课程教材研究所　　杜　敏

一、课程改革提升了实验在初中物理教学中的地位

根据全日制义务教育物理课程标准的精神,现在义务教育物理教学正在努力落实课程的三维教学目标：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。三维教学目标的确立，提高了实验在初中物理教学中重要的地位。

物理学的知识与技能，是通过科学实验的活动方式获得的，是人类的一种优秀文化，是智慧的结晶。初中物理教育是为把这种优秀的文化传承并发展下去打基础的,常常以实验为基础开展教学活动。实验可以呈现科学事实，可以辨析真伪，可以引发认知冲突，还可以培养研究实际问题和实践的能力，长期以来实验是初中物理教学的沃土。在传统的初中物理教学中，实验或被用来验证物理学的规律，或使学生获得感性认识，或用来引导学生研究问题。

物理教育历来在学生情感态度价值观方面起着举足轻重的地位。物理学的内容是培养辩证唯物主义观念的基础，以物说理的物理教育过程，对青少年处理事物的情感态度具有培养科学态度的导向，在树立科学价值观上发挥积极的作用。

义务教育阶段的物理课程是以提高全体学生的科学素养为目的，初中物理教育的定位是大众化的科学教育。它的核心是要使学生通过物理学习能够理解科学。物理实验本身是增加学生体验的一种有效的方式。实验可以使学生获得比较充分的学习资料，这样做本身就是在加强学习基础，获得形成规律和原理的基本素材的体验，素材是在学习过程中积累的。与此不同，以考试为中心的教学模式，常常以“讲概念──背概念──做习题”的思路来处理物理学习的过程。这种学习过程，由于脱离学生的知识能力形成过程的实际，常常使得学生缺乏对基本概念理解的基本素材而不能理解科学内容，感到物理知识像天书，百思不得其解。对于初中学生来说，程度适当、有效的实验性学习活动，可以增加学习自主性和提高学习自信心。这是因为，初中学生的知识基础薄弱，思维能力正在构建之中，世界观也正在形成之时。

根据全日制义务教育物理课程标准的精神,现在义务教育物理教学凸现科学探究的学习方式。这种学习方式的选择，是改变学生被动学习方式的一种积极尝试。在新课程理念下，学生实验的设置不再是单一验证性的。初中物理教学中实验呈现方式出现多样化的趋势，尤其以科学探究的方式呈现，是力求使物理学习的过程成为探询知识技能、提高学习兴趣、培养科学价值观的过程，获得实践性的学习体验，使学生尽早主动适应社会发展对义务教育的需求。

由于科学探究对于素质教育、创新教育以及科教兴国战略的实施都具有重要的意义，根据全日制义务教育物理课程标准的要求，在2001年以后出版的新编初中物理教科书，突出了“科学探究”的学习方式。这也表达了教育工作者的一种追求：希望学生能像科学家那样，通过探究的过程独立、主动地获取知识；能够学会学习和思考，早日获得终身学习能力和得到健康的发展。

二、教材中科学探究的设计

《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》指出：科学探究既是学生学习的目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习的重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。

教材是学生学习的重要资源。教材设置的科学探究，体现了教材编写者对于课程目标的理解、对于教学的把握以及实现教学的思路。人民教育出版社的义务教育教材《物理》（2001年6月版），设计科学探究内容的思路主要在以下五个方面。

1.探询科学原理的基本事实。

初中学生理解科学原理性的内容，需要了解构成原理的基本事实。对科学原理的基本事实的积累，是理解科学原理的基础。学生自己对通过实验获得事实并进行归纳，就可以像科学家那样，通过自己的学习活动获得科学原理，或获得对科学原理的理解。例如，光的反射定律、欧姆定律、阻力对运动的影响、摩擦力的大小与什么因素有关、重力的大小跟什么因素有关系等，都属于这一类。

2.用身边器材做实验，打破科学实验的神秘感。

为了使学生更好地理解科学，打破学生对物理实验的神秘感，体现从生活走向物理的理念，教材上还比较多地使用了身边的器材做实验，以使学生增加对科学的感悟和体验。例如，用放大镜观察彩色电视机的画面由三原色光构成（课本图2.1-9），把酒精滴入塑料袋加热形成气体来感悟气化现象（课本图4.3-1），把碘晶体加热形成蒸汽获得升华的感性认识（课本八年级上84页），手压易拉罐空瓶到水中（课本图13.5-2）获得对浮力的基本认识，等等，不一一列举。

