從物理課程看科學探究

1、1從物理課程看科學探究從物理課程看科學探究張大昌（人民教育出版社北京100081）這次課程改革中，無論在初中還是在高中，科學領域的各門課程都十分強調(diào)學習中的科學探究，研究文章很多，許多教師在實踐中做了各種形式的探索和嘗試，取得了令人矚目的成果，也出現(xiàn)了一些問題。今天，我們反思幾年來的研究和實踐，對科學課程中的科學探究有了更深刻的認識。本文以中學物理課程為例，對科學探究談些看法。一、課程中的科學探究有三重意義一、課程中的科學探究有三重意義

2、第一，它是一種學習方法，強調(diào)學生自己不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在這個過程中獲取知識、體會科學方法、受到情感態(tài)度價值觀的熏陶。目前對這點已經(jīng)取得共識。第二，科學探究本身也是學習的內(nèi)容。平常所說的知識包括了陳述性知識和程序性知識1，怎樣進行科學探究是一種程序性知識，以前我們對這類知識的學習不夠重視。在科學課程的學習中，學生要通過對探究過程的反復體驗，學會怎樣進行科學探究。這在過去強調(diào)得不夠，應該引起重視。第三，科學探究還是一種精神。要用這種精

3、神探索和研究自然規(guī)律，也要用這種精神學習整個課程中的所有內(nèi)容。這點尤為重要。例如，實驗儀器的使用規(guī)則，雖然不是自然規(guī)律，但也可以通過科學探究來學習。有一種說法，認為學習這類內(nèi)容時不能進行探究，只能嚴格要求，即使不明白其中的道理也要記住這些規(guī)則，否則這些重要的要求在學生頭腦中就不清晰，還可能損壞器材。其實，儀器的使用規(guī)則都是有道理的，學生應該通過自己的探究來學習這些道理。天平的學習就是一例。在過去的教學中，教師生硬地告訴學生使用托盤天平的

4、三個步驟和要注意的兩點2，可以不講任何道理，學生只要記住了、照著做，就算達到要求了。按照新課程的理念，學生完全可以通過科學探究學習這些內(nèi)容。例1：想想做做――天平的使用方法3我們通過稱量橡皮、鉛筆的質(zhì)量來學習天平的使用方法。學習過程中要一邊操作一邊思考下面幾個問題?！裉炱綉椒胖?。你所用的天平有沒有檢查天平底座是否水平的裝置？應怎樣調(diào)平？●天平使用前要使橫梁平衡。每臺天平都有平衡螺母，用來調(diào)整橫梁的平衡。你的天平的平衡螺母安裝在什么位

5、置？如果橫梁的左臂偏高，應該向哪個方向旋動平衡螺母？●你的砝碼盒中最小砝碼的質(zhì)量是多少？實際上，天平還能夠分辨出比它更小的質(zhì)量，這時就要靠游碼了。游碼相當于一個“秤砣”，它每向右移動一格，就等于在右盤中增加一個很小的砝碼。在你的天平上，一個這樣的小格相當于多大質(zhì)量的砝碼？使用天平之前，應該使游碼停留在什么位置？使用天平時，要求把待稱的物體放到左盤，在右盤中增減砝碼。為什么要這樣做？……關于天平的使用，你認為還應該注意什么問題？3三、不同

6、問題中的猜想與假設，它們的不確定性并不一樣三、不同問題中的猜想與假設，它們的不確定性并不一樣科學的猜想與假設在本質(zhì)上不同于不負責任的亂說，它是根據(jù)不充分的事實或不嚴格的推理得出的不太可靠的結論。在上面例1中，我們得出一個猜想――存在著另外一種相互作用，根據(jù)的是庫侖力的性質(zhì)和二力平衡的知識。但是，它仍然只是一個猜想，不是科學的結論，因為我們不能排除另外的許多可能：兩個質(zhì)子之間只有庫侖力的作用，但庫侖定律在很小的距離上不適用；或者……不同探

7、究過程中做出的猜想與假設，它們的不確定性并不一樣。上面例2中的猜想與假設實際上已經(jīng)是對問題的定性分析，不確定性很??；而例1中的猜想與假設則有極大的不確定性，特別是中學生做出這樣的猜想，更是如此。可以說，中學教學中的科學探究最應該注意的就是猜想與假設這個要素，猜想與假設是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素。這樣說，是基于我們對科學過程的理解：科學定律不是根據(jù)有限的（盡管可能是大量的）事科學定律不是根據(jù)有限的（盡管可能是大量的）事實歸納實歸納出來的，

8、新知出來的，新知識的建立常常不在于的建立常常不在于實驗證實驗證據(jù)的多寡，而在于研究者的洞察力。據(jù)的多寡，而在于研究者的洞察力?？茖W中的重大發(fā)現(xiàn)是這樣，日常生活與工作中的新認識、新見解也是這樣。新的高中物理課程包括了狹義相對論的少量內(nèi)容。這樣做的主要目的是使學生在狹義相對論的學習中再一次體會科學探究的過程，即人們認識世界的下述過程。學生在大致了解幾個關于“光速不變”的實驗后發(fā)現(xiàn)了矛盾（提出問題），在此基礎上提出了“光速不變”原理和狹義相對

9、性原理（猜想與假設）。盡管麥克耳孫實驗和其他幾個實驗及天文觀測表明，光速不依賴于觀察者與光源之間的相對速度，但這只是有限的幾件事實，難以得出一般性的規(guī)律，因此我們只能把它叫做猜想與假設；至于狹義相對性原理，也只是因為“沒有發(fā)現(xiàn)違背這個原理的事實”，也屬于猜想與假設的范疇。在這兩個猜想與假設的基礎上，經(jīng)過邏輯推理得出了同時的相對性，進而得出長度的相對性和時間間隔的相對性8（分析與論證）。最后介紹對宇宙射線中μ子計數(shù)的解釋、狹義相對論的宏觀

10、驗證，并簡單提到它在粒子物理中的應用。這段教學要使學生體會認識世界的如下過程。實驗實驗或觀測觀測事實（或直接（或直接經(jīng)驗經(jīng)驗）→猜想與假猜想與假設（兩個基本原理）（兩個基本原理）→邏輯邏輯分析（數(shù)學推理）分析（數(shù)學推理）→可檢驗檢驗的結論結論在這個案例中，兩個原理具有很大的不確定性，只有得出的大量結論都與事實一致時，才能說當初的猜想與假設在一定的條件下是正確的。新高中課程還要求極簡單地介紹廣義相對論。廣義相對論的猜想與假設的不確定性就更