科学探究七要素

科学探究科学探究包含了七个方面的要素:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估以及交流与合作。

㈠“科学探究”的目的物理课程中,科学探究就是学生积极主动地获取物理知识,认识与解决物理问题的重要实践活动,其目的就是让学生通过亲身经历与体验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,领悟科学的思想与精神,理解科学的本质,挖掘智力潜能,培养科学探究能力、实事求就是的科学态度与敢于创新的探索精神。

㈡“科学探究”的地位“科学探究”在物理课程中的地位,已经在《物理课程标准》中有明确的表述:物理课程内容包括:科学探究(七个探究要素与探究能力的基本要求)科学内容(基本知识与基本技能)。

这说明:科学探究的探究要素就是学生在学习物理课程中重要的学习内容;科学探究的能力目标就是对学生除“双基”以外要达成的另一目标要求;科学探究还就是一种重要而有效的学习方式(以下简称为探究式学习方式),它对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。

如何在物理课堂教学的科学探究环节中引导学生学习与把握“科学探究要素”,达成“科学探究能力的基本要求”,学会利用“探究式学习方式”来进行学习,就是物理教师应该着重思考与解决的问题。

因此,我们可以选择适合于进行“科学探究”的教学课(以下简称为“物理探究课”)来进行有侧重的教学设计与课堂教学,以便探讨如何解决这些命题,达成《物理课程标准》中对学生科学探究要素及探究能力的基本要求。

㈢“科学探究”的程度由于不同阶段学生的生理特点区别,不同学生群体与个人的特点区别,不同教师背景特长的区别,不同地区学校条件环境资源的区别等,因此“物理探究课”的教学设计必须就是灵活多样的。

应当认识到:探究就是一种多侧面、多形式的活动;又由于有些探究活动的指导与开放程度不同,有些探究活动只包含了探究的部分要素与特征,有些探究活动要求学生参与探究的全过程等。

因此探究活动中每一个要素的目标与整体的目标都就是应该而且可以分层次的。

所以我们在设计探究教学时,必须知道每一个要素目标不同层次的具体要求,对每一个具体的活动设计能达到的目标层次做到心中有数。

美国国家研究理事会在科学研究的专著中,对科学探究学习活动进行了分类研究,对每一类活动中学生自主探究的程度分别进行了划分与描述。

一.提出问题能力的培养“提出问题”就是科学探究的前提,其能力要求有:⑴能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题。

⑵能书面或口头表述这些问题。

⑶认识发现问题与提出问题对科学探究的意义。

提出问题的能力就是指从外界众多的信息源中,阐明自己所发现的、有价值的问题信息的能力。

“提出问题”,不就是仅仅指带有问号的一般性问题,而就是特指那些可以引起思考与探究的问题。

爱因斯坦也指出:“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要,因为解决问题也许仅就是数学上的或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去瞧旧的问题,却需要创造性的想象力;而且标志着科学的真正进步。

”著名美籍华人杨振宁教授曾指出:“中国学生普遍学习成绩出色,特别在运算与推理方面比国外学生有明显优势,但中国学生最大的缺撼,就就是不善于提出问题,缺乏创新精神。

”没有问题就难以诱发与激起求知欲,学生就不会去思考,去创造。

因此,培养学生会提出问题的能力,就是促进个体认知发展的重要途径,也就是教会学生学会学习的方法之一。

而提出问题的前提就是发现问题,如果没有发现问题,就不能提出问题,科学探究便无从谈起。

因此,发现问题与提出问题就是进行科学探究的前提,也就是课程标准对学生科学探究能力的要求。

能否引导学生发现问题,提出问题,并且提出能进行科学探究的问题,关键在于教师就是否能为学生创设问题情景,能否适时引导学生在所创设的问题情景中发现问题,进而提出问题。

引导学生提出问题可以分四步走:一、创设问题情景创设问题情景的方法很多,可以针对不同的课题与内容,选择适当的方法,如投影、挂图、录像、演示实验等生动地再现与教学内容有关的物理现象、物理事实,让学生自主地发现并提出问题。

例如在《声音的产生与传播》教学中,教师播放歌曲“黄河大合唱”后,学生可以提出一系列问题:声音就是怎样产生的？声音又就是如何传入人耳的？等。

再如“焦耳定律”这节课一开始,播放一段“电线着火”录像与展示电炉工作时的真实情况,创设电热的物理情境,促使学生提出要探究的问题,并激发她们进一步探究的欲望。

二、引导学生在问题情景中发现问题1、从挂图、插图、声象等素材中发现问题:让学生从教师提供的各种素材中,仔细观察细微处,从中发现问题。

2、从日常生活中发现问题:日常生活中很多现象与物理息息相关,这些现象天天呈现在我们面前,我们已习以为常。

教师能够引导提醒学生关注这个大自然,从中发现不能解释或解决的问题。

3、从各种俗语中发现问题:五千年的文化沉淀,使民间流传着许多俗语,很多就是有科学道理的。

引导学生分析它,并发现其中需要探究的问题。

4、从实验现象中发现问题:学生在做实验或参与其她活动的过程中,能发现许多实验现象或与物理相关的现象,这些现象便成为了一个个问题,稍加引导,就可以形成“探究性”问题。

5、从自身体验中发现问题:学生生活在大自然中,会有许多自身体验。

可以引导学生回味与挖掘自身体验,并从中发现问题。

三、引导学生提出问题,并且提出具有科学性的问题要成功地引导学生提出问题,教师应该做到能够创设初与学习内容紧密相关的、具有启发性的问题情境,营造宽松与谐的课堂学习氛围,同时教师应该主动参与学生的学习过程,与同学一起思考,有足够的耐心与乐于等待学生主动提出问题。