3.学习研究问题的重要方法，体验实验探索研究的过程。

物理学的研究方法同它的知识一样，是物理学习的内容，尤其实验的方法，不仅可以揭示知识，对于初中物理教育的作用、科学学习方法的价值不是其他任何方法能够比拟的，在教科书中的地位是凸现的。

4.了解科学技术的作用，感悟科学技术的应用和魅力。

新时期物理课程还关注科学前沿和科学技术在社会发展中的地位和推动作用，关注培养学生的社会责任感。新教材设计的科学探究内容跟这些方面相关。鉴于物理教育内容的拓展，教材设计的实验与传统物理教学相比，在这方面有许多新的呈现，例如，自制温度计、模拟照相机、磁化钢针、让线圈转起来等。

5.激发和引导学习兴趣，使学生快乐地学习物理。

根据初中生年龄特点和心理取向，我们用实验性的探究活动来激发和引导学生的学习兴趣，通过满足成功欲望、开阔视野，获得学习的渴望，使学生快乐地学习物理。例如，模拟照相机、磁化钢针、让线圈转起来、硬币跳高比赛、不倒翁等。

从教材设置的探究活动看，实验是探究活动的重要内容。这些实验或是从传统教学中的学生实验、演示实验演变而来，或是取自小实验。应该说，这套教材涉及的实验内容，继承了传统实验教学的精华，并结合新时期教育理念有所发展。

三、科学探究的实现

从本质上说,科学探究是用来解决自然领域或科学问题的一种思维方式，它追求知识的确凿性。科学探究的学习活动有利于培养学生对任何理论不轻信盲从、不迷信权威的科学态度和价值观。正如美国学者韦尔奇所说，科学探究的本质是“人类寻求信息和理解的一般过程。从广义上说，探究是一种思维方式。”

科学探究是一种过程，有一定的活动程序或阶段。科学探究的教学也是一样，要经历从发现问题到解决问题的全过程。这个过程大约要经历如下几个阶段：形成问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、做结论等。探究教学的本质特征是：不直接把构成教学目标的有关概念和认知策略告诉学生，而是教师创造一种智力和社会交往环境，让学生通过探索去发现学科内容和认知策略。与过去实验教学相比，比较完整的科学探究需要教师把教学的全部过程巧妙地设计，核心的实验过程内容仅仅是一个环节，而实验的实施程序是与验证性实验相反的，即结果是未知的。科学探究一般要经过如下的程序。

提出问题　科学探究是以问题为导向的。首先是让学生从问题情境中发现并明确提出探究的问题，建立猜想与假设。而创设问题情境的实质既是启动学生思维活动的过程，又是激发学生内在机制运转、促进学生识别问题关键和明确探究学习目标的过程。这个过程应该是把学生的思维向教学目标引导的环节。

猜想与假设　是各种创造性劳动的一个重要环节，物理课程标准对猜想与假设的能力要求是：尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想；对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设；认识猜想与假设在科学探究中的重要性。

设计实验　是科学探究的重要环节。在教学中要逐渐达到放手让学生自主地尝试体验科学探究计划方案的制定过程，在采用实验的方法开展科学探究中，依据实验原理、实验器材的性能和操作要求、实验基本知识等选择实验器材，同时注意控制变量。

分析与论证　是信息处理阶段，也是学生的认识从现象升华到理论的阶段。课标要达到：能初步描述实验数据或有关信息；能对所搜集的信息进行简单的比较；能进行简单的因果推理；经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程；尝试对探究结果进行描述和解释；认识分析论证在科学探究中是必不可少的。

交流与合作　合作学习是一种富有创意和实效的教学理论与策略，对于改善课堂内的社会心理气氛、提高学生的学业成绩、促进学生形成良好非认知品质等方面有效，成为当代主流教学理论与策略之一，被誉为“近十几年来最重要和最成功的教学改革”。交流与合作是物理课程科学探究的七大要素之一。

在科学探究过程中合作与交流成为一个很重要的教学环节，常常被教师用来做探究过程中的必要活动：或是共同获得实验结果，或是分组研究不同的变量、最后共同分享探究成果，或是总结实验方法、技能和技巧，或是辨析实验结果，或是互相评价，等等。

举例，过去的物理教学，实验器材的使用只用“灌输”的方式进行，教师害怕引起人身伤害、仪器损坏，或形成不良习惯。我们考虑到，学生今后在生活中、工作中遇到新器材，需要摸索其使用方法的场合是很多的。学会探索一种仪器的使用，是一种十分重要的适应社会现代化生活的能力。教材在涉及教学仪器使用的内容上，提倡尽量让学生边思考边操作，通过自己摸索去学习。

