1、问题的提出

作为自然科学的重要方面和基础,物理学是研究自然界物质运动最基本规律的科学,是中学科学教育的重要内容和载体。物理教学肩负着提高学生的科学素质,促进学生全面发展的历史重任。然而长期以来,由于种种原因,义务教育阶段的物理教学,处在1种以“刺激----反应”为核心的重复性、操练性、受动式教学局面,既不利于学生基础性学力的提高,更不利于学生发展性学力和创造性学力的提高。刚刚跨入新世纪,我们以“在探索中发现,在发现中建构(新知识)”的教学理念为基石,强调知识的个人意义,将认知、体验与感悟纳入学生的生活世界,提出“探索--发现”教学法做为我校开展研究性学习教改实验的主打课题。

2、理论的源头

学习始于疑问,起于经验,成于积累。学习者以“自己内化了的概念结构、思维模式来把握世界,总是把世界纳入自己的理解和解释交流之中”①,并以自己的价值取向、已有的认识结构和认知方式为前提,面对知识客体用取舍、加工、变革、内化的方式,实现认知方式,认知结构的改造和超越,以致有所“发现”,进而形成主体的新的认知结构与认知方式。美国当代认知心理学家布鲁纳认为,探索与发现是学生学习过程的固有性质,强调学生在学习过程中的积极性、主体性、探索性时,更强调“学习不是对新信息的直接吸收和累加,而是新旧知识之间的相互作用,在这种作用中,包含着学习者对知识客体的选择、甄别、批判和创造”,即学习的发现性。提出并倡导“发现学习”,主张既通过发现过程进行学习,也把发现作为学习的目标。作为教学方法,发现法的基本程序为:预定学习课题(创设问题情景)----提出猜想和假设(现象到结果的因果预测或要素假定)----回复猜想或验证假设(按计划进行探究,直至发现)----评估改进----完善总结(获得新知)。

青年学生“从探察物体而得到知识”,依敏锐选定目标,籍实验查明物理,靠内心感悟领略新知,用“实验的精神”指导我们学知识、做学问。从治国平天下的角度看,“格物致知”适于古老的文化背景,从科学进展的历史和当今学校教育的现实看,与“格物致知”同出1辙的“探索--发现”学习法更适合于初中物理教学。

在类似的“知识结构课程论”影响下,为了使发现学习成为可能,现行教材1方面尽可能地把学生在认识客观事物时的原发现利用起来,如:在章首出示实物或实景照片;在课文开头提出1些与儿童生活较近的不解现象或问题;课文中高密度穿插演示实验;设计大量的资料卡片与纪实性图片等。另1方面尽量通过“想想议议”、“小实验”和生活性习题等形式诱发学生的再发现。给“探索--发现”教学法的课堂实践提供了便利。

湖北大学教育学院陈佑清博士,针对“教学认识论”对学生认知中的发现被贬低与否定,强调“认识学生学习过程的发现性质,有利于我们从学生学习知识的过程本身出发,去规划和设计培养学生创造力的教学方案”,力主以探索、发现为基础,去培养学生的创造力。

“探索--发现”教学法在物理教学中有以下优越性:(1)能激发学生的智慧,发挥学生的潜力;(2)能提高学生的能动性,使学生自己把知识系统化、结构化;(3)能使学生学会发现的试探方法,有利于培养学生的创新精神和实践能力;(4)其学习内容适合于1般程序性知识,更适合于非情境意义的跳跃性知识;(5)有利于引导学生从生活走向物理,从物理走向社会。

3、模式的形成

无论是知识、技能的学习、还是心智的学习,有同化顺应的成分,也有重组再认的成分。从认知对象与认知结构的相互作用来看,学习是学习者认知结构的改变过程。义务教育阶段的物理教学既要让学生学习初步的物理知识与技能,还要让学生经历基本的科学探究过程,受到科学态度和科学精神的熏陶。从学科型态和性质看,概念课、实验课、练习课、活动课的学习都包含着“探索”、“发现”环节。发现不止限于学习者的未知领域,确切地说,它包含学习者用自己的体验和感悟亲自获得知识的1切办法。

