基于物理教学案例的教师科学本质教学行为剖析，本文主要内容关键词为：本质论文,教学案例论文,物理论文,教师论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
理解科学本质是科学素养的核心成分之一，促进学生对科学本质的理解，为多数科学家、科学教育组织与科学教育者认同已达90年，并体现在各国的教育文件中。我国基于新课改的科学课程标准中也明确强调了学生对科学本质的理解。但如何在学科教育中真正实现学生对科学本质的理解是有待解决的问题。国外诸多研究成果表明，教师具有精深的科学本质理解[1]与进行科学本质教学的意向[2]，是发展学生科学本质理解的两个必要条件。但持有理想的科学本质观与教师乐于教科学本质不是教师有效进行科学本质教学的充分条件，还需要教师将其科学本质观与科学本质教学倾向转化成显性的科学本质教学行为[3]。
教师的教学行为是指教师在课堂教学中影响学生学习的一切活动或表现。教学行为是外显的，是可以观察与记录的[4]。教师的科学本质教学行为是指教师在课堂教学中影响学生理解科学本质的一切活动或表现。科学本质教学行为的具体表现依赖于对科学本质内涵的分析——科学本质是要回答“科学是什么？”的问题。历史上，人们对科学的认识是随着科学本身的发展而不断地扩展与深化的，没有形成一致的认同，但在某些方面已形成一些基本的共知。这为科学教育中学生理解科学本质提供了参照，也为分析教师科学本质教学行为提供了依据。对于科学本质教学行为表现层面的认识，国内有学者基于科学本质教学构成要素研究，总结了科学本质教学行为的六个方面，即包括：①教学目标中要将科学本质理解作为显性目标。②教学主题要具有一定的认识论水平。③能显性区别观察与推论。④注重知识的产生方式。⑤具有反思性活动。⑥在作业中关注科学本质教学目标[5]，并以此六个方面作为教师科学本质教学行为发展的依据。本文以两个物理教学案例为例，分析教师在科学探究中的科学本质教学行为表现，进而说明科学本质教学行为离不开教师的实践智慧。
一、探究气体压强与体积的关系
尽管科学过程与方法教育不等于进行科学本质教育，但科学探究可以为学习者讨论与反思科学本质提供基本的背景[6]，让学生参与探究活动或科学过程技能的教学，有助于学生理解科学本质，具体表现为：
因而，教师在教学过程中，应关注科学本质与科学探究活动之间的关系，通过其教学行为得以体现，进而帮助学生在探究过程中理解科学本质。
“探究压强与体积关系”的教学案例呈现了学生在教师引导下自主实验的探究活动，分析其过程中教师的教学行为表现，有助于开展科学本质教学。
（教师）如何用物理实验探究压强、体积与温度三个物理量的关系？
（学生）采用控制变量法（在明确什么是控制变量法的过程中，学生1最先认为要保持两个量不变，让其中一个量改变。教师通过问题——如果保持两个量不变，要探究改变的量与什么量的关系？——引导学生明确控制变量法的含义。）
（教师）陈述这堂课的目的是在气体质量与温度保持不变情况下，探究压强与体积的关系。同时以问题引导学生思考如何实现实验的前提条件。
（学生）通过实验、数据采集（压强与体积），利用计算器处理数据，将实验数据输入电脑，完成实验报告。
（教师）引导学生就小组交流数据的处理，采用的方法，采用这种方法的原因等问题进行交流。
（学生1）描述实验结果——实验中得到三组数据，一组是体积的数据，另一组是压强的数据，第三组是体积与压强的乘积。
（教师）引导学生对数据分析，猜想体积与压强是否成反比关系。
（学生2）将体积、压强数据输入电脑，表现出一条类似反比例函数的图像。
（教师）进一步引导学生认识实验中得到的体积图像不是完全成反比关系。
（教师）提及科学史上玻意耳的研究，陈述温度不太低、压强不太高时体积与压强成反比，并进一步引导学生思考为何需要“温度不太低、压强不太高”的条件。
上述教学片段中教师的教学行为特点是引导学生以实验为主的探究。教师通过呈示行为（讲述、表情、手势、板书等）、对话行为（提问、聆听、质疑等）、指导行为（启发、引导等）使学生明确研究三个或多个变量变化的关系可采用控制变量法，同时要求学生能够使用准确的话语说明控制变量法的具体含义及控制变量法如何应用于实际问题解决中。引导学生小组探究学习的开展、组间交流与讨论，促使学生反思自己小组的实验过程与使用方法、数据处理以及分析的可行性。应该说教师的教学行为促进了学生科学探究实验活动的开展及对活动过程与结果的反思，达成了学生对玻意耳定律与控制变量法的理解，但学生是否因而明晰玻意耳定律作为科学定律以及它的产生方式？科学定律与科学理论的关系如何？学生是否真正理解自己及同伴的探究过程与结果？是否因而理解科学知识的得到具有主观性？等等。
