探究性实验教学的研究

新课程背景下高中物理探究性实验教学的研究一、探究性实验教学的意义新的《高中物理课程标准》将“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题”列入课程目标、内容目标和实施建议之中，这标志着科学探究不仅是物理学习的一种方法，同时还是物理课程的目标和重要内容。

随着新一轮的高中物理课程改革的开展，广大的物理教师逐渐意识到要彻底改善实验教学，才会真正实现物理教学的改革。

探究性实验由于重视其过程和方法，具有有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，培养与他人合作的精神，养成实事求是的科学态度及更有利于学生创造能力的提高和主体性发挥等功能，越来越受到物理教育的重视[1]。

所以，强调通过实验探究来提高学生的科学素养，已成为当前实验教学改革的主要方向。

二．目前探究性实验教学的状况1.科学探究在美国的《国家科学教育标准》中,科学探究是指“科学家们用来研究自然并根据研究所获得的事实证据做出解释的各种方式;或者是学生构建知识，形成的科学概念，领悟证据科学研究方法的活动。

[2]”在物理教育上，我们可以这样认为：科学探究是学生积极主动获取物理知识和解决物理问题的一种实践活动；同时科学探究是一个包括了提出问题、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、交流与合作等要素的过程；科学探究既是一种学习的方式，也是重要的学习内容。

2.探究性实验探究性实验是指：根据教材的特点和教学的实际需要，在未知结果的情景下,，通过教师引导和配合，使学生运用自己已有物理知识及实验技能围绕某个问题通过设计、实验操作、分析综合、得出结论并对结果进行交流的一种实验形式。

探究性实验不同于科学家进行的科学探究活动，它是在特定的条件下，让学生去亲自体验认识客观世界的经历。

[2]探究性实验不仅让学生意识到学习的结果，更着力于让学生去主动发现问题，是一个探求和解决问题、掌握知识的形成过程。

我们可以认为物理探究性实验是为了探求物理知识，掌握物理方法的而进行的涉及提出问题、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、交流与合作等环节的活动。

在具体教学中，科学探究可是其中几个环节，也可以是全过程，但必须至少涉及制定计划与设计实验、进行实验与收集证据两个环节。

现在广大的教师必须意识到，教师只是一个帮助者、促进者，学生是一个主动探究者，学生通过类似科学家那样的学习方式去掌握知识，从而培养学生的学习方法、创新意识和价值观念，为以后的学习、工作和生活奠定基础。

新的《高中物理课程标准》中明确提出“探究”应成为高中生主要的学习方式,这引起了广大物理教育工作者的热烈关注，如刘炳升教授在《中学物理实验教学研究》给出了13个高中物理课外探究性实验的具体设计，也在《科技活动创造教育原理与设计》一书中给出了探究性实验的案例与教学。

显然，在这方面，全国各地已有不少的经验和研究成果。

最新的人教版高中物理教材中，也明确的把一些实验与科学探究相结合，要求学生进行探究性的物理实验，可见在学科教育当中探究性实验学习的比重有所增加。

但是依然存在一些问题：⑴在实验教学方面，还是以演示实验为主，学生自己进行的探究性实验还是比较少。

⑵学生的分组实验或随堂实验还没有体现出探究性。

⑶实验类型单一，部分教师甚至不愿意花时间去引导学生完成探究性实验，把探究性实验变成验证性、测量性、练习性的实验[3]。

⑷很多教师和学生重视结果轻视过程，过分轻视了学生的实验行为。

究其原因是：教师对实验教学的重视不够，很多教师心里面存在“不做实验，高考照样拿高分”的思想。

笔者认为，只有让学生积极，主动地去寻找规律，使学生在简单层次上成为科学家，才能提高学生的实验兴趣，提高学生探索规律，追求结论的能力。

三、高中物理探索性实验的设计指导思想探索性实验作为物理实验的一种形式，它既有别于测定性实验，又有别于一般的验证实验。

探索性实验的目的在于使学生获得物理实验研究方法的训练，让学生接触探索、发明、发现的过程和方法。

在探索发现的过程中，发展学生理性的、批判的思想方法，体验学者研究的苦衷和愉悦，培养他们的发现、探究能力。

而要达到这种目的，首先要求教师树立正确会设计指导思想。

那么，探索性实验的设计应该该具备什么样的指导思想呢？瑞士心理学家皮亚杰的发生认识论理论可以给我们以很好的启示。

皮亚杰认为，人的行为具有一种定向性平衡。

本来处于平衡状态的图式，由于人与事物的相互作用而破坏了平衡状态，出现了平衡化。

为此，人再进行反应又恢复平衡，这种重新达到平衡状态的心理反应过程，称为平衡化。

平衡化又可分为同化和顺应两种形式。

同化是主体面临新的情境时，总是将新的知觉要素或刺激整合到原有的图式中，引起主体原有认知结构量的变化，以加强和丰富主体的动作；而当主体的图式不能同化客体时，主体只有改变原有图式或建立新的图式，引起主体认知结构发生质变才能适应或容纳新的刺激，这叫顺应。

正是在同化、顺应的交替转换过程中，新的认识不断整合为更高级复杂的认知结构。

学生的心理发展，就是这种认知结构从平衡到不平衡再到新的平衡的过程。

皮亚杰认为，引起儿童认知上的冲突，引起最佳或最大限度的不平衡，才能激发儿童的求知欲和好奇心。

按照他的平衡学说，冲突是认知结构重新组织和随后发展的基础。

探索性物理实验作为学生的一种积极主动的认识建构手段，其目的和作用不仅仅只是作为一般的建构手段，而是作为学生建构逻辑结构的手段。

要达到这种目的，就要使学生在进行探索性实验时发生认知冲突。

这要求探索性实验设计首先要足够“新颖”。

正是这种“新颖”的刺激，才会激发学生对探索的兴趣，才能引起学生探索的欲望，才使得它与主体原有的“定势”相矛盾、相对立，才能产生认识上的不协调和冲突。

比如，我们设计的“测定没有系统误差存在时干电池的电动势和内电阻”实验，要求学生自己设计电路、得出数据，并求出没有系统误差存在时电池的电动势与内电阻，这比高中教材上的实验“新颖”。

