科学探究要素及认识-高中物理教师必读

（一）对科学探究的认识

1.科学探究是一种学习方式，是学习目标，也是学习内容

从学生的角度来看，科学探究是一种学习方式，学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。

科学探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标，《标准》对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求。

科学探究的方法是一种程序性知识，学生对探究方法的掌握以及对各探究要素意义的认识，都有一个系统学习和不断加深理解的过程，它属于物理课中的重要教学内容。

2.教学中对学生探究行为的设计是提高探究能力的关键

学生探究能力的提高不可能只通过理解就能实现，学生必须经历探究的过程，而且在这个过程中，学生要有相关的探究行为，因为某一方面的基本能力一定是和相关的行为联系在一起的。因此，在课堂教学中，学生探究行为的设计是提高他们探究能力的关键。例如，要提高提出问题的能力，就要让学生去发现、去质疑、去对问题进行抽象和概括；要提高猜想与假设的能力，就要让学生去假定、去解释；要提高制定计划和设计实验的能力，就要让学生去优选实验方法、去选择实验器材、去分析和控制变量、去评价现有的方案；要提高分析和论证的能力，学生就需要去比较（分析）数据、去作因果分析、去形成结论；要提高评估能力，就要让学生去反思、发现新问题，去改进探究方案；要提高交流能力，就要让学生去构思表达的内容结构、去即兴表达、去倾听交流和评价交流。如果学生在探究过程中没有这些行为，相关探究能力的提高将是一句空话。

3.科学探究的行为应渗透在整个物理教学中

由于科学探究能力的提高是和相关行为联系在一起的，而这些行为在非科学探究活动的教学过程中也是可能存在的，因此，尽管学生参与科学探究活动是提高他们科学探究能力的重要途径，但在其他的教学活动中也让学生发生这些行为，同样对学生在某一探究要素方面的能力发展具有非常积极的意义。例如在平时一些陈述性很强的教学过程中插入让学生质疑、假定、解释等活动，实际上就是在发展学生提出问题和猜想、假设的能力；在解答物理问题时引导学生自己进行因果分析、变量分析，自己进行数据处理，归纳结论，这些行为，都是和科学探究中制定计划、分析与论证等要素相吻合的，也有利于提高学生相关的能力。因此，除了科学探究之外，在物理教学的其他方式中渗透科学探究的行为，不仅是可能的，而且是必要的。

4.学生的自主探究和教师的合理指导相结合

学生在科学探究中需要有自主性，学生自主性的体现就是具有独立的探究行为，如前文所说，学生的探究行为的发生是其探究能力发展的关键。同时，学生探究活动的开展也要得到教师的指导。这样一来，教师的指导和学生的自主性之间就构成了一对矛盾：学生要有自主性，教师就不宜过多指导；但教师不指导，探究有时就很难进展下去。

解决这一矛盾的方法就是具体分析和规划科学探究课题的过程目标。对于一个具体的探究课题，学生应该在哪个要素上下功夫，或者说，该探究课题的主要能力目标是哪个要素，对此，教师不仅要十分清楚，而且要进行规划。属于让学生产生独立探究行为的要素，应该充分发挥学生的自主性，让学生独立去完成；对于不属于本课题的过程目标，教师可以大胆指导，甚至于可以通过陈述的办法顺利越过这一环节，让学生把主要精力放在教师事先设计需要强化的要素上。一个课题究竟需要强化哪一个要素，应该根据探究课题的特征、学生循序渐进的要求进行合理和全面规划，看起来一节课似乎只突出了某一两个要素，而实际上不同的课题分别突出了不同的要素，学生所得到的是深入和全面的发展。

（二）对科学探究要素的作用和意义的认识

《标准》关于科学探究及实验能力的基本要求中，每一科学探究要素的最后一项要求，就是认识该要素的作用或意义，现把它集中进行解读。

1.认识发现问题和提出问题的意义

发现问题和提出问题是科学探究的前提，如果没有发现问题、不能提出问题，科学探究便无从谈起。同时，科学探究过程是围绕着所探究的问题展开的，正是由于有了明确、具体的探究问题，才能使探究过程具有明确的主题，使探究能沿着合理的假设一步一步进行下去，可以说，问题是各个探究环节的核心。另外，发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程，要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素，这是很不容易的事，它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维，科学探究的最终目标之一就是发展学生的创造力，发现问题和提出问题对实现这一目标起着重要的作用。

2.认识猜想与假设的重要性

猜想与假设是科学结论的先导，如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持，它就可能发展成为科学结论。因此，猜想与假设能帮助科学研究者明确研究的方向，指导科学研究沿预定目标展开。

猜想与假设对解决问题的方案作了一定的预见性思考，它为收集信息，分析、处理和解释信息提供了一个大致的框架，因而使制定探究计划、设计实验方案有了必要的基础。而且，科学探究的结论也是围绕着猜想与假设进行的，探究报告最终需要对探究假设是否得到验证作出明确的结论。可见，猜想与假设在整个探究活动中起到一种引导性作用，是探究活动的主线。

作为一种教学方式，猜想与假设对发展学生的创造性思维具有积极的作用。假设的前一环节是假定，这是一种非常活跃的非逻辑思维，具有发散性，假设的后一环节是对假定作出合理解释，这是一种逻辑思维，具有收敛性。学生在猜想与假设中，不断地在非逻辑思维和逻辑思维间转换，这就是创造过程的体现。