从科学本质内涵的几个层面分析，教师虽然注意到了组间交流与讨论的重要性，但未能利用各组学生对同一问题采用同一方法却得到不同数据或对同一数据有不同的解释这一现象来说明科学的主观性。也未能在表述玻意耳定律内容的同时，充分利用科学史（玻意耳发现规律的过程及相关实验），用显性的话语让学生明确自己的探究活动与科学家的科学探究在某种程度上有相似性，可归纳为几个主要的步骤。因而学生不可能将自己的探究过程与科学家的探究过程比较，也不可能深刻认识到规律的产生方式，进而理解科学规律的本质。尽管教师指出了玻意耳定律的适用条件，但未能在科学史的基础上说明实验仪器与条件的限制对科学规律认识的影响，也没用显性话语说明科学定律的局限性。此外，气体的压强与体积（尽管可借助于容器的大小变化来得知）是两个无法用眼睛直接观察其大小的物理量，实验中是借助于电脑与计算器来得到其数据，推断压强与体积的变化。正如“内能”也是无法看见的，只能通过扩散现象推断分子的运动，在热水中扩散速度比在冷水中要快，说明温度越高，分子运动速度越快，内能越大。诸如这些无法直接观察的物理量或现象（如动能、分子运动等），教师应采用显性话语说明，让学生区别观察与推论，理解不同知识的产生方式。基于对观察与推论的差异性的理解，有助于从本质上区别科学定律与科学理论。如上述表现一定质量气体的压强与体积关系的玻意耳定律，正是对观察现象（温度不变时，压强的变化引起体积的变化）的描述。而科学理论是对观察现象或这些现象中的规律提出的假设，如分子运动论用于解释与热传递相关的现象（观察现象）和玻意耳定律（规律）。
二、平面镜成像
教师教学的实践活动，既需要有教学理论的实践化，更需要有教学实践的智慧与知识，即表现为教学的机智性行为。在科学本质的教学过程实施中，教师的教学行为也不可避免地包括教师个性的、情境性的、经验性的以及隐性的实践智慧。
（教师）大家都在课外照过镜子，你观察到了什么？请用“平面镜成像”的知识解释你观察到的现象。
（学生1）按平面镜成像的规律，物体在平面镜中成的是正立、等大、等距的虚像。因为虚像是能用眼睛观察到的，所以我们看镜子时能看到一个正立的，与人一样大小的人影（像）。
（学生2）按平面镜成像的规律，看镜子中的我时，那个像的位置应该在与我到镜子距离相同的背面。但我看到的镜中的我好像应是在镜子上，我知道这种理解是不正确的，因为科学家与书本上都这么说。但我明明看到镜中的我就在镜子上。
……（学生2的问题引起了其他许多学生的共鸣）
（教师）我们可采用什么实验或现象来帮助学生2解释她所观察到的现象？（引导学生对问题的进一步思考与探究）
（教师）你们都观察过人与镜子都静止时的成像情况，是否也有观察过镜子与人相对运动时的经历？当人平行于镜面运动时，你会看到什么现象？当人垂直于镜面运动时，又会看到什么现象？
（学生）当人平行于镜面运动时，镜中的“我”随人平行于镜面运动而运动。当人走近镜面时，镜中的“我”也向我走来；当远离镜面时，镜中的“我”也远离我。
（教师）假设物体是沿着与镜面成一定角度的路径运动时，你又会看到镜中的物体如何运动？怎么实现这一实验？
上述教学案例中，教师本来想借助学生对平面镜成像知识的掌握展开新内容的教学，然而学生2提出了一个源于生活中观察到的现象与困惑，不能将其与所学的平面镜成像知识纳入其知识结构中并解释生活现象。这实际上是对“科学知识本质”的一种追问，这不是教师预先设计的内容，它需要教师充分发挥其教学智慧。当然，教师可以将问题留作课后进一步思考，从而引入新课教学，但这体现不出教师的教学机智与教学智慧。有智慧的教师就能利用学生生活的经验，将平面镜成像内容进一步拓展，并利用学生2提出的问题引导学生进一步探究。以学生可观察到的生活经验，即镜前的人平行于镜面与垂直于镜面运动时，观察镜中的“我”的运动情况，启发学生思考并探究——若物体是沿着与镜面成一定角度的路径运动时，镜中的像又如何运动？探究活动中，教师可针对学生的观察与实验的设想，显性地提出像离镜的距离是不能用眼观察的，但可以借助于像的运动推断出像是不是成在镜面上，那么像成在何处？另外教师还可就“镜小物大不能成全像吗？”“平面镜对物体总能成像，用眼睛观察就一定能看到？”“平面镜会不会有可能成实像？”等问题进一步让学生在结合生活实践的基础上反思与探究，从而加深对平面镜成像的理解。这种基于问题引发的教师教学行为是一种源于实践的教学智慧，是高层次的教学行为，教师通过设问、指导、启发、实验等促进学生深刻理解科学知识的本质。面对学生2对平面镜成像的理解（这不是教师预先设计的可能问题），教师不是直接告知结论或否定这一观点，而是以生活问题让学生自己观察物体相对于平面镜运动（平行于镜面运动、垂直于镜面运动、与镜面成一定角度运动）时的成像可能，让其推断“镜面镜所成的像就是在镜面上”这一观点的可靠性与合理性。同时，教师以显性话语让学生明晰观察与推论的差异，进而基于对科学知识生产方式的不同，理解科学定律与科学理论的区别。源于生活实际的问题探究有助于学生认识到科学与社会生活的关系，这些都有助于学生对科学本质的理解。
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