廣東省陽山縣陽山中學(xué)(513100) 譚 程

2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱為“《新課程標(biāo)準(zhǔn)》”)的重大變化之一就是將“科學(xué)探究”放到了前所未有的高度,目的在于將學(xué)生學(xué)習(xí)重心從“過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳承與積累”向“培養(yǎng)學(xué)生的探究能力”轉(zhuǎn)化,讓學(xué)生從“被動(dòng)接受知識(shí)”向“主動(dòng)獲取知識(shí)”轉(zhuǎn)化?？茖W(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素。由此可見新課改實(shí)施后高考對(duì)科學(xué)探究的考查必然要突出對(duì)其各要素的考查。本文以2019年全國Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題為例,來分析《新課程標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后高考命題對(duì)“科學(xué)探究”及其“科學(xué)探究教學(xué)目標(biāo)”的命題特點(diǎn),從而提出相應(yīng)的教學(xué)建議。

1 試題再現(xiàn)

2019年全國Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題內(nèi)容如下：某同學(xué)要將一量程為250μA 的微安表改裝為量程為20mA的電流表。該同學(xué)測(cè)得微安表內(nèi)阻為1200Ω,經(jīng)計(jì)算后將一阻值為R的電阻與微安表連接,進(jìn)行改裝。然后利用一標(biāo)準(zhǔn)毫安表,根據(jù)圖1(a)所示電路對(duì)改裝后的電表進(jìn)行檢測(cè)(虛線框內(nèi)是改裝后的電表)。

(1)根據(jù)圖1(a)和題給條件,將圖1(b)中的實(shí)物進(jìn)行連接。

(2)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0mA 時(shí),微安表的指針位置如圖1(c)所示,由此可以推測(cè)出改裝的電表量程不是預(yù)期值,而是( )。

A.18mA A.21mA C.25mA D.28mA

(3)產(chǎn)生上述問題的原因可能是( )。

A.微安表內(nèi)阻測(cè)量錯(cuò)誤,實(shí)際內(nèi)阻大于1200Ω

圖1 實(shí)驗(yàn)試題圖示

B.微安表內(nèi)阻測(cè)量錯(cuò)誤,實(shí)際內(nèi)阻小于1200Ω

C.R值計(jì)算錯(cuò)誤,接入的電阻偏小

D.R值計(jì)算錯(cuò)誤,接入的電阻偏大

(4)要達(dá)到預(yù)期目的,無論測(cè)得的內(nèi)阻值是否正確,都不必重新測(cè)量,只需要將阻值為R的電阻換為一個(gè)阻值為kR的電阻即可,其中k＝____。

本文從“科學(xué)探究”以及“科學(xué)探究的課程目標(biāo)”兩個(gè)角度分析該題是如何落實(shí)科學(xué)探究考查的。

2 “科學(xué)探究”主要要素在試題中的考查呈現(xiàn)

新課改倡導(dǎo)著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,故科學(xué)探究也就成為高考考查核心素養(yǎng)的重要落腳點(diǎn)。2019年全國Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題對(duì)“科學(xué)探究”的考查分析可從以下兩方面著手。

2.1 “科學(xué)探究”各主要要素在試題中的考查呈現(xiàn)

本實(shí)驗(yàn)對(duì)“科學(xué)探究”的考查時(shí),科學(xué)探究各主要要素在試題中的具體呈現(xiàn)如下。

2.1.1 “問題”要素在試題中的具體考查

科學(xué)探究的“問題”要素在試題中的具體呈現(xiàn)形式。

(1)如何將量程為250μA 的微安表改裝為量程為20mA 的電流表；改裝后的電流表如何進(jìn)行校對(duì)；確定改裝達(dá)標(biāo)的依據(jù)是什么。

(2)改裝后得到的量程不是預(yù)期的結(jié)果,那會(huì)是什么原因引起的,該如何改進(jìn)。

2.1.2 “證據(jù)”要素在試題中的具體考查

本實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究的主要證據(jù)是：標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0 mA 時(shí),改裝電表的指針位置如圖1(c)所示,即為160μA,這是判斷改裝是否達(dá)標(biāo)的重要證據(jù)。

2.1.3 “解析”要素在試題中的具體考查

科學(xué)探究中的“解析”要素在本試題中的具體考查形式。

(1)實(shí)物電路連接如圖2所示。

圖2 電路圖

(4)接入電阻R時(shí)改裝后電表實(shí)際量程為25mA,故滿足IgRg＝(2 5－Ig)R；要將微安表改裝為量程為20 mA,應(yīng)滿足IgRg＝(20－Ig)kR,其 中Ig＝250μA＝0.25 mA,聯(lián) 立 解得：k＝1.25。

