科学探究的组织实施研究（附图）_教学探究-查字典物理网

一、科学探究活动

随着科学技术的迅猛发展，科学教育的内涵不断丰富，外延不断扩展．物理学家劳厄说过：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力．教育给予人们的无非是当一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西．”对于物理课程学习而言，“剩下来的东西”是什么？应当是科学素养．科学素养的结构包括科学知识、科学过程和科学方法、科学的本质与价值观．物理学科教育的课程就是培养具有科学素养的人．而科学探究则是科学家用于研究自然并基于此研究获得的证据，提出种种解释的多种不同途径；科学探究也包括学生用以获得知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动．

1．科学探究

探究（Inquiry）就其本义，是探讨和研究．探讨就是探求学问，探求真理和探求本源；研究就是研讨问题，追根求源和多方寻求答案，解决疑问．何谓“科学探究”？就是在教师的指导和启发诱导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以现行的物理教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种科学的教与学组织形式．科学探究活动以学生的智力发展为本，培养自学能力，力图通过自主探究引导学生学会学习和掌握科学方法．

2．科学探究与科学素养构成要素的关系

由图1可以看出：科学知识和科学方法是科学素养结构的基础，前者回答了认识什么的问题，后者回答了如何认识的问题；二者统一的关键是“科学探究活动”；科学兴趣、态度和价值观是科学素养结构中的动力系统，科学思想是形成正确科学素养的思想基础，起着导向作用；科学兴趣、态度和价值观，解决问题能力以及科学思想的培养，都要通过科学探究活动来展开，因此，科学探究活动的有效展开对于实现培养科学素养的目标至关重要．同时，科学并非仅仅包括科学知识，还包括科学知识的过程与方法．

因此，科学探究活动的开展应当保持科学知识与技能，过程与方法，情感态度价值观之间的平衡与协调发展．通过创设情境，使学生亲身经历科学知识与科学过程和方法的相互作用，在真正掌握科学知识、科学过程与方法的同时，真正理解科学的本质与价值．

3．科学探究的特点

（1）激励学生自主确定自然、社会或学习生活中的问题、通过探究自然的过程、获得科学知识

（2）注重学生探究能力的培养、强化科学思维的训练

（3）帮助学生形成认识自然的基础——科学概念

（4）培养学生探究未知世界的积极态度

二、科学探究活动构成要素及组织实施

1．科学探究活动的组成要素

《物理课程标准》规定了义务教育阶段物理课程的基本学习内容和应达到的基本要求．内容标准有科学探究和科学内容两部分组成．内容标准注意物理知识的学习和技能的训练，强调科学过程和科学方法的学习，有关科学技术社会的观念渗透，注重科学态度与科学精神的培养．

2．科学探究活动的系统结构

七个要素的结构关系是环环联系，彼此促进，并以科学探究为核心，以实现知识与技能，过程与方法，情感、态度价值观．如图2示：

3．科学探究活动要素的操作要点

（1）提出问题

能力目标：能从日常生活、自然现象或实验现象中发现与物理学有关的问题；能书面或口头表述这些问题；

情感目标：认识发现问题和提出问题对科学探究的意义。

教学策略：巧设问题情境，激起学生的疑惑、矛盾感与好奇心；明确探究问题的重点；提示分析问题的方法；使通过思考和感知学生能顺利进入问题的核心。

（2）猜想与假设

能力目标：尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想；对探究的方向和可能出现的实验结果进行推理与假设．

情感目标：认识猜想与假设在科学探究中的重要性．

教学策略：引导学生利用直觉的预测来提出合理的假设：善于引导学生从个人假设转化到团体的共同假设；给予多方面思考的发问；提供机会做预测、假说或推理；重视逻辑性思维模式；鼓励发散性思维；集思广益；建立具有决定性的雏形框架．

（3）制定计划与设计实验

能力目标：明确探究目的和已有条件，经历制定计划与设计实验的过程；尝试选择科学探究的方法及所需要的器材；尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识．

情感目标：认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用．

教学策略：提示学生如何做好实验计划的制定与安排；提示验证的必要条件；自由设计实验；提示有效的实验器材范围；注意变量的控制和发问技巧；重视科学方法的运用与操作．

（4）进行实验与收集证据

能力目标：能通过观察和实验收集数据；能通过公共信息资源收集资料；尝试评估有关信息的科学性；会阅读简单仪器的说明书，能按书面说明操作；会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据；具有安全操作的意识．

情感目标：认识进行实验与收集数据对科学探究的重要性．

教学策略：指导学生能按实验步骤有序进行实验；能指导学生准确选择器材并合理摆放；指导学生注意观察实验现象，抓住主要矛盾；能根据实验要求和设计数据记录表．提示学生记录实验有效数据，能区分无效与有效数据．

（5）分析与论证

能力目标：能初步描述实验数据或有关信息；能对收集的信息进行简单的比较；能进行简单的因果推理；经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程；尝试对探究结果进行描述和解释．

情感目标：认识分析论证在科学探究中是必不可少的．

教学策略：指导学生合理筛选记录数据，准确处理与分析实验数据；对实验结果的预测，预想；从已知数据、事实中归纳有效结论；初步建立不同层次的实验结论，

（6）评估

能力目标：有评估探究过程和探究结果的意识；能注意假设与探究结果间的差异；能注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题；尝试改进探究方案；有从评估中吸取经验教训的意识．

