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          初中物理“科學探究”教學

          作者:萬永飛 張敏  人氣: 次  時間:2020年03月12日  星級:

          四川省彭山縣教研室 萬永飛 四川省彭山縣二中 張敏

          《全日制義務教育物理課程標準》(以下簡稱《課標》)首次將科學探究作為學生的學習目標(內容)與重要的教學方式之一列在內容標準中,“旨在將學習的重心從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化,從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化,從而培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神”。《課標》和新教科書已經將過去教學中的許多演示實驗和學生實驗,明確寫為學生的探究活動,如學生實驗“觀察水的沸騰”變為“探究水的沸騰”,演示實驗“觀察平面鏡成像”變為“探究平面鏡成像的特點”,演示實驗“電流跟電壓、電阻的關系”變為“探究電阻上的電流跟電壓的關系”,“阿基米德原理”的演示實驗變為“探究浮力的大小等于什么?”等等。


          通過兩年的課改實踐,物理教師已經對科學探究有了一定的認識,多數教師能夠較好地組織學生開展科學探究,但同時在實驗過程中我們也發現科學探究的教學還存在較多的問題。


          一、對科學探究的認識問題


          有較多的教師沒有認真學習《課標》,不能很好地用物理課程理念指導自己的教學,對內容標準的學習不落實,因此對科學探究的作用和地位認識不清,主要表現在:


          1.對科學探究的內涵認識不足,甚至認為科學探究就是做物理實驗。內容標準中的科學探究是指在教師的指導和啟發誘導下,以學生獨立自主學習和合作討論為前提,以現行的物理教材為基本探究內容,以學生周圍世界和生活實際為參照對象,為學生提供充分自由表達、質疑、探究、討論問題的機會,讓學生通過個人、小組、集體等多種解難釋疑嘗試活動,將自己所學知識應用于解決實際問題的一種科學的教與學組織形成,它即是物理教學的內容,也是物理教學的重要方法之一。物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科,物理實驗是人們為了檢驗理論、發現問題、解決問題而進行的有目的的創造性的實踐活動,它是物理課程的重要組成部分,也是物理教學的重要方法之一。顯然,科學探究的過程一般包含了物理實驗,但并不等同于實驗。


          2.對科學探究中的能力培養不明確。科學探究活動重在培養學生的科學探究能力,包括:初步的觀察能力、初步的提出問題的能力、初步的信息收集能力、初步的信息處理能力、初步的分析概括能力、初步的信息交流能力。而物理實驗教學重在培養學生的基本技能,在課程目標的 “知識與技能”中明確提出了學生通過物理實驗教學應達到的目標:“具有初步的實驗操作技能,會使用簡單的實驗儀器和測量工具,能測量一些基本的物理量。會記錄實驗數據,知道簡單的數據處理方法,會寫簡單的實驗報告,會用科學術語,簡單圖表等描述實驗結果”。


          3.對科學探究的過程認識不清。物理學是一門實驗科學,所以科學探究一般也是以物理實驗為基礎的,它由提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等七個要素構成,而這七個要素的結構關系是環環相扣,彼此促進的。在學生的科學探究過程中,可以涉及全部或部分要素。


          二、科學探究教學中的問題


          1.不重視對教材的學習分析。新教材根據《課標》的要求,將以往教材中較多的學生實驗和演示實驗改為科學探究,這些改變的目的是什么?在教學中如何體現等問題,教師在課前需要認真的分析理解。


          2.科學探究的組織問題。由于教師在認識上的不足,在教學中首先面臨的就是組織問題,較多的教師只是將學生進行了分組,然后按要素進行探究活動。科學探究是學生在自主學習基礎上的合作學習,因此如何要充分發揮小組各成員的作用,讓學生進行有效的合作,是我們必須研究解決的重要問題。


          3.重視探究要素,輕學生探究行為的體現。教師在教學中比較機械的按照科學探究的七個要素進行,但對學生在各要素中的行為并不重視,如在“提出問題”環節中,如何啟發引導學生根據材料、自己的經驗等提出有價值的問題,如何通過討論確定探究的問題等。另外在不同的學習階段,根據不同的探究內容,適當突出不同要素的探究活動,如在初期應通過創設問題情境,精彩導入,重點培養學生提出問題的能力,到九年級應重點培養學生的科學合理的猜想與假設能力和評估的能力。


