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      高中物理教材中科學(xué)探究素養(yǎng)的呈現(xiàn)方式及教學(xué)應(yīng)用

      2019-03-27 11:43:46牟嗣珍田仁軍
      物理教學(xué)探討 2019年2期
      關(guān)鍵詞:呈現(xiàn)方式科學(xué)探究教學(xué)應(yīng)用

      牟嗣珍 田仁軍

      摘 要:科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一,是高中物理課程的重要目標(biāo)。文章探討科學(xué)探究素養(yǎng)在人教版高中物理必修教材中的呈現(xiàn)方式,力圖領(lǐng)會(huì)教材編寫者的編寫意圖,提出在必修教材實(shí)施中要整體把握、分塊實(shí)施、前后呼應(yīng)、逐步深入, 猜想要有理由、結(jié)論依賴于證據(jù),把探究的思路應(yīng)用于物理學(xué)習(xí)的全過(guò)程。

      關(guān)鍵詞:科學(xué)探究;高中物理必修教材;呈現(xiàn)方式;教學(xué)應(yīng)用

      中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2019)2-0073-3

      1 科學(xué)探究素養(yǎng)及其內(nèi)涵

      科學(xué)探究素養(yǎng)是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力[1]。它是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一,與科學(xué)思維等一起構(gòu)成通過(guò)高中物理學(xué)習(xí)后形成的關(guān)鍵能力。

      2 科學(xué)探究在教材中的呈現(xiàn)方式

      物理必修教材是所有學(xué)生必修的共同基礎(chǔ),在人教版教材中安排了大量的科學(xué)探究的內(nèi)容,這些內(nèi)容分布在教材的各個(gè)部分,從不同的角度來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng),它們?cè)诮滩闹械某尸F(xiàn)方式也不盡相同。

      2.1 顯性與隱性

      顯性的內(nèi)容在節(jié)標(biāo)題或某個(gè)部分以“探究”二字直接指明以探究為目標(biāo),如“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”“探究求合力的方法”“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”“探究功與速度變化的關(guān)系”等。隱性的內(nèi)容沒有明確地標(biāo)注“探究”二字,但也以探究的方式來(lái)呈現(xiàn)物理知識(shí),如“走進(jìn)物理課堂之前”“勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移時(shí)間關(guān)系”“勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移關(guān)系”“自由落體運(yùn)動(dòng)”“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”“牛頓第一定律”“太陽(yáng)與行星間的引力”等。

      2.2 整體與局部

      科學(xué)探究過(guò)程一般包含提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋等要素。但不能每節(jié)內(nèi)容都需要這么多要素,教材中有的包含了科學(xué)探究的各個(gè)要素,有的只包含其中的幾個(gè)要素。

      “探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”集中于“獲取處理信息”這一要素,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出物體在不同時(shí)刻的速度,用圖像法處理數(shù)據(jù),用圖像來(lái)表達(dá)小車速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。“探究求合力的方法”重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論。“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”則是一次全面的科學(xué)探究活動(dòng),教材從提出問(wèn)題、科學(xué)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理等部分來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng),讓學(xué)生經(jīng)歷了一次全面的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。

      2.3 實(shí)驗(yàn)與理論

      科學(xué)探究有實(shí)驗(yàn)探究也有理論探究,教材為我們提供了這兩類范例,如“探究求合力的方法”“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“探究功與速度變化的關(guān)系”等是實(shí)驗(yàn)探究,“行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)”“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”等則主要是理論探究。

      3 教學(xué)應(yīng)用

      科學(xué)探究素養(yǎng)作為物理學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一,是學(xué)生通過(guò)高中物理學(xué)習(xí)后應(yīng)該形成的關(guān)鍵能力。對(duì)于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng),筆者認(rèn)為:

      3.1 整體把握、分塊實(shí)施、前后呼應(yīng)、逐步深入

      “必修1”一開始是“走進(jìn)物理課堂之前”,這相當(dāng)于高中物理課程的前言,給了學(xué)生一個(gè)科學(xué)探究的全貌,讓學(xué)生有一個(gè)大概的了解。教學(xué)中可以讓學(xué)生閱讀教材,感受物理學(xué)科學(xué)探究的基本方法?!疤骄啃≤囁俣入S時(shí)間變化的規(guī)律”讓學(xué)生知道怎樣從實(shí)驗(yàn)中收集數(shù)據(jù),怎樣分析所獲得的數(shù)據(jù),從中得到勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間關(guān)系?!百だ詫?duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”讓學(xué)生研究科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的經(jīng)典案例,從中了解科學(xué)探究的要素,對(duì)科學(xué)探究有一個(gè)全面而深入的認(rèn)識(shí)。“探究求合力的方法”是一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究,這個(gè)案例指導(dǎo)學(xué)生怎樣去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和采集數(shù)據(jù),但怎樣處理數(shù)據(jù)僅建議“用虛線把合力的箭頭端分別與兩個(gè)分力的箭頭端連接起來(lái),也許能夠得到啟示”?!疤骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系”是一個(gè)完整的科學(xué)探究實(shí)例,是“必修1”所學(xué)的科學(xué)探究方法的綜合,也是對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的檢驗(yàn)。