2.1.4 “評(píng)價(jià)”要素在試題中的具體考查

試題對(duì)“評(píng)價(jià)”要素的考查主要體現(xiàn)在：

(1)對(duì)改裝電表量程不是20 mA 的失敗原因分析(即第3問考查)。

(2)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)(即第4問考查)。

2.2 “科學(xué)探究”課程目標(biāo)在試題中的落實(shí)呈現(xiàn)

“科學(xué)探究”課程目標(biāo)在2019年全國Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體分析見表1。

3 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的教學(xué)建議

科學(xué)探究要求探究者通過自身主動(dòng)參與發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,更重要的是帶著問題去實(shí)踐?？茖W(xué)探究不僅僅指實(shí)驗(yàn)探究,也包括理論探究,物理學(xué)家密立根說過：“科學(xué)是在用理論和實(shí)驗(yàn)這兩只腳前進(jìn)的。有時(shí)是這只腳先邁出一步,有時(shí)是另一只腳先邁出一步,但是前進(jìn)要靠兩只腳,先建立理論然后做實(shí)驗(yàn)；或者是先在實(shí)驗(yàn)中得出了新的關(guān)系,然后再邁出理論這只腳并推動(dòng)實(shí)驗(yàn)前進(jìn),如此不斷交替進(jìn)行。”據(jù)此,同時(shí)再結(jié)合科學(xué)探究主要要素和科學(xué)探究課程目標(biāo),實(shí)際教學(xué)中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力提出以下建議。

表1 分析表

3.1 科學(xué)探究教學(xué)常態(tài)化，切勿形式化

科學(xué)探究能力是學(xué)科素養(yǎng)在學(xué)生身上落實(shí)的重要體現(xiàn),而這種能力不是一朝一夕能培養(yǎng)起來的。故科學(xué)探究的教學(xué)應(yīng)常態(tài)化,切勿形式化。有些教師因上公開課,就象征性地開展科學(xué)探究“示范課”,“示范課”一過,科學(xué)探究教學(xué)不了了之,來也匆匆,去也匆匆,探究成了擺設(shè)。學(xué)生探究能力培養(yǎng)的陣地主要在課堂,這種能力需要經(jīng)歷“提出問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋、評(píng)價(jià)”等多個(gè)環(huán)節(jié)才能逐步形成。每個(gè)環(huán)節(jié)并不是一下就能形成,它需要在課堂教學(xué)常態(tài)化的條件下,逐一形成。但這些探究環(huán)節(jié)在課堂上逐一實(shí)施會(huì)遇到很大困難,一節(jié)探究課幾乎很難完成探究中的每個(gè)環(huán)節(jié),這正是造成科學(xué)探究形式化的根源。對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)既然不能一步到位,那么就采取化整為零的方式。逐一開展,一堂課或一段時(shí)間內(nèi)可著重培養(yǎng)科學(xué)探究中的某個(gè)或某幾個(gè)環(huán)節(jié),當(dāng)學(xué)生把握其中的某些環(huán)節(jié)后再培養(yǎng)其他環(huán)節(jié),從而達(dá)到探究教學(xué)常態(tài)化,而不是形式化,更不是虛假化。

3.2 接受學(xué)生探究中的錯(cuò)，切勿讓探究教學(xué)按部就班

探究教學(xué)中很多教師怕學(xué)生出錯(cuò)誤、走彎路,達(dá)不到預(yù)期的探究目標(biāo),于是探究教學(xué)前先給學(xué)生設(shè)置好探究步驟或按教材中的探究步驟讓學(xué)生按部就班。這種探究課教師上起來雖然很 “順手”,學(xué)生也不會(huì)出錯(cuò),但是這種“復(fù)制式”的探究,對(duì)學(xué)生來說只不過是走過場(chǎng),他們的科學(xué)思維得不到任何開發(fā)。縱觀很多物理學(xué)家走過的道路可發(fā)現(xiàn)：在向科學(xué)進(jìn)軍的道路上,大多數(shù)人和大多數(shù)的時(shí)間實(shí)際上是耗在那些最終沒能得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持的假設(shè)探究上。但這卻是真真切切的科學(xué)探究,沒有任何一位科學(xué)家會(huì)否定這種探索的價(jià)值?！缎抡n程標(biāo)準(zhǔn)》也強(qiáng)調(diào)：“要避免讓學(xué)生按教師或教材的既定步驟進(jìn)行虛假‘探究’,不應(yīng)只把注意力集中在與探究假設(shè)相符的物理事實(shí)上,還需要觀察和收集那些與預(yù)期結(jié)果相矛盾的信息?！惫式處煵槐?fù)?dān)心學(xué)生在探究過程中出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤結(jié)果,即使結(jié)果是錯(cuò)誤的,也要習(xí)以為常。當(dāng)學(xué)生知道錯(cuò)誤并理解錯(cuò)誤后,他們會(huì)總結(jié)自己的“錯(cuò)因”,尋求“改錯(cuò)”的新方案和策略,這一過程既是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的過程,同時(shí)又是重新探究的過程,在這一系列過程中學(xué)生的探究能力自然會(huì)得到更大的提升。