具体教学中虽然没有万能的套路可仿效,但我们在教学中从认知心理学角度演绎、提炼形成的如下模式经实践检验是行之有效的:

1、了解学习内容。对所学内容事先有1个大体的了解,通常用自读预习的方法明了学习内容或认知对象。

2、明确发现方向。在明确知识目标的前提下,以自己的知识底蕴,形成和建构个人化的知识系统,对学习者来讲,所要吸收、内化的知识,在视域上是有指向性的。只有瞄准了“发现”的方向,才会使学习过程更有积极意义。

3、完成知识准备。目的是将记忆库中的信息流从非联结状态调取到传导状态,给原有经验赋予当前意义,为探索性学习做好准备。

4、进入探索状态。借助生活体验或实验操作,采用系统思考法,寻求新、旧知识结合点,从个别知识的纵向结合进入新的认知层面,面对认知对象在1个、几个甚至1连串的突破中获得新信息。是发现的初始阶段。

5、梳理加工创造。面对新增加进来的信息,按其与新知识的亲疏关系进行过滤筛选,根据当前的建构意义和逻辑联系进行加工改造,形成1系列待组合的知识点被学习者所把握。是发现的关键步骤。

6、形成新的结构。对新、旧知识点衔接、组合、延伸,上升为新的知识层面,再经过取舍、修补而形成新的成块装或网络状的知识结构,被学习者所吸收和内化。是发现的终点(后续的练习、巩固、强化等学习环节不在此话题之列)。

下面就人教版义务教育课程标准实验教科书9年级物理第105章第3节《比热容》这节概念课的教学,例说“探索----发现模式的应用。

(1)初读,了解《比热容》的大体内容:什么是比热容,比热容的单位,大比热容物质----水的利用。

(2)确定探索方向:从探讨物质的吸热(或放热)本领入手,认知物质的特性。

(3)做相应的知识准备:热量、温度、内能、温度计的使用、热传递条件与过程、电热的能量转换等。

(4)进入探索状态:

问题启发:

a、烧开1壶水与烧开半壶水哪个吸热多?这1现象说明什么?

b、将1壶水烧热与烧开哪个吸热多?这1现象说明什么?

c、综述a、b,物质吸热多少与哪些因素有关?

d、不同物质在质量相等、温度升高度数相同时,吸热相同吗?

实验观测:用同规格的电加热器,同时分别给同质量的水、煤油加热,由温度计观测到煤油的温度升高得快;停止给煤油加热并记下此时煤油的温度值,观察水的温度变化。继续加热1段时间以后,水温达到所记录的煤油温度值。

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个别性突破:质量相同的水和煤油在温度升高度数相同时,水吸热比煤油多(即水的吸热本领强)。

1般性突破(换用其它物质重复以上实验后得出):质量相等的不同物质在温度升高的度数相同时吸收的热量不同,即不同物质吸热本领1般不同。

(5)分析比较创造发现:

a、多因素的归1化处理:用单位质量(1kg)的物质温度升高1个单位(1℃)时吸收的热量来比较物质的吸热本领,据此引申得出比热容定义及单位。

b、类比得出1kg某种物质温度降低1℃时放出的热量在数值上也等于它的比热容(条件、时间允许,也可在实验中研究发现)。

c、反向思维训练:

问题1:同质量的水与煤油,吸收同样多的热量,谁的温度升高得快?

