注重物理问题研究培养科学探究能力

科学探究是学生体验科学过程、理解科学本质、领悟科学精神、发展科学方法观、培养创新精神和实践能力的主要学习模式。

探究能力是创新精神和实践能力的重要组成部分。开展“问题”研究是人们对科学本质认识不断深化的产物。让学生在发现问题、分析问题、提出似设、开展探究和得出结论的过程中不断地建构自己的知识结构、能力体系、价值体验，从而全面发展学生探究科学本质的能力。

一、认识“问题”的价值是培养探究能力的可贵前提

胡适曾经对北大毕业生说：“问题是学问的老祖宗。古往今来一切知识的产生与积聚，都是因为要解答问题。”我们的思维受先入为主的影响，使思维容易陷入滞涩与休眠状态；而问题的出现，往往会造成某种不确定性，使思维活跃起来，从而打破思维定势。当学生碰到令自己感到困难的问题时，他就会受到刺激。布鲁纳研究表明：难易适中且富有挑战性的问题足以激励学生向下一阶段发展、促进学生进行“反省性”探究，使思维从“前反省状态”进入“后反省状态”，在这种状态转变过程中，智力活动总是尝试性、探究性的，始于问题的提出，终于问题的解决。

阿基米德为测定王冠含金的纯度，废寝忘食，未料在洗澡时不经意间发现了“阿基米德定律”。尽管人们至今尚未能够破译“灵感”“顿悟”之谜。我们可以想象，当某一问题已不受直接注意时，潜意识在某种程度上仍保持对问题的思索状态。精神高度集中地考虑一个问题，有时反而可能造成思路的堵塞或误入歧途。而一旦松弛下来。可能产生稍纵即逝的火花。其实，没有对“问题”的魂牵梦绕、锲而不舍的探究，没有“众人寻她千百度”的执著，也就不可能有“蓦然回首”的惊喜。

教学过程是一个不断地提出并解决问题来获得新知识的问题性思维过程。我们要在教学中强化“问题”意识，培养学生探究能力。

二、确保“问题”的质量是培养探究能力的重要保证

学生学习物理过程是一个不断提出并解决问题来获取新知识的问题性思维过程。因此“问题”的质量十分讲究，针对初中物理的特点和学生心理发展水平，综合应用以下原则，有助于把握问题质量。

1．直观展示性原则，注重问题探究的落脚点

教学心理学研究表明，人们的智力活动的进行与发展必须经历由外部物质活动向内部认知活动转化的过程。教学就是要促使学生由外部的、物质的、展开的活动向内部的、压缩的活动转化。充分运用形象化材料和实验，揭示知识发生、发展过程，展现探究的演绎过程，使学生探究问题轨迹清晰可见，抓住探究问题的落脚点。

例如，在研究牛顿第一定律时，分析小车在三种表面的运动情况，提出下列问题：

（1）找到它们的发展趋势，即表面越光滑，小车运动将____________？

（2）推广到理想化情况，如果表面十分光滑，小车将____________？

2．针对性原则，注意问题探究的方向性

提出的问题必须是学生真实存在的问题，是确实感到困惑而不是表现形式上的问题，这就是要求我们教师平时能够深入学生，了解他们在每个知识上的认知特点的思维方式，摸准他们的思维脉搏，因势利导地提出恰当的实际问题，抓住问题探究方向。如在进行“力”教学中，教师先让学生讨论一个问题：甲乙两人拔河，甲获胜，是因为甲的力气大于乙的力气吗？学生往往给予肯定的答案，教师可利用两弹簧秤演示给以否定，使其引起学生认知心理上的矛盾冲突，从而产生探究动机，把握探究方向。

3．渐进性原则，注意问题探究的节奏性

问题设置要具有合理的程序和阶梯性，设计由浅入深，由易到难，层层递进，把学生的思维逐步引向新的高度，可创设“小步距”问题，把一个复杂的、难度较大的课题分解成若干个小问题。如在“决定导体电阻大小因素”教学中，进行如下的问题分解：

（1）导体电阻大小可能与哪些因素有关？试根据己有知识进行猜测。

（2）导体的电阻与各相关因素关系可能如何？试猜测。

（3）如何通过实验确定导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料的关系？试设计实验电路。

（4）在进行导体与各相关因素实验中，如何控制实验条件？

（5）由本实验可以看到，对多因素的问题，如何控制变量，其基本方法是什么？等等。

4．开放性原则，把握问题探究的深广度

探究能力的培养是一个自主开放的主动建构过程。要激发学生根据不同条件，从不同角度采用不同方法进行探究，从而引发不同的思维，按照不同的理解去思考问题和回答问题，让学生在学习、创造个体活动中充分发挥自己的特长和张扬个性化的探究品质，体验成功，从而产生再探究、再学习、再发现的新动力，为此教师应注意学生的差异性，创设多元性、开放性问题。我们在初三复习中曾提出一个跨学科问题：

如何区分两瓶已失标签的蒸馏水和NaCl溶液？

同学们从不同学科的知识点出发，进行多角度、多视野、全方位的探究，得出下列答案：

（1）利用密度不同，比较相同体积的两种液体的质量。

（2）利用两者密度不同，比较相同深度两者产生的液体压强大小。

（3）利用两者密度不同，比较同一木块在两者液体中露出的体积大小。

（4）用AgNO₃溶液鉴别。

（5）把两片相同菜片分别放入两者液体中，过一段时间取出并晾干，比较两叶片质量。

（6）试验两者的导电性。

（7）取两种液体放在蒸发皿中。充分加热蒸发，观察有无固体残余物。

5．发展性原则，落实问题探究延伸点。

布鲁纳说：“向学生提出挑战性的问题可引导学生智慧”。要恰当地把握问题空间，要符合学生的知识基础、能力水平、认知规律，提出的问题宜在学生的基础性学力与创造性学力之间。需要他们跳起来才能摘到桃子，使探索的问题处于学生的“最近发展区”。