提出问题：创造问题情境，使学习者积极投入到问题探究之中．创设问题情境通常要具备三个条件：一是学习者能否在先前经验基础上觉察到问题的存在；二是探究内容对学习者来说一定是新的未知，经过努力是可以掌握的；三是能否激发探究者的认知冲突、需要和期望．

情感目标：认识评估对科学探究的意义．

教学策略：引导学生能合理对实验的不同方案的实验过程与结果，根据评估细则，进行评价，区分各自的长处与不足；能够根据分析和评价的结果进行实验的改进和方案调整．

（7）交流与合作

能力目标：能写出简单的探究报告；有准确表达自己观点的意识；在合作中注意既坚持原则又尊重他人；有团队精神．

情感目标：认识科学探究中必须有合作精神．

教学策略：引导学生对实验的不同结果进行交流，激发交流成果的欲望；要求学生能够根据实验成果的展示要求，选择适当的地点、器材进行成果展示．

4．科学探究活动的教学组织形式与实施策略

（1）科学探究活动的教学模式

科学探究的教学模式包括六个基本环节，每个环节都体现了建构性学习的特征，其程序图如下：

教师要营造一种宽松的探究动向，使问题呈现巧而生趣，准而能思，产生探究的内驱力．

收集资料和事实：提供探究问题的背景资料，使学习者努力寻找解决问题的线索．信息的载体可以是文字，文献资料和实验，也可以是网络资源和师生交流过程的表征．在开放的环境中培养学生自主、自觉地收集事实和加工处理信息能力尤为重要．要引导学生从实验、实践的观察和体验中或社会调查中获得信息和资料，并能从多角度的信息分析比较中，寻找解决问题的目标和切入点．

提出假设：用假设方法，有根据地猜测、联想，明确问题解决的途径与方法．引导学生根据已有的事实和先前的经验，以假设的形式进行大胆的探究，并对探究的问题设想出一种或几种可能的结果和结论．通常引导学生提出假设的方法有四种，即归纳式假设，演绎式假设，类比式假设和分类式假设．

假设检验和推理：重实证，使学习者主动参与实验，实践和体验过程．为了深刻理解探究到的结论或知识，教师要引导学生到现实世界的真实环境中去感受，去体验，通过获取直接经验来学习，而不是仅仅聆听教师或他人的讲解和介绍．教师在假设检验和推理阶段，应引导学习者积极参与假设检验的设计，进行实验观察，控制条件，记录现象，或作社会性调查或作资料实证收集，得出结论是培养学生科学抽象，既包括表征性抽象又包括原理性抽象的活动过程．表征是有机体对外界信息进行加工是（输入、编码转换、存贮）客观事物在头脑中呈现的形式，包括语表征、图表表征、实验表征等．在科学抽象过程中需要运用比较、分类、归纳、分析和综合等科学逻辑方法，才能真正完成“意义建构，发现规律和结论．”

整合、迁移与应用：整合与迁移，意义建构与创新，合作与分享成功快乐与体验．学习者获取知识、完善自己的认知结构，整合迁移环节是不可缺少的．教师要启发学生整合知识，反思探究过程与方法；变换问题角度与方式，将结论迁移运用于不同的场景，增强思维的发散与集中，以达到知识完全的意义建构．在探究活动过程中，协作、交流和表达贯穿活动的各个环中，学生通过探究过程的讨论与交流，以及书写探究报告、制作模型、辩论和展示等形式，可以形成一个有利于人际沟通与协作的良好氛围，发展乐于合作，分享信息和成果的团队精神．

（2）科学探究活动的教学实施策略

创设问题情境的策略

①采用源于学生生活的问题和有意义的提问；②用手脑并用的物理实验形成问题；③用“见怪不怪”的生活经验形成问题；④精心设计的课堂讨论形成问题；⑤以意料之外的计算结果形成问题；⑥以真实可信的物理史实形成问题；⑦以丰富的网络资源及多媒体课件形成问题．

启发学生形成假设的策略

①教师不直接告诉学生探究的结论，让学生独立做假设、猜想和预测；②让学生充分假设；③引导学生采用逆向思维、发散思维、类比思维、等效思维等方法进行猜想．

把握探究开放度的策略

①引导学生抓住主要问题进行探究，让学生自己选择感兴趣的问题进行研究；②集体选择一个或几个问题，整堂课全班对这几个问题进行研究；③先选择一个问题，研究完后，再进行下一个问题的研究，形成一个层次。④步步为营，逐层深入，循序渐进；⑤把课堂教学的重点定位于某一环节；⑥提供有结构意义的材料，能激起学习的兴趣，并适合概念的学习，便于学生解决问题．

研讨交流的策略

①收集第一手资料，让学生学会共享；②让学生在教师的指导下，有独立的机会和时间自主选择研讨内容与主题：③教师指导学生把自己所研讨的内容想法、设想手段方法等都充分的表达清楚；④教师提供充分的研讨材料；给学生充分的讨论与交流的时间和机会；⑤指导学生自己得出问题的结论，教师不要过早地或代替学生下结论；⑥鼓励学生对同一问题可采取多种形式进行探究；⑦引导学生会倾听别人的意见．

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