          4.對科學探究能力的培養,重視某方面的結果而不是過程。如“信息收集能力”的培養,教師往往重視學生收集了什么信息,而不重視學生是如何收集到這些信息的;如“提出問題的能力”的培養,學生往往會提出較多的問題,但與學生的知識、經驗和教學的內容相關且有探究價值的問題不多,這與教師不重視如何創設問題情景,啟發學生提出探究的問題的過程有較大關系。


          5.過分強調結論的正確,不重視探究的過程。在教學中教師和學生都比較重視能否得出正確的結論,因此對學生在各過程中的行為關注不夠,造成學生探究能力培養的不落實,忽視科學態度、科學方法等的教育。為了讓學生充分體驗探究的過程,要注意不要為了趕時間而在學生還沒有進行足夠的思考、操作、分析時就草率得出結論,而應該安排足夠的時間讓學生就各種想法、各種觀點進行充分的交流和討論,同時一定要給學生嘗試錯誤的機會。


          6.在探究過程中教師的指導不當。一方面,教師指導過度,學生無法實現真正意義上的自主學習和自主探究;另一方面,教師指導不到位或完成放手,學生的探究和學習活動雜亂無章,盲目無序,從而無法完成學習任務。在學生探究活動中,教師應該明確自己的作用,何時介入,如何指導,何時提供背景資料或信息,提供什么信息等,真正把自己定位于學生學習的組織者、引導者和合作者這一角色。


          7.不重視對科學探究的評價。教學評價改革是課程改革的重點內容,教師對學生的探究過程的評價中的問題,一是沒有進行評價;二是評價不及時;三是評價方法不正確;四是評價方式單一,如只有教師對學生的評價,而沒有自我評價和學生間的相互評價等,因此沒能充分發揮評價的激勵和促進作用。


          科學探究作為新增的教學內容,同時作為一種旨在轉變學生的學習方式,培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神的教學過程與方法,教師如何組織學生開展科學探究,實現教學目標,這對教師的教學提出了較高的要求。下面以人教版物理教科書八年級(下)第六章第四節《歐姆定律》為例,談一談我們的一些做法。


          一、認真閱讀《課標》,確定教學目標,分析和對比教材的變化并結合學生具體情況確定教學的重、難點和教學方法等


          《課標》明確要求:通過實驗探究電流、電壓和電阻的關系,理解歐姆定律,并能進行簡單計算,體現了三維教學目標。而原《教學大綱》要求:掌握歐姆定律,知道導體中的電流決定于導體兩端的電壓和導體的電阻;能熟練地運用歐姆定律分析解決簡單的電路問題。僅對知識與技能方面作了要求,相比之下,新《課標》更能突出“以人為本”的思想,雖然在知識與技能方面降低了要求,但更強調學生多方面的發展,更加突出過程與方法,更加注重合作、交流等新的學習方式和注意學生科學世界觀的形成。


          教材方面,原教材此內容放在初三學習,第一節直接運用“控制變量法”利用演示實驗研究“電流跟電壓、電阻的關系”,第二節在以上實驗結論的基礎上學習應用歐姆定律,顯然這種學習方式使學生很被動,新教材將此內容放在了初二(下),歐姆定律編排在學生學習了電流、電壓、電阻等概念,電壓表、電流表、滑動變阻器使用方法之后,它既符合學生由易到難,由簡到繁的認識規律,又保持了知識的結構性、系統性。歐姆定律作為一個重要的物理規律,反映了電流、電壓、電阻這三個重要的電學量之間的關系,是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的金鑰匙。歐姆定律是電學中的教學重點,也是初中教學內容的重點之一。在整個電學中起承上啟下的作用。教材先安排探究:“電阻上的電流跟電壓的關系”,讓學生完整地體驗對一個問題進行科學探究的全過程,再由學生討論、概括,師生共同歸納,總結出歐姆定律,并能正確表述和理解歐姆定律,學會用數學公式表述物理規律,能進行簡單的計算。教材把這兩個內容合成一節,但根據《課標》的要求和實際情況,仍然要用兩節課的時間完成,這里著重談第一個內容即科學探究的教學。