3.3 科學(xué)探究重視結(jié)果，更應(yīng)實(shí)施新的評(píng)價(jià)方案

探究結(jié)果固然重要,因?yàn)樗鼤?huì)使學(xué)生獲得成功,特別是正確的結(jié)果更能增加學(xué)生的探究欲望。很多教師在引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究時(shí),得到正確結(jié)果后便到此為止,以為大功告成,其實(shí)不然。新一輪課改的另一大亮點(diǎn)就是在 《新課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)教學(xué)有了“新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”：高中物理課程重視以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展,重視評(píng)價(jià)的診斷功能和激勵(lì)功能,致力于創(chuàng)建一個(gè)目標(biāo)明確、主體多元、方法多樣、既重視結(jié)果亦重視過程的物理課程評(píng)價(jià)體系。提倡評(píng)價(jià)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、建立自信,改進(jìn)學(xué)習(xí)方式,發(fā)展核心素養(yǎng)。由此可知核心素養(yǎng)導(dǎo)向下對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)內(nèi)容不只是結(jié)果,更應(yīng)該是評(píng)價(jià)學(xué)生提出科學(xué)問題、獲取證據(jù)、作出解析、表達(dá)交流等能力的發(fā)展水平。如能否分析相關(guān)事實(shí)或結(jié)論,提出并準(zhǔn)確表述可探究的物理問題,做出有依據(jù)的假設(shè)；能否制定科學(xué)探究方案,選用合適的器材獲得數(shù)據(jù)；能否分析數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)規(guī)律,形成合理的結(jié)論,用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解析。教師的評(píng)價(jià)在于幫助學(xué)生找出探究中沒有解決的矛盾,從而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的探究問題,進(jìn)一步提起學(xué)生的探究興趣,提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。教師的評(píng)價(jià)還在于幫助學(xué)生找出探究結(jié)果與實(shí)驗(yàn)假設(shè)存在差異的原因,發(fā)現(xiàn)探究過程的失誤所在,糾正已形成的錯(cuò)誤概念,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)批判性思維,同時(shí)還能吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),從而優(yōu)化探究方案。更重要的是教師評(píng)價(jià)要關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、建立自信,改進(jìn)學(xué)習(xí)方式,發(fā)展核心素養(yǎng)。