      “必修2”所提供的與科學(xué)探究有關(guān)的內(nèi)容有“太陽(yáng)與行星間的引力”“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”和“探究功與速度變化的關(guān)系”。前兩個(gè)進(jìn)行理論探究,第三個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。“太陽(yáng)與行星間的引力”和“探究功與速度變化的關(guān)系”所得到的結(jié)論另有“萬(wàn)有引力定律”和“動(dòng)能定理”進(jìn)行研究,“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”所得的結(jié)論在高中物理中不作要求。這三個(gè)探究的能力要求也高于“必修1”。

      科學(xué)探究過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,不可能在每一節(jié)課上都實(shí)施科學(xué)探究的全過(guò)程,應(yīng)在整體把握科學(xué)探究素養(yǎng)后,明確各個(gè)不同的教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)。如“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”中訓(xùn)練學(xué)生怎樣收集數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù);“自由落體運(yùn)動(dòng)”中訓(xùn)練學(xué)生如何根據(jù)所觀察到的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題,如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,并用它解釋所觀察的現(xiàn)象; 而在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中學(xué)生需要經(jīng)歷問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等科學(xué)探究的要素。

      3.2 猜想要有理由,結(jié)論依賴于證據(jù)

      科學(xué)探究離不開問(wèn)題和猜想,但問(wèn)題和猜想不是天馬行空地亂猜亂想,必須有思考、有理由。如伽利略使用邏輯推理懷疑亞里士多德的“物體下落的快慢由它們的重量決定”,提出“重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快”,可以讓學(xué)生感受一下,伽利略為什么要這樣猜想。同樣,我們?cè)谶M(jìn)行“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí),應(yīng)該讓學(xué)生猜想影響加速度的因素有哪些?為什么?教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧牛頓第一定律的內(nèi)容,知道加速度與力有關(guān);可引導(dǎo)學(xué)生思考同樣的力作用在不同的物體上時(shí)加速度有何差別,來(lái)猜想加速度與物體的質(zhì)量有關(guān)?!疤骄壳蠛狭Φ姆椒ā敝校滩奶崾尽昂狭Φ募^端分別與兩個(gè)分力的箭頭端連接起來(lái)”后又該怎樣呢?學(xué)生預(yù)習(xí)后會(huì)猜測(cè)或知道是一個(gè)平行四邊形,但為什么這樣猜呢?要有個(gè)理由。教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧伽利略的做法,“自然界的規(guī)律是簡(jiǎn)潔明了的”,思考在求合力的圖示中什么樣的四邊形是最簡(jiǎn)單的,沿著正方形、長(zhǎng)方形、菱形、平行四邊形這個(gè)思路進(jìn)行判斷可以得到合理的結(jié)果。“加速度與質(zhì)量的關(guān)系”“探究功與速度變化的關(guān)系”中,處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),也用了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的猜想思路。在學(xué)生就某個(gè)問(wèn)題提出猜想時(shí),多問(wèn)一個(gè)“為什么”,能避免學(xué)生胡思亂想,張口亂猜。

      探究的結(jié)論依賴于證據(jù),利用證據(jù)通過(guò)推理得出的結(jié)論才是可靠的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是一種重要的證據(jù),伽利略做了多次實(shí)驗(yàn)說(shuō)明“小球沿斜面滾下的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng),與小球的質(zhì)量沒關(guān)系”。從更廣的角度來(lái)看,物理學(xué)中所得出的結(jié)論都是有證據(jù)的,在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)要特別加強(qiáng)依賴證據(jù)說(shuō)話的意識(shí)。

      3.3 把探究的思路應(yīng)用于物理學(xué)習(xí)的全過(guò)程

      教材中沒有標(biāo)注“探究”的章節(jié)也可以把它提升到探究的水平來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)。如“自由落體運(yùn)動(dòng)”可以定位于探究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,“勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與位移的關(guān)系”可以定位于探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度隨位移變化的關(guān)系,既可進(jìn)行理論探究,也可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。對(duì)于“功”我們?cè)瓉?lái)只會(huì)求力與運(yùn)動(dòng)共線時(shí)力的功,所以“功”的教學(xué)可定位于探究力與運(yùn)動(dòng)不共線時(shí)力的功的計(jì)算[2]。我們?nèi)绻麖目茖W(xué)探究的視角來(lái)審視教學(xué)內(nèi)容,科學(xué)探究能力的培養(yǎng)就可以滲透于物理教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。在更廣的層面上進(jìn)行科學(xué)探究的教學(xué)還可以避免學(xué)生進(jìn)行虛假的探究。因?yàn)榻滩纳蠜]有的內(nèi)容甚至學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,更能引起學(xué)生的思考與關(guān)注,探究的真實(shí)感更強(qiáng)。問(wèn)題的解決是利用已有的知識(shí)去進(jìn)行探索的過(guò)程,物理學(xué)習(xí)的一個(gè)重要任務(wù)是應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題,指導(dǎo)學(xué)生用探究的思路去解決問(wèn)題比告訴學(xué)生答案更有價(jià)值[3]。

      參考文獻(xiàn):

      [1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018:1.

      [2]龔浩,田仁軍. 高一“功”的教學(xué)實(shí)施——兼論核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[J].物理教學(xué)探討,2018,36(8):79-80.

      [3]田仁軍.學(xué)生實(shí)驗(yàn)中反常結(jié)果的教學(xué)價(jià)值[J].物理教學(xué)探討,2012,30(4):33-34.

      (欄目編輯 李富強(qiáng))

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