那么，设计的“新颖”要达到什么程度呢？这涉及一个“度”的问题，太弱的刺激由于不能引起认知上的不平衡，因而也就不能引起同化和顺应。

相反，如果外部刺激超过主体认知结构同化的范围，那么同化和顺应都无法进行，主体的反应也无从谈起。

这正如皮亚杰所说的那样：“一个人既不注意太熟悉的东西，因为已经司空见惯了，他也不注意太不熟悉的东西，因为和他图式中的任何东西都没有联系。

”为了引起学生认知上的冲突，引起最佳或最大限度的不平衡，探索性实验的设计还要遵循“适度”原则。

“适度”是指设计既要与学生已有的知识经验有一定联系，同时又要有一定的难度。

这样的设计如同树上的果子一样，学生必须“跳一跳”才能摘下来，这样就最大限度地激发了学生的求知欲和好奇心。

当他们依靠已有的知识解决了一个新问题时，往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足。

这种求知欲满足后，又会产生新的刺激，激励他们进一步去探索新的课题，从而转化为学习上的一种内驱力。

概括以上两个方面可知，探索性实验的设计指导思想应该是“新颖、适度”。

四、高中物理探索性实验的设计原则根据上面所提出的探索性物理实验的设计思想，结合我们多年具体设计中的体会与经验，我们认为有必要进一步制订探索性实验的设计原则。

这是因为，设计指导思想的确立能使我们从总体上把握设计的方向，而设计原则的制订则会对设计的指导更臻于具体，并对探索性实验的设计选题、设计思路等方面给予理论指导，从而指导我们设计出符合学生认知水平发展的实验来。

（一）探索性设计原则探索性设计原则是指：所设计的实验包含的物理规律往往隐藏在较深的层次，需要学生去挖掘；实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离，需要学生去跨越；解决问题的方法与途径往往不太明确，需要学生通过尝试错误，提出假设并验证假设来寻找。

提出这一原则基于以下原因：探索性实验作为一种发现学习活动，首先需要学生进行深入仔细的观察，并对外界输入信息和刺激进行过滤，唤起并指引注意作出有选择的记忆检索，并结合输入信息进行评价，从而提出假设，进行试误性尝试，以便检验假设。

这样，学生在解决问题的过程中，不仅能学会并形成一定的认知策略和技巧，同时也激发了他们的智慧潜力，并有助于形成内在的学习动机。

因此，探索性实验的性质本身要求我们的设计要在条件与目的之间设置“障碍”，学生在越障的过程中，实际上是通过思维的中介在条件与目的之间架起一座认知“桥梁”。

这种越障过程既包括发散性思维，同时又包括辐合思维。

发散性思维不直接加工信息，它主要提供解决问题的方向与方法，它属于执行控制过程，它属于影响问题求解过程的认知策略范畴。

待问题求解的方向与方法确定后，又需要辐合思维进行逻辑推理，按已确定的方向深入下去直至解决问题，从而在这一探究的过程中培养学生的创造性思维。

从探索性实验的教育目的来看，由于探索性实验是建构学生良好认知结构的手段与方式，其信息刺激是一种新颖、适宜的刺激，因而，决定了实验设计一定要具有探索性。

探索性的意义在于它给出的新颖、适宜的刺激能在学生的头脑中引起认知冲突和危机，从而促使学生积极、主动地建构他们的认知结构。

特别需要指出的是，学生的探究行为作为一种动作或活动，它不同于演示实验中学生的观察，也不同于学生分组实验中的操作。

上述观察和操作虽都包含物质动作和精神动作，但是精神动作的参与少，同时缺少两者的转化。

这种情况正是造成目前实验教学不受欢迎的一个重要原因。

而学生的探究行为则表现为物质动作与精神动作自始至终的交织与转化。

这种交织与转化的前提来自由于探索而引起的认知冲突。

这样，学生在探索性实验中进行的抽象思维就不只是来自感觉因素的联结，而是来自感知与行动的相互协调。

这事实上就回答了我们经常为之困惑的一个问题：为什么说物理理论的思维训练与运用实验的思维训练其效果大相径庭？进一步，我们也朝着解决探索性实验教育功能的方向迈出一大步，这就是探索性实验探索性的价值之所在，也正是我们制订这一原则的理由与根据。

（二）趣味性设计原则趣味性设计原则是指：探索性实验的设计要充分考虑学生的心理特点和认知水平，实验设计要求生动、有趣，能使学生在进行实验探索时，自始至终保持很高的兴趣。

在探索性实验设计中强调趣味性原则是因为，探索性实验作为一种学习活动，不能依靠教师的督促使学生完成，而要通过设计良好的实验本身来激发学生的兴趣，使学生从好奇出发，进而发生兴趣，只有这样，才能使学生自觉自愿地参与实验探究活动。

探索性实验作为学生探究行为的目标或诱因，它还具有诱发和激励主体的有目标指向行为的作用和功能。

生动有趣的实验本身会使学生产生暂时性的兴趣，而解决问题的探究以及成功地解决问题，又会使学生的暂时性兴趣转化为持久兴趣。

兴趣作为主体的一种内驱力，它刺激主体并引起反应（活动和动作），反应的结果则导致主体需要的满足。