对于仪器的使用，要引导学生学会看仪器说明书，能根据说明书的指导来使用仪器。例如电流表的使用，教材在必要时有针对地提出使用规则方面的几个强制性的要求，要学生遵循（限于保护人身和器材的安全），并要求学生逐条分析理解，讨论如果不按这些要求做，会出现什么问题。

鉴于我国经济发展不平衡的情况，许多农村学校实验器材缺乏，我们建议物理教学的实验器材不局限于某种形式、某种规格，因为物理教学要达到对实验仪器的使用能力，不要过分拘泥于什么规格和形式，例如托盘天平、学生天平。

天平教学的引导，要求学生在四个方面进行思考和尝试性操作（调平、调横梁平衡、确认砝码和读数、测量），避免学生死记操作步骤，使学生养成思考的习惯，进一步学会思考。

下面是“探究天平使用”的一个探究教案所设计的教学过程（片段）。

1.（学生活动）阅读课文：了解实验室测量质量的工具是天平。

2.（学生活动）利用挂图对照实物了解天平的主要构造。

3.（师生一起活动）阅读“想想做做”并归纳讨论：使用天平的注意事项。

4.（师生一起活动）教师示范：天平的使用。

5.（学生活动）阅读课文并讨论：如何用天平测量物体的质量；要注意什么问题。

6.（学生活动）练习测量：用天平测一枚大头针的质量和一杯水的质量。

7.师生总结：交流实验结果和体会。

四、物理教学的呼唤

探究式教学强调教师是学生学习的帮助者、促进者，学生是信息加工的主体、学习的主动建构者。探究教学的设计要有目的地进行有效的认知建构，通过对科学概念体系的深刻理解，并转化为学生内在的认知结构；探究教学需要民主的教学气氛；还需要给学生及时必要的帮助和指导，使学生在探究时具有明确的方向（这种指导和帮助与传统教学中教师的作用有很大的不同）。探究教学的方式对物理教师的观念、能力提出的挑战是空前的。教师的职业素养在课程改革中受到挑战，物理教学呼唤高素质的物理教师快速成长起来。

科学探究教学的重心要以学生为课堂教学的主体，组织学生进行研究学习。学生要在教师的指导下，以类似科学家研究的方式去获取知识和运用知识的学习方式。探究教学要求教师创设以学为中心的探究学习环境。这需要有丰富的学习资源，例如各种仪器设备，能寻找到必须的信息和解决问题的办法等等。物理教师专业化素质之一是实验素质，主要包括的方面是：实验意识的建立；创造性地运用实验手段，合理运用实验手段，避免单一的教学方式，力求教学效益最大；实验技能的养成；实验在实现教学目标上的合理运用；等等。因此，物理教学的科学探究实施急迫需要教师专业素质迅速发展起来。

在实验方面，探究性的物理教学还需要丰富的学习资源迅速完善。实验已经成为初中物理教学，尤其是科学探究的重要角色。在科学探究的提出问题、猜想与假设、分析与论证以及交流与合作的教学环节上，实验已被教师用来做引导学生思路的利器。我们看到，为了使科学探究的教学进行下去，在开展科学探究的课堂上，围绕一个科学探究的教学活动，往往需要一系列实验来辅助。为了提高教学质量，许多教师开发了大量的自制教具。然而，这离实际的需求还相差很远。许多农村学校由于实验设备欠缺，致使科学探究无法进行。因此要使科学探究在我国的健康发展下去，急迫需要物理教学实验设备的完善和补充。

科学探究进入物理教学，还需要比较充足的学习时间作保障。应该说，科学探究的教学，不是真正的科学探究，只是科学探究的模拟。科学家的科学探究，往往失败多于成功，揭开未知世界秘密的过程要经历很多曲折的探索研究过程。物理教学中的探究教学，其内容是前人已经认知的，其方法是教师设计的，其结果不允许失败。为了使学生全面理解某些重要的内容，有时教师要故意设计一些曲折，通过讨论交流达到全体学生共享的目的。即便这样，由于科学探究的学习方式要给学生思考的机会、操作的机会、改正错误的机会，使他们获得“悟”的过程。这个过程的实践，要给学生比较充分的时间。

课程改革的实施已经进入第四年了，科学探究在教学上实施也取得了一些实践性的经验，从理论和实践两方面有了一些进展。科学探究对于物理教育的挑战与机遇并存。教师们主动提高专业素质的需求史无前例，做研究型教师已经成为许多物理教师的努力方向。随着对科学探究的研究深入和教师水平的提高，科学探究会逐渐变为教师的自觉行动。