新课程理念下物理实验创新的问题（三）——探究学习与接受学习的关系及实验教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,物理实验论文,关系论文,新课程理念论文，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。
新的课程标准实施以后，人们在一片“探究”声中改变原来的教学方式。这里有好的一面，那就是学生被动的灌输式的教学方式受到冲击，探究的理念为更多教师所接受。但也出现了一种误区和偏向，那就是把接受式学习看成该批判的对象，从而使探究式教学走向形式化。这也是实验教学创新所面临的一个问题。应当认识探究学习的本质特征下及与接受学习的关系，并在这种认识指导下进行探究教学设计。
一、新课程理念下学习方式的变革
从课堂教学的行为来说，教学主要处理着教师与学生、学生与学生、教师学生与教学资源之间的相互作用关系，因此可以把学生的学习方式分为以下三个维度：
教师与学生：学生自主——教师指导。
学生与学生：合作学习——独立学习。
探究与接受：探究学习——接受学习。
事实上任何学习方式都包含上述三个维度，只不过偏向于两极的程度不同而已。就宏观而言，应当选择三维空间中合适的平衡点；就微观而言，应当综合考虑影响学习方式的多种因素，选择合适的学习方式，以达到优化组合的效果。陈旧的学习方式忽视人的主动性、能动性和独立性；忽视了应当体现科学过程的本质特征；忽视了学习作为一种特定社会活动的基本特征：人的相互作用。因此新课程要求转变这种单一的、他主的、被的学习方式，并对学生学习方式提出以下要求：
①注重和促进学生的自主、探究和合作学习。
②把握科学探究的基本特征，渗透探究的思想和方法。③切实加强物理实验，培养实践的意识和创新能力。④提倡教学方式的多样化。
二、探究学习与接受学习的关系
学生的探究式学习不能与接受学习截然分开，探究学习需要一定的知识与技能：在进行科学探究时，提出问题时，评价问题的价值和可探究性需要一定的知识；提出猜想、假设时，需要根据已有的知识和经验；设计实验时，需要掌握相关的原理和方法；只有将证据与科学知识建立联系才能得出合理的解释；检验和评价探究的结果需要原理、模型和理论。而这些知识和技能不可能都由直接探究获得。另外，作为探究学习的特点，知识不是以定型的形式呈现给学生的，而是需要学生自己在解决问题中去有所“发现”，这种短时间内的“发现”常常带有很大的局限性，或者是定性的，或者是半定量的，即使是定量的，也只是在极有限的特殊条件下获得的。要形成对知识的理解，要认识探究所得知识与其他相关知识的内在联系，形成一定的知识结构，必须有内化的过程，这种内化的过程，主要是接受学习的意义建构过程。再次，就某种意义而言，学生的科学认知结构不可能由“纯粹”的探究活动形成，需要与接受学习结合。并不是每一堂课都要进行探究，经历实践的完整的探究活动，如果勉强地完全由探究活动得出结论，将使学生产生对科学探究的曲解，它的危害不只是对知识的片面理解，更重要的是不利于科学思想和态度的形成。探究学习需要接受学习需要渗透探究的思想和方法，这两者需要结合起来。
在教学设计中，我们应当明确，探究式学习不是惟一的学习方式，也不是任何情况下最好的学习方式。在教学中不可能也不必要事事探究，特别是直接获取证据的探究活动，应当使学生学会间接学习。学生的兴趣越向高层次发展，对本质理解得越深刻，越能产生充实感和兴奋感。因此，在教学实际中应把探究教学与其他教学方式结合起来以达到最佳的效果。其次科学探究的方式是多种多样的，探究没有僵化的规程。在探究教学设计时不必要依照课程标准提出的七个步骤一一实施，关键是要体现出探究的过程要素：问题；事实证据；解释；评价；交流。这些要素中每一个都是贯穿始终的。在探究教学设计时应以问题情境为动力；以科学方法为工具；以探究思维为灵魂；以发展科学素养为目标。
三、物理实验与探究教学的设计
实验是科学探究的重要思想和方法，中学物理实验教学的改革应当关注探究思想的介入，改变将实验的功能仅归于验证理论和培养动手技能的观点。但也必须看到，实验不是探究的惟一方法，理论探究也是不可少的，通常情况下实验、理论、教学需要相互结合起来。同时实验也不都是探究的，仪器使用、操作训练等类型的实验也是不可少的。
在进行探究教学设计时，如下的原则是应当关注的：
①充分调动学生学习的内部动机，体现主体性原则。②努力提供手脑并用的机会，体现做中学的原则。③关注实践与理论结合，体现探究与接受学习有机结合的原则。④关注有效的合作与交流，体现人际间互动的原则。⑤灵活多样，防止探究模式僵化，体现多样性原则。
下面举两个探究教学设计的案例：
案例1 平面镜成像
创设情景，调动学生积极性：以视频展示，杯中有一支蜡烛，蜡烛的火焰在飘动，然后往杯中倒水，当水面超过烛焰时，蜡烛还在燃烧（图1）。这时学生们就惊讶了，蜡烛能在水中燃烧吗？接着再播放下去，发现有了一块玻璃板，在玻璃板的前面还有一支蜡烛。此时学生恍然大悟，原来水中的蜡烛只是一个像。刚才是用视频向学生展示的，当然如果学校条件不具备，也可以用一个易拉罐，将其一面剖开，并把蜡烛放在易拉罐内，用它来遮住学生的视线。