问题2:将从同1火炉取出的质量相等的铁球与铝球分别投入装有同样多水的烧杯中,当两只烧杯中的水温达到同1值时,此时哪个球的温度较低?(以上两问均以温度改变值为因变量,分别从吸热、放热两方面倒过来帮助理解比热容的物理意义)。

(6)形成新的知识结构:

a、新体系:分子运动论----内能----热量----比热容(关于内能方面概念的扩充使学生基本掌握用物质微观结构知识认识和解释宏观热现象的武器)。

b、新单位体系:米、千克、秒----米3、焦耳、摄氏度----米/秒、千克/米3----焦/(千克.摄氏度)(学生认识的物理量的单位有单因子单位、双因子单位丰富到3因子单位,认知水平随量纲向量的增多而提高)。

c、新应用体系:液体热胀冷缩----温度计;物质吸热放热----状态变化----电冰箱;分子热运动----物体内能改变----热传递----水的比热容大----内陆与沿海气候差别成因以及取暖或制冷过程介质的选用(随着知识的丰富,随着科技、社会、生活视野的拓宽,随着理论与实际的结合点增多,学生的创新精神与实践能力逐渐形成)。

4、实施的策略

“探索--发现”学习是教师在指导学生学习物理概念和原理时,只给学生呈现事例和问题,让学生积极思考,独立探索,自行发现并掌握相应原理和规则。要使学生由接受式学习走向探究式学习,真正实现“在学习中探索,在探索中发现,在发现中创造”的飞跃,教师应该也必须做好以下工作:

1、处理好学习的目标性与思维的开放性的关系。探究事物的联系、事物的因果、事物的发展,由于事物的复杂多样性,取直线从1个方向由已知到未知往往难于实现,须得从多方面寻求路径。如甲、乙两架战机在空中匀速同向行驶,乙机相对于甲机向东运动,若以地面为参照物,乙机向何方运动?谁的速度大?对此两个答案都合题意:(1)乙机向东运动,乙机速度大于甲机速度;(2)乙机向西运动,甲机速度大于乙机速度。

2、处理好启发诱导与主动探索的关系。学生在学习知识的过程中,当且仅当他们以主体身份出现,能动地对认知对象及材料进行选择、组合和创造,才会对所学有新的发现。引导不能取代自主,启发不能代替探究。教师要少做“点拨”,更不必告知结论,只能为学生的学习设置情景,推动进程或指导印证。也惟有如此,才能凸显学生的主体地位,为学生的发现学习提供“局外服务”,使教师在其中的角色定位更合适宜。如学习“定滑轮的省力效果”,不要急于给出“定滑轮不省力”的结论,而让学生直面问题:升国旗时,利用旗杆顶上的定滑轮省力了吗?并且为学生备好滑轮、钩码、弹簧测力计等物,以便学生选择器材进行探索性实验。用实验测量的方法,学生发现“定滑轮不省力,也不费力”,但这是为什么呢?大家不能满足

,有的试图从滑轮是变形的杠杆这个角度来探究,但是把圆盘形滑轮当杠杆看,确实看不出来。此时,教师抓住时机启发学生:把圆盘压扁为直条状,这样看来,不就成了1个变形的等臂杠杆吗?学生恍然大悟,又有了新的发现----定滑轮实质是个等臂杠杆,难怪它既不省力也不费力。

3、培养探索精神,成就发现能力,全面推进研究性学习。研究性学习的育人功能主要有:(1)培养学生独立获取知识,以及收集、加工、处理、应用信息的能力;(2)使学生获得亲身参与研究探索的积极情感体验:(3)使学生养成自主探究和合作学习的精神:(4)培养学生严谨的科学态度、习惯及高尚的科学道德;(5)引导学生关心社会、走向社会、增强学生社会责任感和时代使命感;(6)激活所学知识,进行理论联系实际,形成和发展创新能力。因此,鼓励学生对未知世界敢探索、会探索,是走向研究性学习的前提;用善于发现的敏锐眼光捕捉、获取新知识是研究性学习的真实境界;通过发现学习形成的自主建构知识体系的积极性与问题解决的能动性,正是研究性学习向深层推进的有力支撑。