探究式学习——物理教学之根本

衡炳锋

(苏州市第十六中学,江苏苏州 215003)

1 问题的提出

学习是人类在认识与改造自然过程中获取经验和知识、掌握客观规律、使身心获得发展,实现自我体验与自我超越的过程,它不仅是人类活动中最自然、最本质的反应,也是人类创造世界的最根本的源泉.学习是人的天性,探究未知就是一种学习,正因为我们人类总是以敬畏和好奇的心情,不断地探索着未知的世界,才使我们现在的世界这么生动,生活这样多彩.课堂教学是人类在探究未知世界过程中形成的一种学习形式,同样要在自然、本质的状态下进行.笔者认为这就是新课程倡导要探究学习的最根本的原因所在.

美籍匈牙利数学家波利亚说:“学习任何知识的最佳途径,都应由自己去发现.因为这种发现理解最深刻,也最容易掌握其中的内在规律.”美国心理学家和教育家布鲁纳也认为,儿童是发现学习的主体,应鼓励儿童相信并依靠“自己的头脑”去思考、发现和解决问题,应启发儿童把学习与日后的生活联系起来,自主地学习,逐步培养和形成学习的行为和习惯.

2 让学生尽可能去“发现”,培养学生一个“疑”字

认识世界的过程,首先是一个发现的过程.随着认识的不断深入,发现的问题会越来越多,越来越广,越来越接近事物的本质.例如,在刚开始认识这个世界时,常常会有这样的问题:眼睛为什么能看见物体?进一步地思考,会发现,白天能看见物体,黑夜就看不见物体,通过镜子能看到背着的物体,通过火焰看出去的物体随火焰的闪烁在舞动,这些“疑问”随着“发现”的不断深入,将不断得到解答,而又产生新的“疑问”,从而不断提高认识世界的水平.

由“发现”到生“疑”,就是学习的起因,学习从生疑开始,“疑”就是学习的源动力、学习的本质.所以,物理教学的任务就是引导学生如何去“发现”,从而生“疑”.实际上,物理学习中遇到的所有问题都在身边.例如,我们每天都会“发现”太阳从东边升起,从西边落下;每天都有白日与黑夜的更迭;要用力才能提起重物;水总是从高处往低处流.任何人都能在其中发现许多问题,这是人的天性,这就对物理教学提出了要求,如何去引导学生发现问题,使学生敢“疑”、会“疑”,而不是抹煞“疑”,从而达到唤醒学生学习的目的.这是每一个学习者必须经历的过程,没有这个过程的磨砺,也就不能产生真正的学习.

当前学生在成长过程中家长包办太多,在物理教学中若教师再包办过多,学生就会丧失学习的乐趣,甚至导致“学息”.教师这时候的任务就是“唤醒”,由于学生的学习能力还不太平衡,所以教师教学的策略可以是同伴性的铺垫和激励,如采取分解问题的方法、设置情境的方法,小组讨论的方法、同伴互助的方法等,但这些只是手段,不是目的.

3 让学生尽可能去“想象”,培养学生一个“趣”字

爱因斯坦有句名言:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉”.教师的作用就是创造条件鼓励学生去想象,学生可以毫无顾及的尽情去想象,可以是合理的想象,也可以是不合理的想象,想象出智慧,想象出真知.

例如,学生会从人用力推车,车向前运动,发现是由于人的推力作用于车使车前进的缘故.在解释被人推出的铅球为什么能向前运动这一问题时,学生往往会根据推车的道理,想象出铅球在空中向前,是由于人的推力一直作用于铅球上的缘故,但这是错误的.此时,教师可设问:人的手臂有那么长吗?从而使学生产生思维冲突,感受到此现象中充满着“情趣”,进而激发学生探究问题本质的兴趣.

再如,学生根据人眼看到物体这样一个现象,认为是眼睛中有光射到了物体上,这样的认识同样是错误的.这时,教师可启发学生想象:人耳为什么能听到声音,难道也是由于耳朵能发出声音吗?而对后面这个问题的实质,学生较易理解:是声音传到了人耳,被人耳感受到的缘故,声音越响,越听得清楚,所谓震耳欲聋,就比较好理解.只要学生敢于“想象”,就有可能接近事实:是一种什么东西进入到了人耳,被人耳感受到了.从而对眼睛看到物体的原因产生联想:也是有什么东西进入到了眼睛而被感知的缘故.

由牛顿思考“苹果落地”,到发现“万有引力定律”;由卢瑟福根据行星绕日的核式结构模式,到提出原子结构的理论;由爱因斯坦从想象“人骑在光线上看到的现象”,到创立相对论.这些,都是科学家在探究未知世界的过程中,感受到自然界的“情趣”,产生探究未知世界的“兴趣”,而导致的结论,从而推动了人类科学的进程.同样,让学生尽可能去“想象”,感知知识的“情趣”,由此来激发“兴趣”,就能有效地推动学生学习的进程.

4 让学生尽可能去“实验”,培养学生一个“研”字

对于物理教学,有物才有理.辩证唯物主义认为客观决定主观,认识客观的唯一方法是实践,对于物理学来说,就是实验的方法.以“物”识“理”,是研究物理学的宗旨.《全日制普通高级中学物理课课程标准》中就明确提出:“观察现象、进行演示和学生实验,能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识,这是理论概念和规律的必要的基础.观察和实验对培养学生的观察和实验能力,培养实事求是的科学态度,引起学习兴趣,具有重要作用.”