图1
猜想和提出问题：蜡烛放在哪里才能使像成在杯中？回忆照镜子，猜想平面镜物像的关系。像在镜前还是镜后？像与物离镜多远？像与物的大小始终相等吗？怎样比较像与物的大小？怎么测定像的位置？
设计并实验：实验装置可以用如图2所示的装置，用一块半透明的玻璃板，一个坐标盘，两个大小相等的物体（如国际象棋的棋子）。
图2
交流：总结与汇报平面镜成像规律。包括：
①______；②______；③______。
理论分析：阅读教材中的栏目“人眼是怎样观察到平面镜所成像的”。讨论和教师小结：
方法：在物体上取一发光点，作两条入射光线，观察经平面镜反射后的情况。
应用规律：光的反射定律。
虚像的意义。
应用与评价：在桌面上放一张纸，纸上有一支铅笔和旗子，如图3。在AA′线上将要竖直地放置一块平面镜，问：如何放置铅笔能够在放上平面镜后使笔尖瞄准镜中的旗子？
图3
先摆好铅笔，再放上平面像，看看你是否瞄准中的？
此外，还可以布置一些课题让学生在课外探究，如储币魔箱的探究，看不到尽头的长廊等。
对该案例的评析：
该教学案例开始时应用视频图像设置了水中蜡烛的情景，它能有效地激发学生学习的兴趣和动机，并且为学生实验的设计提供启示，为后继学习从方法上做好准备。
由水中蜡烛的情景提出问题，做出猜想，在这样的基础上进行实验。
实践探究与理论分析结合，理论分析采用自学阅读和教师小结的方式，有利于学生对平面镜成像规律的认识内化，体现了探究学习与接受学习有机结合的思想。
在认识平面镜成像规律后，应用了一个实践性的小问题给学生练习和实施形成性评价，而不是纯概念的记忆和复述，课后还提供了一些有挑战性的课题。
探究不一定需要从头到尾的，有些可以是实施某某一要素，如观察和分析问题。观察和分析问题对培养学生观察能力是很重要的，观察首先要有一个观察兴趣，学生要爱想问题，爱发现规律，爱发现解决不了的问题，只有这样才能发展学生其他的能力。
案例2 观察杯中的金鱼
烧杯的水中有一条鱼，如图4。图5是从某一角度对这条鱼观察所看到的照片。
请描述看到的现象和特点。
这些现象是怎样产生的？
鱼身上的光通过什么样的路径传到眼睛里？
亲自去做一下实验，你还能看到哪些意想不到的现象？
对该案例的评析：案例中用两幅照片来引导学生进行观察和探究。这些现象都是学生平时可能遇到的现象，但很少有学生注意，并提出问题进行探究。用这种方式能唤起学生对看似平常的现象的好奇心，进而主动探究。它有利于培养学生观察发现的意识、观察和想象的能力。
案例3 力减小时物体的速度也减小吗？
生活中，我们常有一种经验认识：力越大速度越大，力越小速度就越小。例如，运动员把垒球抛出去时，力越大，抛出的速度就越大；踢球的力越大，飞出的足球速度也越大。这种观点正确吗？如果一个物体受力做加速直线运动，当牵引力持续减小时，物体的速度将会怎样变化？请设计一个实验来证实你的想法。
可供选择的器材：轨道，小车，打点计时器，钩码，线，橡皮筋，钥匙链条等。
①你的想法是：如果牵引力持续减小，物体的速度将______。
②你打算如何来验证你的猜想？如何使作用在物体上的牵引力持续减小？需要做哪些测量？
③你的实验结果是怎样的？实验中有哪些原来没想到的发现和问题？
④怎样从理论上解释你的实验现象？
案例评析：
本案例是一个帮助学生实现意义建构的教学活动。学生对运动和力的关系有许多潜在的错误观点，如，力是运动的原因，力越大速度越大，力减小时速度也就减小，没有力作用物体就会静止等。本案例让学生自己设计一个实验来探究牵引力持续减小时物体的速度怎样变化，实验的结果会使学生感到意外，从而激发认知冲突，有利于科学概念的建立。
本案例让学生自己设计实验方案，给他们动脑和动手的机会。只要创造条件使小车受到的牵引力不断减小，同时记录小车运动的轨迹，就可以研究过程中速度的变化情况了。实验的方案有多种：有的学生用线将多个钩码连成一串跨过滑轮牵引小车加速前进（如图6a），当下端的钩码逐个落在凳面上时，牵引力就会逐次减小；有的学生用钥匙链条连线拉伸后牵引小车前进（图6b）。有的学生用橡皮筋拉伸后牵引小车前进（图6c）。小车的运动情况用打点计时器在纸上记录下来。在对数据进行分析时，一些学生描出如图7所示的图像。
ΔS越大，表明该时间间隔的平均速度越大，由此可以发现，随着牵引力减小，小车的速度逐渐增大，达到最大值后又逐渐减小。这是学生没有想到的发现。通过理论分析，他们认识到：曲线的上升段表明速度增加，对应着牵引力减小；曲线的顶点表明速度达到最大，对应的是牵引力与摩擦力相等；曲线的下降段表明速度减小，对应的受力情况是牵引力小于摩擦阻力。可见该案例对提高学生分析、解决问题的能力能起到很好的作用。
实验教学的设计和实施是一项富有创造性的工作，不同的具体目标、不同的学生对象、不同的教学条件和资源状况，以及教师个人的特长等都会有不同的设计。因此，我们主张不断学习，不仅学习理论，而且对自己的案例和其他教师的案例进行实践和教育理论的反思，使实验教学更加生动活泼，对学生的科学素养的提高更富有成效。
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