动手，引导学生改进学习的策略和学习方法，通过学生自主的进行科学探究，学习物理的基本概念和基本规律。
掌握进行科学探究的基本技能，包括观察、实验、推理方面的技能，以及收集信息、处理信息、传递信息的技能。
培养学生探索科学的兴趣和对物理现象的好奇心，激发学生独立思考、勇于实践、敢于创新的科学精神，逐步形成科学态度和科学的价值观。
在课程改革不断深入的形势下，把科学探究列入内容标准，对培养学生的创新精神和实践能力，无疑具有深远的意义。
它有利于改变过去的物理教学只重视科学知识，不重视科学技能；只重视结论，不重视过程和方法，以及科学态度和科学精神的培养得不到真正落实的情况。
使学生在探究过程中，既学习了科学知识，又可以学到各种技能；让学生在探究的过程中，把过程和方法结合在一起，从而在学习科学知识的同时，又学习了科学的方法，培养了科学精神和科学态度。
应该注意的是，科学探究并不是学生学习物理的唯一方法，也并不是要求学生在学习所有物理知识时，都要参与探究的全过程，学生也可以是参与其中某一部分的活动。
科学探究是符合建构主义理论的。
建构主义理论认为，学习是一个不断建构和发展的过程。
学习过程是通过学习者与外部环境相互作用，实现同化和顺应，来逐步建构有关外部世界知识的过程。
学习者若能利用自己原有的认知结构中的有关知识与经验去“同化”新知识，便能赋予新知识以某中意义；如果经验不能“同化”新知识，则要通过“顺应”对原有认知结构进行改造与重组。
学习者正是在同化和顺应中不断建构和完善其认知结构，实现认知的发展。
可见，物理教科书和教学活动应让学生主动去体验、经历过程，这是因为通过体验、经历，能最有效地使新知识与学生原有经验相互作用，进行“同化”和“顺应”。
在《标准》中，科学探究作为内容标准的一部分，它是实现三维课程目标的最有力手段，对“过程与方法”这一目标尤其如此。
正如教科书中所言，“登山的乐趣在于攀登，探究的魅力在于过程。
只有经受了‘众里寻她千XX’、‘为伊消得人憔悴’的磨难，才会有‘蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处’的惊喜。
学习物理亦是如此，只有经历了‘提问’、‘思考’、‘实验’、‘释疑’等过程，你才能体验到科学探究的无穷乐趣，享受到经历过程、收获知识的无比喜悦。
”
科学探究作为课程内容是提高科学素养的重要组成部分；作为学习方式，与自主学习、合作学习一起，属于发现式学习，有助于使学生摆脱传统的以教师为中心、以课堂为中心、以书本为中心的接受式学习方式，学习过程中要求学生采用归纳法，促进思维的发展；作为课程目标，意味着科学探究本身也是需要探究研的。
从要素构成看，科学探究似乎就是实验探究，但这并不是一回事。
实验探究只是科学探究的一个组成部分，理论分析同样是科学探究。
结合沪科教版教科书来看，“课题研究”、“分析论证”“课外活动”、“信息浏览”、“STS”等栏目同样是科学探究的有机组成部分。
通过初中课程的学习，学生对科学探究的过程有了一定的体验，并具有了初步的科学探究能力。
高中阶段的物理课，应该在这个基础上更加关注学生在科学探究过程中的学习质量，进一步加深对科学探究的理解，提高科学探究的能力。
二、沪科教版教科书中关于“科学探究”的做法
本文以沪科教版高中物理教材必修1第2章2.1和2.2两节为例，谈谈新课标教科书中“科学探究”的做法。
1、设置生活情景和问题冲突，激发学生积极探究的兴趣和动机
1.1、从创设情景出发，培养学生主动探究的兴趣
这套教科书十分注重情景创设，因为创设情景有利于培养学生主动探究的兴趣，而一个人对事物或活动产生了兴趣，就会去注意它，研究它，直至掌握它。
比如在教材第2章引言部分，开篇利用图2—1“著名的比萨斜塔”并配合文字介绍，把学生一下子带到了斜塔旁，通过生动活泼的语言“两个轻重不同的小球同时落地的声音，是那样的清脆美妙，又是那样的震耳发聩！
”给出了落体运动这一古老课题的答案：
轻重不是下落快慢的原因。
这一答案与学生生活经验大相径庭，激起了学生主动探究这一问题的兴趣。
又如2.1节利用8幅图片，多次创设历史情景和落体运动情景，保持了学生继续探究的兴趣。
1.2、欲擒故纵，激发学生积极探究的动机
教科书的设计，还常常从学生熟悉的事实出发来引入问题，有时采用欲擒故纵的办法。
这样做使学生容易进入角色，能激发学生积极探究的动机。
