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试析高中物理新课程标准中的科学探究

    编者按:“科学探究”这个词广大老师也许并不陌生,但是其具体含义,与物理教学的关系,在物理课程标准中的体现,以及在物理教学中的教学功能,却并不容易把握。本文就以上问题作了分析阐述,希望对广大物理老师有所借鉴。
  
  为了适应21世纪科技发展和国际竞争的需要,培养和造就具有良好科学素养的一代新人,已成为当今世界各国面向新世纪教育改革的一个重要目标。新近颁布的《基础教育课程改革纲要(试行)》明确提出要“改变课程实施过于强调死记硬背、机械训练的现状,倡导学生的主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力”。根据1999年第三次全教会后所颁布的《中共中央国务院关于深化教育改革,全面推进素质教育的决定》和教育部《基础教育课程改革纲要(试行)》的精神,教育部制定了《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》并在2001年7月颁布。在该实验稿中,将科学探究列入其中,旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从学生被动接受知识向主动获取知识转化,从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新精神。与此相对应的《普通高中物理课程标准(实验)》也在2003年4月颁布,教育部研究决定同意广东、山东、宁夏和海南作为首批实验省份,于2004年秋季开展普通高中新课程实验,计划到2007年,原则上全国普通高中起始年级全部进入新课程。
  
  一、科学探究的含义
  
  在基础教育课程改革中“探究”(inquiry)是使用频率最高的几个关键词之一。“探究”这个词起源于拉丁词in或inwand以及动词quiler——意思是“指向问题”,故探究不仅是提出问题那么简单,它要求你追根究底、深入剖析事物从而发现以前没有觉察到的东西,根据我国《汉语大词典》的解释“探究”是指“探讨研究”,探讨就是探求知识、探求真理、探求事物的本质;研究就是研讨问题、解决问题。当面对新环境时,无论大人还是小孩都试图确定正在发生什么、以后会怎样,通过观察和收集,汇总及分析信息我们对周围世界加以思考,我们开发并使用一些工具来测量、观察和分析信息,建立模型。对那些我们认为将会发生的事情,我们核实又核实,并将它与我们已知的情况进行对照,我们根据所获得的新知改变自己的看法。有人称这样的探究为普通探究即广义的探究,它既无研究范围的限制,也无研究方法的限定。广义的探究就是对存在于人们生活中的方方面面的一切事物的认识活动,如好奇、追根究底、提问、获得解释等;狭义的探究指科学研究或科学探究(scientificinquiry),是普通探究的子系统,原本是指科学家解决问题的过程。科学家们一般都会认真仔细地观察日常生活中的一些自然现象,并在观察中认真思考、发现和提出许多问题。对提出的问题,他们会结合人类已有的知识和经验提出多种解决问题和提出答案的假设或猜想,并通过实践对假设或猜想进行证实或证伪,经过反复对假设和实验方案进行调整和补充,把假设或猜想上升为理论,并运用这种理论指导实践。
  
  基础教育课程改革以科学探究为突破口,提倡用科学探究的方式学习。这是因为,学生的学习过程从本质上来说和科学家认识和研究事物的过程是一致的,所不同的是科学家研究的对象是人类未知的,而学生学习的对象大多数是人类已经认识的,学生同样可以像科学家那样,用科学研究的方法来进行探究学习,学生与科学家的不同仅仅是在程度上的不同而已。
  
  在用以指导20世纪末期开始的美国科学教育改革的纲领性文献《美国国家科学教育标准》中“科学探究”的表述是:“科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动,它包含了学生开展探究活动所需的能力和对科学探究的理解。”
  
  二、高中物理新课程标准
  
  普通高中课程改革是我国基础教育课程改革的重要组成部分。2001年秋季,在义务教育新课程开始实验时,教育部就正式启动了普通高中新课程改革方案和课程标准的研制工作。经过专家的审议和教育部党组的研究审定,2003年4月,教育部印发了《普通高中课程方案(实验)》和15个学科课程标准(实验)《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称为《标准》)分为四个部分:第一部分是前言,主要从高中物理课程的性质、基本理念、设计思路三方面进行了阐述;第二部分是课程目标,将课程目标分为三个维度,一是知识与技能,二是过程与方法,三是情感态度与价值观;第三部分是内容标准,分别是科学探究及物理实验能力要求、共同必修模块、选修模块这三大部分;第四部分是物理课程实施的建议,从教学、评价、教科书编写、课程资源利用与开发等四个方面提出了建议,为了让学有所长的学生更充分地发展,《标准》还建议学校根据具体情况开设相关的课程,如物理实验专题、物理专题研修等并在最后的附录中加以说明。
  
  从《标准》的文本看,科学探究是学生的一种学习方式,学生在科学探究活动中,通过经历与科学工作者进行科学研究时的相似过程,学习物理知识与技能,体验科学探究的乐趣,学习科学探究方法,领悟科学思想和精神。科学探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标,《标准》对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求同时,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对各要素意义的认识,都有一个系统学习和不断加深理解的过程,它属于物理课中的重要教学内容。《标准》把“科学探究及物理实验能力要求”、“共同必修模块”、“选修模块”并列,作为内容标准的三大部分。一个相对完整的探究活动通常包含的能力要素有7个方面:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验和收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。
  
  三、科学探究的教学功能
  
  1.物理思维的培养
  
  所谓物理思维,就是具有意识的人脑对客观物理事物(包括物理对象、物理过程、物理现象、物理事实等)的本质属性、内部规律性及物理事物间的联系和相互关系的、间接的、概括的、能动的反映,物理思维是物理智力活动(包括观察、记录、思维、注意四个基本要素)的核心。根据思维材料的不同,可将物理思维分为三种(这种分法不是绝对的):一是物理抽象思维,即以物理概念为思维材料而进行的思维,它的基本形式是概念、判断和推理。二是物理形象思维,即以物理表象为思维材料而进行的思维,它的基本形式是表象、自感和想象。三是物理自觉思维,即以物理概念和表象结合而成的、具有整体功能的知识组块为思维材料而进行的思维,它的基本形式是自觉和灵感。
  
  在科学探究过程中,学生通过发现问题、提出问题、作出解决问题的设想、收集资料、分析资料、形成假设与验证结论等活动,可以使自身的物理抽象思维、物理形象思维、物理自觉思维得到相应的培养,如学生通过全程的科学探究活动(包括提出物理问题、建立物理概念、获得系统物理知识及解决物理问题)可以培养自身的抽象思维,学生通过“猜想与假设”活动可以培养自身的形象思维,学生通过“提出问题”、“猜想与假设”等活动可以培养自身的直觉思维。
  
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