3.认识制定计划的作用(www.xing528.com)

科学探究需要通过具体的操作来获取证据和验证假设，制定探究计划、设计实验方案，将把探究的猜想与假设落实到具体的操作方案上来。

制定探究计划将使探究者确定实验所应用的原理和方法、明确收集信息的途径和方式、确定收集信息的范围和要求、了解探究所需的器材和设备、建立分析数据的思路和选择处理数据的手段。探究计划使探究步骤更加有序、探究过程更加科学。如果没有探究计划，没有实验方案，科学探究的操作也就失去了根据。如果探究计划不当或者实验方案不妥，将直接影响着探究过程的科学性和探究结果的可靠性。

一个合理的探究计划，必然会体现正确的观念，例如实践是检验理论的标准、探究需要依靠证据和逻辑等；一个合理的探究计划，必定有科学的操作程序、有正确解决问题的方法和思路；一个探究计划，必定包含着物理学的相关知识与技能。学生制定自己的探究计划，就是经历把陈述性知识、程序性知识和观念性知识综合应用在一个具体情境中的过程，这将对提高学生的综合素质起到非常积极作用。

4.认识科学收集实验数据的重要性

科学事实是检验科学结论的唯一标准，实验数据就是体现科学事实的证据，是进行科学分析的根据，如果不收集实验数据，探究根本无法进行下去，结论也就不可能形成。

如果不能科学地收集实验数据，例如由于实验环境的影响、实验条件的改变或者由于实验者的疏忽，造成所收集数据的失真或部分失真，将会对探究结果产生严重影响，甚至有可能得出与真正的科学结果完全相反的结论而致使探究者对这错误结论反倒信以为真。因此，科学收集实验数据在科学探究中的重要性是不言而喻的。

学生要在实验中科学收集实验数据，除了需要理解实验原理、了解实验步骤、具有操作实验仪器的基本技能之外，还要有严谨的科学态度和实事求是的科学精神。学生正确理解科学收集实验数据的重要性，有利于养成他们良好的科学态度和精神。

5.认识在实验中进行分析论证是很重要的

实验数据并不等于探究的结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。如果没有分析和论证，实验数据根本无法体现其价值。卢瑟福在粒子散射实验中所获得的只是α粒子穿过金箔后方向改变的实验数据，但通过反复分析和论证之后，提出的却是原子核式结构的学说。开普勒在发现行星运动规律方面的伟大成就，完全归功于他在分析、处理第谷遗留的观测数据时所做的工作，如果没有对数据的分析和论证，就不会有开普勒行星运动定律。

可以设想，科学探究如果只有收集实验数据而无对数据的分析和论证，科学结论将无法形成，探究等于半途而废。收集数据得到的是证据，分析论证靠的是逻辑，在科学探究中，这两者缺一不可。

相对初中而言，进入高中以后，学生在分析、处理实验数据的思路、方法和手段都有很大的提高，这为发展学生的逻辑思维能力提供了一个很好的途径。同时，分析处理数据时，事实与假设的差异，也为学生发现问题、提出问题提供了机会。

6.认识评估的意义

评估能使实验得到优化。实验方法是否合理，实验数据是否可靠，数据分析是否恰当，这些都是评估的内容。如有不合理、不可靠、不恰当的地方，在作出改进后，实验过程将更加科学，实验结果将更加可信。

评估有可能引出新的发现。在分析实验结果和实验假设的差异的过程中，在分析实验未解决的矛盾的过程中，将会涉及实验方案中没有考虑的问题，这将可能获得新的发现、引发出新的探究问题。

评估有利于学生养成严谨的科学态度。评估是对实验的可靠性、科学性从严密的角度重新审视的过程，它需要学生更全面地思考和认识问题，这将促进学生用严谨的态度来对待科学问题。

评估有利于发展学生的批判性思维。评估是对探究过程的反思，评估将对自己实验中的行为进行质疑，评估将使学生对事物养成客观分析的习惯，是发展学生批判性思维的一个好过程。

7.认识交流与合作的重要性

合作有利于发挥各人的特长，有利于发扬各自的优势，一个人原本不可能在同一个时间内分别做几件事，由于合作而使它成了可能；一个人原本不可能做出超出其个人力所能及的工作，也只有通过合作才能使其获得成功，现代社会离不开人与人之间的合作。科学实验的许多环节，都需要发挥实验小组的整体力量，才能使这些环节的操作得到优化。而更大、更深入的实验课题，在收集信息、技术咨询等工作方面，还涉及到实验小组与外界的联系，合作精神还需要延伸到更大的范围。任何成功的探究，都需要有合作精神。

物理学习中的科学探究活动，通常是以小组的方式进行的。从学习的角度来说，每位成员在学习上的想法都为整个小组所共享，个人所获得的知识是集体智慧的结晶，这也是合作精神的体现。

要合作，必须要交流。实验小组内部的交流使实验的合作得以实现，实验小组向外界公示本组的实验成果，也必须通过口头或书面的方式进行交流。通过交流来发展学生的交流能力具有特殊的意义，因为实验交流的内容不仅有实验的结果，而且有实验的过程，一个没有实验过程的结论是没有任何科学价值的，学生在进行实验交流中所得到的上述体验，将为学生在各种场合下构建自己的交流内容获得很大的启发。