比如2.1节开头通过一个可随手进行的演示实验：
“用手拿一个小球和一张纸片，放开后，小球和纸片从静止开始下落。
”实验结果：
小球先落地，纸片后落地。
这一实验现象是学生亲眼目睹到的，与本章开篇给出的正确结论发生了冲突。
同时，教材提出“落体运动十分常见，你思考过其中有哪些值得研究的问题吗？
”这样一个问题，唤起了学生的问题意识，激发了学生积极探究的动机。
上述实验现象和古希腊哲学家亚里士多德联系在一起，他根据对上述类似现象的观察，直接得出结论：
重的物体比轻的物体下落得快。
面对这位哲人的结论，学生会感到非探究不可。
“纵”是“纵”了，如何才能“擒”？
教材通过“伽利略佯谬”，拨开了阻力的迷雾。
2、充分展示物理规律的探究过程，构建学生探究的体验
2.1、通过介绍物理学家探究物理规律的过程，提供学生探究过程的示范
学生在探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。
比如教材2.1节以“问题串”的形式对伽利略对落体运动的研究的全过程进行了展开，介绍了他在研究过程中多次遇到的困难和解决办法，多次渗透了物理学的研究方法，最后概括出他对落体运动的研究思路：
问题——猜想——数学推理——实验验证——合理外推——得出结论。
教科书的这一安排很好的贯彻了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维课程目标。
2.2、设计“课题研究”，构建学生亲身经历探究过程的体验
科学探究的方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握以及各探究要素意义的认识，都有一个系统学习和不断加深的过程。
为了及时巩固学生的体验，内化为学生自身的经验，教科书设计了一供学生探究的“课题研究”。
它要求学生带着问题去图书馆或上网查找亚里士多德和伽利略的有关资料，写一篇关于这两位伟大学者的科学观念、方法、态度等的调研报告。
3、多管齐下，坚定学生探究的意志
3.1、通过介绍物理学史上科学家探究的艰辛历程，给学生树立科学探究的榜样
教材在“伽利略的探究之路”上花了较多篇幅，介绍了伽利略在研究过程中遇到了多次困难并最终取得成功的史实，给学生树立了榜样，锻炼了学生不畏困难的意志品质。
3.2、通过对物理规律进行数学推导，训练学生的抽象思维，培养学生探究过程中深思熟虑的意志品质
高中阶段，学生的思维得到进一步发展，经历从“经验型”“形象思维”向“理论型”“抽象思维”转化的阶段。
在物理学习中，高中学生的思维更有高度的抽象概括性，能够用理论作指导，运用辨证思维来分析，综合各种事实材料，从而不断扩大自己的知识。
物理离不开数学，物理规律需要用数学来表达。
如教材2.2在“分析论证”和“多学一点”两个栏目中利用不同的方法推导了自由落体的位移公式。
在“分析论证”中，教材从匀速直线运动开始，考虑了初高中的衔接，保证了学生的学习能够顺利进行。
学生经历数学推导后，抽象思维得到了训练，对物理规律有了更加深入的定量的认识，从而培养起学生科学探究时深思熟虑的意志品质。
3.3、通过实验探究，培养学生探究过程中果断的意志品质
物理学是一门以实验为基础的科学，实验教学有助于学生掌握和运用基本的物理知识与技能；体验科学探究过程，学习科学研究方法；提高动手能力，增强创新意识和实践能力，发展科学探索的兴趣与热情。
比如教材2.2中不失时机地在“实验探究”栏目中安排了测定重力加速度的大小的实验，并要求利用2.1中图2—8所示的频闪照片来设计实验，体现了教材逻辑上的顺序性和STS的教育思想。
实验探究有助于学生提高动手能力，增强创新意识，能培养学生实施探究过程当中果断的意志品质。
4、渗透探究的方法和手段，增强学生探究的能力
科学探究需要借助一定的方法和手段。
学生只有掌握了一定的方法和手段，才能增强科学探究的能力。
4.1、物理离不开数学，数学的思想和方法自然成为物理学探究的方法和手段。
如教材2.2中图2—9、图2—10和图2—11均运用v-t图像来描述运动规律，图2—12介绍了刘徽的“割圆术”，其中分割与逼近的方法在图2—11“用一系列匀速直线运动代替连续变化的匀变速直线运动的v-t图像”中得到很好的应用，渗透了数学极限的思想。
学生通过学习，训练了思维，提高了科学探究的能力。
4.2、物理是科学领域的一门分支学科，而科学、技术、社会的关系日益密切。