由于不同情况下问题的内容、性质各有特点,因而提问的方法与途径应各有特色。

只有恰到好处地提问,才能揭示问题的本质,反之,提问方法不当,不但不能切中问题的要害,反而易使人感到乏味与厌烦。

因此,要想提高学生的提问能力,还必须教给学生一些基本的提问方法,使学生善于提问。

㈠“问题提出”的层次1、以“问题化”的陈述方式提问这就是一种就现象而现象提出的问题。

例如:某学生在河边玩耍,瞧见两女士在河边散步,一位穿高跟鞋,另一位穿平跟鞋,尽管她们的体重瞧起来相同,但她们留在河边湿地上的脚印深浅有明显的差异。

再例如:某学生在观瞧许多鸟类标本时,发现啄木鸟的嘴巴与鸽子等鸟不同。

学生很容易提出这样的陈述性问题:“为什么高跟鞋鞋跟对湿地的压痕会比平跟鞋深？”、“为什么啄木鸟的嘴需要特别坚硬？”2、提出可以进行探究的“科学问题、探究问题”这就是一种就现象论本质提出的问题。

如将上面例子中发现的现象演变为一个科学问题,可表述为:“力对物体的破坏作用与受力面积有什么关系？”(科学问题)。

“力对物体的破坏作用与什么因素有关？”(探究问题),从而引发探究,最终形成“压强”的概念。

㈡“问题提出”的一般方法碰到某个物理现象,一般可从以下四个方面入手:由何(为什么)、如何(怎样)、若何(如果条件变了,将怎样)、就是何(就是什么)。

如:做完真空中的闹钟实验,根据现象可提出:为什么听不到钟声？怎样才能听到声音？通入空气后能否重新听到声音？声音靠什么来传播？1、因果法:观察到一个物理现象时,就要开动脑筋问一问产生这一现象的原因就是什么、2、类比法:比较同一物理规律在不同情境下的应用;不同概念,不同规律之间的异同;比较某一瞬间前后情况的变化;比较互相矛盾的解释、说法与理论;比较新事物与旧理论之间的矛盾与类似现象之间的异同,从中发现问题。

3、验证法:对推理得出的结论,能设计实验加以验证不？反之,实验中发现的规律、现象能从理论上加以论证、解释不?4、扩大法:从特殊情况或现象中总结出的规律,推广到更大范围或一般情况还能成立不?这规律就是具有普遍性还就是只适合于某些特殊情况?怎样改动才可以应用到另外的情况?5、极限法:在通常情况下出现的现象或成立的理论与规律,放到极端条件下还会出现或成立不?会不会出现新的问题?比如说现实世界就是有摩擦力的,如果没有摩擦力,世界上的事物将变成什么样子呢?6、变化法:如果原因改变,结果会怎样?7、转化法:物体的性质能在一定条件下转化不?8、逆反法:正面的问题,反过来会怎样?正定理成立,逆定理也一定成立不?9、归纳法:有众多相似的现象,这些现象有共同点不？它们遵循什么规律？四、引导学生将问题聚焦于本课主要内容如果学生提出的问题比较发散,教师就应该有意识地在教学实施的过程中引导学生聚焦问题,如果不加强引导,就会造成探究课的无序。

引导学生将问题聚焦于本课主要内容的方法主要有:1、限制提出问题的范围:创设恰当的问题情景,引导学生从某个,或某几个角度进行观察,发现与提出可进行探究的问题。

2、对提出的问题进行筛选:对学生提出的问题进行归类、分析,引导学生筛选出普遍关注的,可以进行探究的问题。

3、将提出的问题进行分流:对学生提出的问题进行分类,将一些放在课堂上进行探究,其她的问题可以布置给学生在课外,或者活动课上进行探究。

总之,在教学过程中想方设法增强学生的问题意识,调动学生发现问题与提出问题的积极性,方可让学生变被动掌握“静态”的物理知识为主动探索、研究“动态”的物理过程,从而真正成为学习的主人,活化对物理学内容实质的理解。

二.猜想与假设能力的培养“猜想与假设”就是科学探究的先导,其能力要求有:⑴尝试根据经验与已有知识对问题的成因提出猜想。

⑵对探究的方向与可能出现的实验结果进行推测与假设。

⑶认识猜想与假设在科学探究中的重要性。

猜想与假设就是科学思维的一种形式,就是科学研究中重要的方法,也就是对问题中事物的因果性、规律性做出的假定性解释。

在科学探究中,提出合理的猜想与假设除了为探究活动指明方向外,可以充分发展学生的创造性思维,培养学生的创造能力。

学生猜想与假设的能力的水平高低直接影响科学探究能力的水平。

猜想就是学生接触到问题后,在已有知识经验的基础上,结合对客观现实的感性认识依靠直觉而做出的各种假定。

假设就是在猜想的基础上经过一系列的观察、实验、分析、比较、归纳等逻辑推理排除掉一些不可能的猜想而得到的较为科学的假设。

假设比猜想更具有合理性,对探究的问题更有针对性与指导性。

在猜想环节,学生充分发挥主体性,积极主动地提出尽量多的猜测与可能,不需要考虑问题与猜想之间的因果逻辑关系,因此思维常常处于一种非常活跃的、非逻辑的、发散的状态。

在假设环节,通过对猜想的排查与做出种种的解释进行提炼总结,因此需要一种逻辑的聚合思维。

一、猜想与假设应遵循的原则1、合理性原则猜想不就是胡猜乱想,不合理的猜想与假设不仅没有发展成为科学结论的可能,对探究过程也没有意义。

在解决问题的过程中,不能靠盲目的尝试,要根据已有的理论、自己的经验与所收集到的有关资料、事实以及人类特有想象力、创造力提出解决问题的猜想与假设。