          根據所教學生認知事物的特點及已有知識的經驗,確定教學的重點:設計實驗與進行實驗、分析與論證;難點:分析實驗數據得出結論以及評估。


          根據本節課的特點,學生應通過討論、交流、合作,提出探究問題,完成探究過程。由學法定教法,教師要創設問題情境,采用引導法、討論、交流等教學方法,讓學生最大限度地參與探究的全過程,使教師的主導性和學生的主體性有機地結合。


          二、課堂教學設計思路及實施過程


          1.設置情境,激發疑問。學完《電阻》后,布置了與本節探究有關的預習作業,即讓學生小結前面學習的電路中三個基本物理量:電流、電壓、電阻,想一想它們之間有什么關系?這樣處理為本節探究作了一個鋪墊,不致讓學生感覺很突然。上課一開始向學生展示:一個燈泡接一節電池和接兩節電池亮度的對比實驗。根據此情境,讓學生歸納出:電壓是形成電流的原因,由此可知在導體兩端的電壓越高,通過它的電流越大;同時聯系實際,分析家庭電路100W的燈泡比40W的燈泡亮的原因,讓學生意識到:電阻是導體對電流的阻礙作用,由此可知,導體的電阻越大,流過它的電流就會越小。既有課前的準備,又有課時的情景設置,引導誘發學生的探究欲望,自然進入狀態,培養學生的觀察能力和分析問題的能力。三個物理量的定性關系有了,教師順勢誘發學生提出問題:如果知道一個導體的電阻值和加在它兩端的電壓,可否計算出它的電流呢?即:電流與電阻、電壓之間有什么定量關系呢?這是培養學生的科學態度和敢于提出有價值的問題的勇氣。


          2.各抒己見,大膽猜想。提出探究課題后,鼓勵學生大膽猜想,在這里,不管學生怎么猜,首先應鼓勵,特別是初二的學生,在具體實施過程中,學生很踴躍。我鼓勵他們展開想象的翅膀吧,而后用朋友式的口吻說:你們能說出猜想的理由嗎?對這一問題,很多的學生都不知如何回答(在期末考試題中,這一問的得分率也是最低的),要么沉默,要么答的不著邊。于是教師引導學生將此問題與所學的知識和已有的認識相聯系來作答,并告訴學生,猜想和假設也應該有根有據,合乎情理,這樣可以在探索真理的路途中少走彎路。


          3.合作交流,設計實驗。作出猜想后,讓學生分小組討論實驗方案和設計實驗電路圖。之前,我提示:既然研究電阻上的電流跟電壓的關系,請思考:①我們應該采取什么方法研究?②實驗室給的是阻值不同的定值電阻,應針對某一定值電阻進行,還需測量什么物理量?怎么測?用什么儀器測?③你怎樣改變電壓?④選擇什么電路圖研究更合理些?在這里,一定要處理好教師的指導與學生自主探究的關系,不能說的太多,甚至完全包辦代替,也不能放任不管,讓學生隨心所欲。由于初二學生知識預備不足,適當的提示和指導是必需的,教材中沒有直接運用“控制變量法”來處理,而只是讓學生研究“固定電阻情況下,電流與電壓的關系”,這樣處理,主要考慮要降低探究的難度。在教學中,對學有余力的學生,指導他們直接運用“控制變量法”進行更深入細微的研究。在這個過程中,既注重全體學生的發展又張揚學生的個性,通過討論,促進生生之間的情態和信息交流,相互啟發、促進,達到共同提高,培養合作能力的目的。


          4.進行實驗,收集數據。通過集體討論,交流后,學生按照探究小組進行實驗。新學期伊始,我便根據學生的學習基礎、行為習慣、興趣愛好等方面的差異將班級學生分成若干小組,但不以學習成績為唯一標準,每組3—4人,組內的角色分工明確,有負責統籌組織的組長,有負責發言的,有負責記錄的,另一方面,組內角色輪流轉換,上一次你當組長,這一次你就負責記錄,依次類推,這樣使得組內的學生取長補短,互相幫助,互相啟發,可以各抒己見、質疑,從而營造了學生自主表達、共同學習的活動氛圍,使每個學生都得到機會均等的全面練習,又能充分體現分工與協作。實踐兩年,效果非常好,有的平時少言寡語,學習成績不好的學生提高都很大,只要一說探究,便非常興奮,表現出成功的喜悅。