如学习光的反射后，在探索光的折射时，教师可提出如下问题情境引导学生自主探究：

（1）光的折射的条件是什么？

（2）光的折射有什么规律？

（3）光的折射在生活、生产中有哪些应用？

这时学生可能会设计出各种各样的方案，教师引导学生分析，哪些是科学合理的，哪些需要改进，鼓励学生积极动脑，大胆设想，积极参与探究过程，使教学内容更丰富，能力培养水到渠成，事半功倍。

6．主动性原则，落实问题探究自主性

教师创设一种民主、和谐、充满爱和尊重的“教学情景场”，积极鼓励学生通过不同途径提出问题、发现问题、解决问题。如在教学中教师偶尔故意出现知识性问题，一旦发现后不要立即向学生声明，要让学生看看有没有问题，期待学生发现错误，提出问题。鼓励学生向教师、书本、权威提出挑战。对于学生粗心造成的错误，不替代学生改正；对经过讨论而一时不能取得一致意见的问题不作裁判；对能通过自己探索、总结出带有规律性的认识，不包办代替；对能积极提出问题，大胆质疑的学生，教师要给予充分肯定，尤其对学习有困难的落后学生，多给他们提出问题的机会，多加以呵护，让他们在充满鼓励的氛围中充分自由地提出问题并实施探究，解决问题。

三、讲究创设问题的策略是培养探究能力的实效性处理

探究能力的培养过程是不断创设问题并付诸解决的过程，因此把握问题设置的时间、难度、广度、数量等值得我们思索。创设问题的策略如下：

1．根据教材内容设计问题

不同的教材内容有不同的特点。有的强调知识和能力目标。有的突出实验技能，有的要求形成价值体验，有的强调实践应用，有的定性要求，有的定量测定等，因此我们要根据教材内容的不同。设计恰当的问题。在进行“大气压强”教学时。可以在学生观察托里拆利实验的基础上提出下列问题：

（1）如果在托里拆利实验时，使玻璃管倾斜插入汞槽中，会影响实验结果吗？

（2）做托里拆利实验时，玻璃管中没有灌满汞。会影响测量结果吗？

（3）做托里拆利实验时，改用粗一些或细一些玻璃管，会影响实验结果吗？为什么？

（4）做托里拆利实验时。外界大气压变化了。汞柱高度是否变化？

（5）做托里拆利实验时，玻璃管中漏进了空气。会影响实验结果吗？如何影响？

2．根据学生的认知结构设计问题

学生的认知结构是教学的出发点和归宿点。学生的认知结构是呈螺旋发展而形成的梯型。设置的问题无疑是给学生的认知结构提供了一系列的由低级向高级、从未知到已知、少知到多知、模糊到清楚的梯子。根据学生原有认知结构与当前应达到认知结构的需求，为学生最近发展区创设情景，设计出环环相扣的一系列问题，由表及里，由此及彼，拓宽思路。如学习“温度计”时设计下列问题：

（1）利用其他原理能否制成温度计？

（2）能否制成其他形状的温度计？

（3）温度计内的液体能否用水代替？为什么？

（4）温度计的玻璃管内径变大会怎么样？

（5）使用温度计前应注意什么？如何正确测量液体的温度？

3．利用创造学方法设计问题

教师运用创造原理、创造技法进行提问，培养学生探究能力。例如在复习“牛顿第一定律”时。运用5W2H法进行提问：

（1）为什么要研究牛顿第一定律（Why）

（2）牛顿第一定律的内容是什么？（What）

（3）哪些物体符合该定律？（Who）

（4）在什么情况下符合该定律？（When）

（5）在什么地点能符合该定律？（Where）

（6）我们通过什么方法得出该定律？（How to）

（7）有儿种情况下物体保持静止或匀速直线运动？（How much）

四、活用“问题解决”的教学模式是探究能力培养的关键所在

国内外学者倡导“问题解决”的教学模式，其精华就是培养学生的探究能力。在初中物理教学中实施探究能力培养的一般程序是：创设问题情景→建立猜测和假设→制定探究方案→获取科学事实和证据→检验评价假设→合作交流→获得科学结论→应用练习。这种基本教学模式解决了课堂教学的本质性问题：让学生学什么（问题情景）？怎样让学生学习（探究）？怎样测量学习情况（运用新知）。它与科学研究过程极为相似，在问题解决过程中运用比较、分类、归纳、演绎、分析、综合等科学方法，其核心是要求问题解决者具有：

（1）认识问题和提出假说的能力。

（2）研究计划的设计和实践的能力。

（3）资料的分析和整理的能力。

（4）结论推出和评价的能力

其中（1）属于探究者产生的心理定位系统；（2）是探索者的具体的操作系统；（3）是探究整理，内化系统；（4）探究的肯（否）定系统，是对探究的反思和元认知。

但是，由于各种因素的影响，如教材内容、学生认知结构、课型变化等，教学模式也应作相应的变化，这是探究能力培养关键所在。不然我们的思维将会僵化，理念将会陈旧，从而使我们重新走入新的教学误区。（教学案例略）

五、注重“问题解决”的教学评价方式是培养探究能力的正确导向

科学探究的具体目标是：

（1）发展观察现象和提出问题的能力，增进对提出问题意义的理解。

（2）发展提出猜想和形成假设的能力。了解假设对科学探究的作用。

（3）发展制定计划、进行简单的实验设计和手脑并用的实践能力，认识实验在科学探究中的重要性。

（4）发展收集信息和处理信息的能力，理解收集、处理信息的技能对科学探究的意义。