教材2.1图2—8给除出了用频闪照相的方法拍摄的小球做自由落体运动的照片，2.2实验探究部分建议学生利用Excel等电脑软件绘出v-t图像。
在科技高速发展的今天，学生掌握一定的技术手段，同样会大大提高科学探究的能力。
4.3、物理是以实验为基础的学科，实验理所当然成为科学探究的重要方法和手段
《标准》把“科学探究能力要求”与“物理实验能力要求”放到一起，单独列为一条作为内容标准的一部分，由此可以看出，实验必然成为科学探究的重要方法和手段。
实验不仅包括演示实验，还包括为学生精心设计的用来探究的实验。
前文已经给出相关的例子，此处从略。
以上笔者从教科书的两节内容入手，进行了典型案例的分析，下面列出物理1、物理2中关于“科学探究”的一些具体安排。
《标准》规定物理1的内容有“运动的描述”、“相互作用与运动规律”两个二级主题，物理2的内容有“机械能和能源”、“抛体运动与圆周运动”、“经典力学的成就与局限性”三个二级主题，具体各章内容如表1所示
表1
物理1
物理2
开篇激动人心的万千体验
第1章研究抛体运动
第1章怎样描述物体的运动
第2章研究圆周运动
第2章研究匀变速直线运动的规律
第3章动能变化与机械功
第3章力与相互作用
第4章能量与可持续发展
第4章怎样求合力与分力
第5章万有引力与航天
第5章研究力和运动的关系
第6章经典力学与现代物理
总结与评价课题研究成果报告会
（可供选择的课题6个）
总结与评价课题研究成果报告会
（可供选择的课题9个）
为了在各章中贯彻和实施“科学探究”，教科书安排了“实验探究”、“课题研究”、“课外活动”、“信息浏览”等10个栏目，现将部分栏目分别在物理1、物理2中出现的数量统计出来，如表2所示
表2
栏目
数量
实验探究
课题研究
课外活动
信息浏览
STS
分析论证
多学一点
物理1
12
6
4
10
8
3
17
物理2
8
5
1
18
1
12
10
另外，“讨论与思考”栏目在物理1中出现了19次，物理2中也多次以“请思考”的形式出现；“案例分析”几乎每节都有，部分节还不止一个；“家庭项目”几乎每节后有一个，每章后有一个。
为了说明新课标教科书对“科学探究”的关注程度，现将物理1、物理2中“实验探究”这一栏目出现的具体情况列表分别见表3、表4
表3（该表中完整的探究活动4个）
1、用光电门测量瞬时速度
2、利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度
3、测定重力加速度的大小
4、探究相互作用力大小
5、探究浮力的反作用力
6、探究胡克定律
7、探究滑动摩擦力大小的规律
8、体验静摩擦力
9、探究合力与它的两个分力之间的关系
10、研究三个共点力平衡时满足的条件
11、探究a跟F、m的关系
12、通过观察测力计示数的变化体会超重和失重
表4（该表中较完整的探究活动3个）
1、通过研究橡皮的运动探究运动的合成与分解规律
2、研究平抛运动
3、研究斜抛运动的射程和射高
4、用实验验证向心力公式
5、研究离心现象
6探究恒力做功与物体动能变化的关系
7、验证机械能守恒定律
8、探究光电效应的实验规律
综观以上两表和表1不难看出，实验探究分布在各章节当中，从课内延伸到课外，从普通要求扩展到提高的要求，从常用器材发展到运用现代化的教学手段，时间上延续较长，使学生从不同方面得到真正的有效的锻炼。
由此可见，沪科教版高中物理新课标教科书努力体现新课标关于科学探究的要求和理念，将科学探究和基于探究背景下的物理实验放在十分重要的地位。
科学探究是由提出问题、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、交流与合作等要素构成的有机统一体。
基于科学探究的要素构成，新课标教科书做了相应的内容设计和栏目安排，在前文的典型案例中，这些要素在2.1节“伽利略对落体运动的研究”和2.2节“实验探究”等栏目中得到了很好的体现。
三、教学过程中有效实施科学探究的几点建议
科学探究要靠教师去实施，需要教师认真落实学生的探究行为，最终内化为学生的科学素养。
1、实施科学探究对教师提出了很高的要求。
首先要求教师必须转变观念，认真研修新课程，以顺应新课程理念，积极主动地参与新课程；其次，实施科学探究需要一定的条件，对教师提出了新的标准。
教师必须不断学习，学习先进的教学理论，以指导教学实践；学习现代物理知识和物理知识的前沿，更新自身的知识结构；学习现代化的教学手段和实验手段，提高科学探究的能力。