          5.分析論證,得出結論。數據處理時,根據取得的原始數據啟發學生討論,得出結論,引導學生思考:數據之間有什么關系?測量結果說明了什么?能得出什么結論?要和學生一起總結實驗的結論,鼓勵學生敢于提出不同的見解,勇于改正自己錯誤。學生可能會得出I=U/R,R=U/I,U=IR三種表達式,首先也要肯定學生很聰明,然后引導分析:因為我們研究的是電流與電壓、電阻的關系,三者存在一個因果關系,所以我們最終采用I=U/R這個關系式。在這個環節中,有個別數學基礎好的組,還運用了圖象法處理,通過分析,也得到了正確的結論,我當即表揚了該組的同學,給予適時的評價,增強他們學習的信心和自豪感。


          6.評估交流,總結反思。要求學生對自己的探究活動進行回顧、反思,哪些問題弄懂了,哪些問題還不清楚,分析實驗誤差的原因,操作中有沒有失誤,設計合不合理,測量結果是否可靠……。讓學生有意識地“自我評估”,學會自我發現,及時總結,及時調整,先討論,再交流,課后將心得體會寫下來,有同學提出:①測量過程中,改變電池的節數改變電壓,如果電路閉合時間太長,測量會有誤差,可能是由于電阻發熱引起的;②過程中應更換定值電阻反復實驗,至少測量三組以上;③前面學習了滑動變阻器和串聯電路電壓的規律,在利用滑動變阻調節電壓時,應盡量使定值電阻兩端的電壓成整數倍變化(如1V、2V、3V……),這樣分析處理數據時方便些等等。這些都是學生的智慧所在,學生的點滴閃光點。教師做好課堂記錄,記錄學生的成長和變化,在適當的時候公開表揚或私下溝通,以達到激勵學生的目的。


          在整個探究教學中,評價是容易被我們忽視的環節。其實,當學生一走進實驗室,作為教師,就應該留心觀察,主要是去發現學生好的、積極的、新奇的、獨特的表現,評價要即時。對于初學物理的學生,應該對他們參與物理學習的欲望和參與狀況進行積極的評價,并由此激發學生的學習興趣,促進學生學習物理知識。個別學生剛進實驗室,就很興奮地立即就動手操作,如果是以前老師就會嚴厲地說:進了實驗室不準動桌上的儀器。這使他們的學習欲望降低,甚至產生逆反心理。根據新的教學理念,老師則說:你對這個探究活動很感興趣,我想你今天一定會很成功,但在操作之前,應當先做些什么呢?這樣評價使得學生很容易接受。當然,評價方式很多,探究活動完后,讓學生完成探究報告,認真評估、交流,每個學生先自評,組員之間互評,最后收起來,教師根據實際情況進行綜合評價,評價等級為:A—很好;B—較好;C—一般;D—較差;每次的探究報告放在每個學生的成長記錄檔案袋中,當然,不是每個科學探究都這樣評價,主要針對重要的探究活動,一些簡單的,不太重要的進行口頭評價即可。


          應該說,在科學探究過程中,我們應該既重視探究的過程,也重視探究的結果;重視對資料的收集、處理以及對結果的評價。在探究中學生處于主要地位,教師是組織者、參與者,也可以是指導者或評價者,同時也是學習者。實踐過程中,學生的改變和提高是顯而易見的,學生變“要我學”為“我要學”,充分展示自我,張揚個性,膽子變大了,能力提高了。由于評價體系變了,一些理論知識掌握不太好但實踐動手能力強的同學,同樣也很受大家的肯定,同樣也會有很好的發展空間。


          科學探究作為一種新的教學內容和教學方法,正處于探索和實驗階段。只要我們加強學習、研究,努力實踐,認真總結,讓科學探究貫穿于物理教學中,鼓勵學生積極參與科學探究,就能讓學生通過科學探究活動體驗到學習科學的樂趣,了解科學研究的方法,培養他們的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神,使他們更好地掌握物理基礎知識和基本技能。


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