关于科学探究教学设计的两个问题

随着基础教育课程改革的不断深入，初、高中《物理课程标准》的颁布与义务教育课程的实施，科学探究成为中学物理教学的一个热门话题，广大中学教师在教学时一般都要运用科学探究的理念去设计教学。这说明科学探究的思想已深入人心，广大中学教师已经从课程改革初期科学探究重不重要的争论转到如何在教学实践中去操作了，即已经从理论的层面上转到操作技术的层面了。然而在最近市里举办的优质课程大赛上，就笔者所见所闻，感到在教学实践的实际操作中，却存在科学探究既无“科学性”也不“探究性”的误区，究其原因主要是对科学探究的科学性及其特征和核心没有弄清，而仅运用了科学探究的表面形式。因此有必要对科学探究的科学性及其特征和核心加以说明和澄清，以期更好地指导探究性教学。

这是一节高中电磁感应的新授课，所有参加比赛选手的教学设计均是：先介绍磁通量的概念，再通过实验探究影响回路的磁通量的变化情况，最后总结归纳出电磁感应现象。在实验探究过程中也都是采用科学探究方式进行，即教师提出改变磁通量的几种方法，引导学生观察实验，然后分析论证说明由于磁通量的变化而产生了感应电流。

下面，我们先回顾一下电磁感应现象发现的历史，也许给我们有所启示。

1820年奥斯特发现电流磁效应以后，法拉第在1822年提出了“把磁转变成电的”光辉思想，1831年8月，法拉第用一个外径6英寸的软铁圆环，绕有两股约缘线圈A和B，B的两端用一条导线连成一个闭合回路，导线下面平行放置一根磁针。A和一组电池组、一个开关连接成另一个闭合回路。法拉第发现，在合上开关有电流通过线圈A的瞬间，磁针偏转；断开开关切断电流的瞬间，磁针也偏转。但是法拉第并不满足，立即提出了两个十分深刻的问题。第一，上述实验中是否一定要用软铁磁环，没有行不行？第二，线圈A是否可以不要，改用磁棒代替？10月17日法拉第做了一个现在人们熟知的，他用一个接有电流计、线圈的闭合回路，把一根永久磁棒迅速插入线圈或迅速拔出，都可以发现电流计指针偏转。法拉第在11月24日，向英国伦敦皇家学会报告了他的重大发现，归纳出产生感应电流的五种情况：一、变化着的电流；二、变化着的磁；三、运动的稳恒电流；四、运动的磁铁；五、在磁场中运动的导线。法拉第在报告中，把他所观察的现象正式定名叫“电磁感应”。1845年韦伯用数学方法对电磁感应进行了系统研究， 1846年麦克斯韦在其《电磁场动力学理论》一文中，首次引入了磁感量概念，而将法拉第发现电磁感应现象进行了统一，直至1851年法拉第在《记磁力线的物理特征》中首次提出电磁感应定律，1935年国际工程大会为纪念韦伯对电磁学的贡献，将韦伯命名磁通量的单位。

从这段历史中，我们不难发现科学家的科学探究经过提出问题，获得证据，从证据中对科学问题作出回答，评价已获得的解释，最后修正提出的解释。而科学探究性学习的探究过程和科学家探究科学的过程一样 ，科学学习的本质是探究学习，探究学习具有如下五个基本特征：

1、学习者围绕具有科学性的问题展开探究活动；
2、学习者获取可以帮助他们解释和评价具有科学性的问题的证据；
3、学习者要从证据中提炼出解释，对具有科学性的问题做出回答；
4、学习者通过比较其他可能的解释，特别是那些体现出科学性理解，来评价他们自已的解释；
5、学习者要交流和修正他们所提出的解释；

上述的基本特征和可以帮助学生对科学概念和方法建立比较清晰和深刻的认识，而且在课堂教学中探究可以对五个特征有不同的程度，如下表：

从上表可知，根据教师参与的程度，探究式学习可分为“指导型”探究和“开放性”探究。因而在教学时，应根据不同的内容进行探究设计。

从上述物理学史中我们不难看出自1922年提出问题到1831年发现证据的慢长过程中，寻求磁生电的证据是整个探究科学过程的核心，即用什么方法来证明磁能生电呢？可见在探究中的五个特征中，第二个特征即学习者获取可以帮助他们解释和评价具有科学性的问题的证据才是整个探究过程的核心要素。

因此在运用探究式教学设计本节内容时，首先要具有科学性，即整个教学设计应是遵循科学家发现电磁感应的历史，应该是提出磁生电后，实验探究先发现了产生感应电流，找出共性，再引入磁通量，得出电磁感应现象。而不是先引入磁通量，再用实验探究验证得出电磁感应现象，这是表面的探究，是老师预先设计好的，叫学生用实验验证的过程，这样既不符合科学发展的历史，也不符合学生探究认知的心理过程，只是给探究贴上了标签而已。

其次教学设计应具探究性，即应符合科学探究中五个基本特征，但是教学重点应突出放在科学探究的核心——寻求证据的要素上。可以在教学上设计每组同学都有器材，让学生探究怎样才能有感应电流产生，充分发挥学生的创造性思维。他们可能把磁铁、线圈、变阻器，电键等任意移动或改变位置，这时他们会发现感应电流产生了，而不是老师按预先设计好的方法去探究。对于这一核心特征应充分让学生自已去探究，教师尽量少指导，只起归纳的作用，这一内容是“开放性”探究，而对其余的基本特征教师可以给予多的指导，如学生获得五种情况下产生感应电流后，教师可进一步启发，这五种情况都和磁场强弱的变化或回路面积有关，再结合物理学史实，引入磁通量的概念（解释与评价），最后在教师的指导下归纳得出电磁感应现象（发表与交流）。若让学生自己探究去定义一个物理量是不现实的。显然这一部分内容是“指导性”探究。这种教学设计是他们所经历的真正的科学探究，不仅有了亲身体验也发展了他们的思维能力。

综上所述，科学探究教学设计的科学性是教学的首要问题，应符合科学的发展规律，探究的教学方法和教学资源应包含科学探究的五个基本特征，但是重点内容的探究应是科学探究的核心。教师在活动中起组织作用的程序和学生自主设计进行探究的程度可有不同。如果教学中是帮助学生建立一个科学概念，可采用“指导性”探究，如是发展认知和科学推理能力，则采用“开放性”探究，这于取决于教师对教材的整体把握和要求，即教学设计中的一个重要方面是探究活动旨在达到怎样的效果和目标。按照上述设计科学探究教学，才能真正实现新课程提出的“三维”目标，这还有待于我们广大中学物理老师的不断实践与探索。


参考文献：
（1）包里斯：《古典物理学原理》，苏联科学院出版社，1958
（2）[美]国家研究理事会，罗星凯等译《科学探究与国家科学教育标准——教与学的指南》，科学普及出版社，2004。