而现在的许多实验,程式化了的东西较多,失去了实验本来的面目.我们物理教师应充分放手让学生自己去实验,让学生自己去完成实验的器材选择和使用,让学生自己去完成实验设计,合理进行实验步骤、进行数据收集与分析,最终得到实验的结论,达到理解概念和规律的目的.教师一方面要“研究”实验,“研究”实验本身的效果和目的,另一方面要“研究”学生在实验中可“探究”的深度和广度.

例如,在探究加速度与力、质量关系的实验中,涉及加速度、力、质量三个物理量,若想通过测量时间、位移、力、质量4个物理量来研究这个问题,很是繁琐,也不易直接得出实验结论.但若运用物理科学思维结合控制变量的研究方法,就可大大简化实验,这种思想方法对学生会产生很大影响.尽管这样,设计和进行实验研究本身还是一个系统的工程,需要探究的问题就有:控制哪个量不变,如何控制;加速度与物体质量成反比又如何来处理;实验中总存在摩擦,那么如何消除摩擦对实验带来的影响;如何减少测量时间带来的误差,是否可采用替换法而不需直接测量时间等等.运用一定的研究方法、采取巧妙的实验设计,既能简化实验、减少误差,又能得到良好的实验结果,这就是实验研究的魅力所在.

再如,教学中的演示实验、分组实验、学生随堂实验等,教材中基本上都是给出了实验目的,实验方法和实验器材,学生需要做的只是按规章办事,这样就不能充分地发挥学生的探索精神和培养学生的创新能力.我们在教改实践中深切感到,应该有计划、有目的地把一些演示实验、验证性实验改为探究性实验.教师提出问题并做好启发、引导工作,让学生充分发挥自己的聪明才智和想象力,独立自主地设计方案进行实验研究,包括自制实验器材等等.

鼓励、指导学生开展丰富多彩的物理小实验、小制作的活动,也是引导学生以“物”识“理”的一种好形式.这些学生的科技作品应该与物理教学的内容密切相关.例如自制测电笔、秒摆、验电器以及感应电动机等等.此项第二课堂的活动应及时进行评比,并给予表扬或奖励,以培养学生的学习兴趣和成就感,在探究式学习活动中进一步激励学生的创造激情.

在高中物理学习中,指导学生建立物理模型是非常重要的.教师应结合物理实验探究中对各种物理过程的处理,运用物理学的科学思维方法,诱导、帮助学生自己正确地建立相应的物理模型,从而探索、解决有关的实际问题.笔者认为在这方面尤其要注意如下两点:一是对研究对象的理想化处理,如质点、弹簧振子、单摆、理想气体等等;二是对研究过程的理想化处理,如匀速直线运动、自由落体运动、简谐运动等等.

5 让学生尽可能去“应用”,培养学生一个“究”字

现在的高中学生学业负担太重,原因是作业量太多,收效甚微,这些重复性的作业不仅浪费了学生大量的时间,而且对学生能力的培养、素质的提升没有多少促进作用.笔者在这里提出的“应用”,虽然也涉及作业,但区别于一般意义上的作业,是指学生应用物理知识和方法解决实际问题以及进行课题研究、自己梳理知识和归纳总结等方面的.

对于应用性的作业教师应精选,这些问题要从生活实践中来,要能激发学生学习的兴趣,要能使学生产生持续的学习愿望,且要有一定比例的研究性课题.例如,以我国高速铁路建设快速发展为载体,研究铁路建设中运用物理知识解决的实际问题;可结合一些数据,如缩短运输时间后,设计火车调度方案;火车运行过程中的安全保障问题;青藏铁路建设中解决冻土层防融化的问题;高速铁路建设中解决铁轨热胀冷缩以及弯道的问题;再结合我国高速铁路发展已走在国际发展的最前沿,激发学生爱国主义热情等等.再如,结合分析温哥华冬奥会格鲁吉亚无舵雪橇选手库马里塔什威利在一次训练中意外伤亡事故的原因,在网上找到温哥华无舵雪橇赛道的有关数据,设计出一些研究性课题,进而通过探究,对无舵雪橇比赛提出一些合理的建设性意见等等.

引导学生自主进行知识体系梳理和归纳总结的过程,是学生对知识建构和反思的过程,也是他们的学习思维不断升华的过程.在完成好此类应用性作业的过程中,能有效地促进学生不断完善知识结构、丰富知识体系、探究知识链之间的关联.教学实践证明,善于梳理知识和归纳总结的学生,往往其思维严谨,知识建构完善,解决问题能力也较强.

“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?”这是著名的“钱学森之问”.“钱学森之问”一方面在责问我们的教育,另一方面也给出了我们答案:“教,关键在于‘授之以渔';教书,关键在于教给学生一种学会思考问题、解决问题的方法”.这同样也曾是爱因斯坦对教育提出的要求:“如果一个人忘掉了他在学校里所学到的每一样东西,那么留下来的就是教育”.

总之,让学生大胆探究和敢于质疑是当代赋予物理教学工作的要求,也是物理学习的本来面目.只要我们物理教师转变、更新教育观念,给学生留下时间、空间和机会,“授之以渔”,放手让学生大胆地去“发现”、去想象、去实验,善做、敢破,既学会探究、又敢于探究、善于探究,进而在探究学习中寻找物理规律、树立物理科学思想,激发学习兴趣、磨砺学习品质,形成完善的人格,才能实现真正的物理学习.