3.4 科學(xué)探究不能越俎代庖，而要親身經(jīng)歷與實(shí)踐

華盛頓兒童博物館有句格言：“我聽見了就忘記了,我看見了就記住了,我做過了就理解了。”可見科學(xué)探究要讓學(xué)生理解,就得讓學(xué)生親身經(jīng)歷與實(shí)踐。西漢文學(xué)家劉向說過：“耳聞之不如目見之,目見之不如足踐之?！钡珜?shí)際教學(xué)中,有些教師怕學(xué)生不熟悉器材使用、探究中出錯(cuò)等原因,于是教師一人在講臺(tái)上開展“探究示范課”,幫助學(xué)生探究,越俎代庖,學(xué)生成了觀眾,這種“包辦式的探究”學(xué)生失去了親歷與實(shí)踐。比如在“提出問題”這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中,不能因?qū)W生提不出問題,教師一著急就直接告訴了學(xué)生,教師應(yīng)該冷靜地去引導(dǎo)學(xué)生思考問題。對(duì)學(xué)生的探究活動(dòng),教師要舍得花時(shí)間,讓學(xué)生多動(dòng)眼“看一看”,多動(dòng)腦“想一想”,多動(dòng)口“說一說”,多動(dòng)手“做一做”,充分發(fā)揮學(xué)生在課堂上的主體作用,開發(fā)學(xué)生的情感潛能、思維潛能、操作潛能,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的火花。科學(xué)探究中不要忘記學(xué)生是主體,教師只是引導(dǎo)者。著名特級(jí)教師路培琦在“擺”一課中,讓學(xué)生用20min的時(shí)間做一個(gè)15次/10s的擺,這是一個(gè)學(xué)生自主探究、親身經(jīng)歷的過程,能否成功地做出一個(gè)15次/10s的擺,絕不是教師的終極目標(biāo),其目的在于引起學(xué)生對(duì)自己做擺過程的關(guān)注,關(guān)注做擺過程中產(chǎn)生的問題,關(guān)注做擺過程中解決問題的方法,關(guān)注自己在做擺過程中的思維過程,當(dāng)把擺做成功的時(shí)候不正是對(duì)擺的本質(zhì)了解的時(shí)候嗎? 這不就是讓學(xué)生在親身經(jīng)歷與實(shí)踐中培養(yǎng)自己的探究能力嗎? “親身經(jīng)歷”是每個(gè)學(xué)生成長過程必需的,只要給學(xué)生充分的時(shí)間和條件,學(xué)生的表現(xiàn)是值得我們?nèi)ズ炔实?。即使探究失敗?對(duì)學(xué)生也具有重要的教育價(jià)值——讓學(xué)生體會(huì)到“原來科學(xué)研究這么不容易,科學(xué)家真了不起”。

3.5 滲透STS教育，重視用STS問題培養(yǎng)科學(xué)探究能力

STS是研究科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)相互關(guān)系的一門新的學(xué)科,它強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。如果在物理教學(xué)中,將STS滲透其中,可加深學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系的理解,更重要的是這些問題緊密聯(lián)系生活,涉及的知識(shí)面比較廣,這就給學(xué)生留下了感興趣的探究空間。更重要的是STS問題的設(shè)置具有針對(duì)性,它是針對(duì)學(xué)生原有的想法、觀念和思維慣性等設(shè)置的問題,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。同時(shí)這類問題還應(yīng)具有恰當(dāng)?shù)乃季S難度,學(xué)生“跳一跳、摸得到”,使學(xué)生既不至于無從下手,也不會(huì)覺得沒挑戰(zhàn)性。比如筆者在講授“核能”時(shí),不但要引導(dǎo)學(xué)生知道核技術(shù)既可應(yīng)用于醫(yī)療、能源等方面,但它也會(huì)給人類帶來危害,比如核污染、核放射的殺傷性。這些知識(shí)更能引發(fā)學(xué)生的求知欲,增加學(xué)生的探究欲望,雖然這些知識(shí)超出了教材的研究范圍,但是這些問題具有很強(qiáng)的趣味性,有些學(xué)生迫不及待地想知道這些問題的結(jié)果,無疑可以激發(fā)學(xué)生的探究興趣,培養(yǎng)他們“明知山有虎,偏向虎山行”的無畏探究精神。

4 結(jié)束語

德國教育學(xué)家第斯多惠在《德國教師培養(yǎng)指南》中指出：“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng),而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞?！彼?核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理課堂教學(xué)必修教材將“教書”與“育人”融合在一起,充分展示物理學(xué)科的美與優(yōu)勢(shì)。把真實(shí)的歷史事件、感人的科學(xué)精神、不斷創(chuàng)新的物理思維方法,展現(xiàn)給學(xué)生,并融入到物理探究教學(xué)中去,使科學(xué)求“真”的理性思維與人文文化中那種至善、至美的追求相結(jié)合起來,促進(jìn)真、善、美的統(tǒng)一,人與自然的和諧與統(tǒng)一,讓物理課堂充滿激情。從而激發(fā)學(xué)生對(duì)自然、對(duì)生命的熱愛,引導(dǎo)學(xué)生逐步樹立起崇高的理想以及人生觀和價(jià)值觀,學(xué)會(huì)思考和生活,學(xué)會(huì)探索和創(chuàng)新。這正是當(dāng)代教育所賦予物理教師的歷史責(zé)任與教育目的。

總之,物理學(xué)科的探究價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)3個(gè)轉(zhuǎn)化功能：那就是通過科學(xué)探究最終讓學(xué)生掌握物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維和提升科學(xué)態(tài)度。這一價(jià)值的體現(xiàn)過程如圖3所示。

圖3 體現(xiàn)過程