2、物理教学在教与学的关系上，应强调学的核心地位，教师的教是为了促进学生的学，教服务于学。
教学过程要改变传统的接受式为主的教学方式，建立以自主学习、合作学习、研究性学习为主的学习方式。
但是学生的自主探究必须和教师合理知道相结合。
教师在指导过程中，抓住科学探究的要素构成，可使科学探究过程从只涉及部分要素逐渐过渡到涉及所有的要素，充分利用教科书的所有栏目，如进行示范型探究、分析论证和课题研究式的综合探究等。
学生在科学探究的个案中所发展的能力往往是不平衡的，这是因为有一些环节学生活动的自主性较强，而另一些环节则自主性较弱，这是正常的。
因此，教师在设计、实施科学探究个案的教学时对学习目标进行分析，将会使他们对以下问题心中有数：
学生在他们的探究经历中是否还存在着某些能力锻炼的空白区？
是否需要在今后科学探究个案的设计中强化某些薄弱的环节？
3、科学探究的行为应渗透在整个物理教学中，学生的探究行为需要设计。
科学探究能力的提高是和相关行为联系在一起的，这些行为在非科学探究活动教学过程中也是可能存在的，教学过程中需要有对科学探究的敏锐，及时抓住一切机会培养学生的探究能力。
例如在平时一些陈述性很强的教学过程中实现由陈述性教学向程序性教学的转化，引导学生去质疑、假定，进行因果分析、变量分析，自己处理数据、归纳结论等。
4、应正确处理学生自主探究和教师指导作用的关系。
一般来说，教师对学生探究的方法指导得越早、越多、越具体，学生自主性就越差，探究活动就越容易，学生的能力就越得不到锻炼。
如果教师对学生的指导越迟、越少、越原则，学生的自主性会越强，但是，若探究课题较难，探究便会搁浅，进行不下去。
因此，教师应注意把握指导的方式和尺度。
首先，指导的方式应该是启发性的，是促进学生思考，而不是代替学生思考；是引导学生发挥自主性，而不是使学生失去了自主性。
其次，指导的尺度，是让学生奋力跳起便能摘取探究的成果，而不是随手可得，也不是高不可攀。
教师还应该通过案例教学（例如以上关于万有引力的探究案例）让学生理解到，数学对于高中物理的科学探究来说十分重要，利用数学工具和数学模型可以简明、准确地提出问题，整理数据，形成解释和表达交流。
5、科学探究要求教学注重过程与方法。
教学过程中充分挖掘物理实验、物理学史、数理分析和电脑软件等的功能，引导学生经历过程。
经历过程可以是自己动手做实验，通过对测量数据的分析处理，得出结论；可以是依据书上的方法思路，通过自己的演算，推出公式；可以是根据现成的概念，对照生活中的实例，重新体验；可以是参加对某个问题的讨论将知识进行整理等。
物理课程标准关于科学探究的七个要素，是按探究的一般过程来设计的，实际进行探究活动时，不一定要按照这七个要素的排列顺序进行，也可以交叉进行，也可以将后面的要素提到前面进行，教师应根据探究的要求灵活掌握。
6、探究活动的组织和对学生探究能力的要求，应该循序渐进，由简单到复杂，由部分探究到经历较完整的探究过程。
例如，学生开始接触物理时，可以安排一些简单的探究活动，探究的环节可以是其中的某几个，甚至是某一个环节，随着学生在物理知识和技能方面的不断发展，再逐步安排学生进行一些较为完整的探究活动。
7、要在探究的过程中注意学科的渗透和融合，探究的问题可能涉及化学、生物、地理等多学科，物理教师应鼓励和提倡学生应用他们在其它学科中学到的知识和技能，来进行猜想和假设、分析和论证、讨论和交流。
参考文献：
《美国国家科学课程标准》教育科学出版社
《普通高中物理课程标准》教育部制定人民教育出版社
《普通高中物理课程标准解读》教育部基教司编湖北教育出版社
《普通高中课程标准实验教科书》束炳如何润伟主编上海科技教育出版社
《〈基础教育课程改革纲要〉解读》钟启泉等主编华东师范大学出版社
《物理课程标准研修》高等教育出版社
《物理教学论》查有梁著广西教育出版社
《课程理论》施良方著教育科学出版社
《物理学习论》梁树森著广西教育出版社
《物理实验论》陶洪著广西教育出版社
《物理学习心理学》乔际平广西教育出版社
《对物理教学中科学探究的一些认识
（一）》刘锋《物理通报》2005.3
《从一套新课标教科书看高中物理课程改革》母小勇《物理教师》2005.4
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