高中物理教科书科学探究内容的呈现方式及实施策略，本文主要内容关键词为：教科书论文,高中物理论文,策略论文,方式论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学探究既是重要的学习方式，又是物理课程的重要学习内容，同时也是培养探究意识、提高探究能力的重要途径。因此，实施科学探究的水平和质量对于提高物理教学质量具有重要意义。影响实施科学探究质量水平的因素很多，其中，教科书中的科学探究内容和教师对这些内容的分析挖掘无疑是重要的方面。那么，如何分析教科书中的科学探究内容呢？本文以沪科版《物理1》（以下简称《物理1》）为例分析其科学探究内容的呈现方式以及科学探究内容的分布，在分析的基础上，提出教师在教学中实施科学探究的有效策略。
一、科学探究内容呈现
《物理1》注重科学探究活动的设计，从学生已有的知识和经验出发，创设生动的学习情境，引导学生发现并提出问题，做出猜想和假设，设计方案。通过观察实验、阅读、思考、讨论等栏目引导学生进行科学探究。《物理1》中的科学探究内容体现在多个方面。
1.章首导读中的科学探究体现
《物理1》中，每一章的开头都设有章首导读，一般采用简单、生动的语言描述该章的教学目标，对科学探究内容进行一定的渗透。例如，第3章《力与相互作用》的章首导读内容如图1所示。
由图1易见，本章的章首导读内容将物理问题还原到拔河情境中，及时提出问题。利用六个问题引导学生思考，其中，第一个问题的设计旨在引导学生提出问题；第二个问题的设计旨在引导学生猜想与假设；第三个问题的设计旨在引导学生制定探究计划和设计实验；最后一个问题引导学生在交流合作中总结物理规律。由此可见，本章章首导读是以问题串为主线，引导学生自己思考、动手，获取知识。这样的展开方式层次清晰，目标明确。
2.章内各个栏目中的科学探究呈现
《物理1》通过设计多样化的栏目，体现教科书内容的层次性，为学生提供自主学习的广泛空间[1]。其中的科学探究内容以多种形式的栏目呈现，包括“实验探究”“讨论与思考”“课外活动”“课题研究”“多学一点”“案例分析”“家庭作业与活动”等，每个栏目都注重呈现科学探究活动，引导学生进行探究，蕴含多种科学方法，这样的设计有利于提高学生未来发展所必备的科学素养[2]。
（1）“实验探究”栏目中的科学探究内容
“实验探究”栏目中的科学探究内容大多包含多个探究要素，旨在逐步引导学生利用教科书中给定的实验仪器自己设计具体的实验方案，完成实验操作任务。在设置探究内容时，针对探究活动作了相关的探究点拨和指导，引导和帮助学生体会和学习如何一步步展开探究，完成提出问题—进行猜想与假设—制定计划和设计实验—观察与实验—获取资料与证据—形成完整的科学探究过程。这样既可以加深学生对相关物理知识的理解，又有助于培养其科学探究能力。例如，《弹力》一节中的科学探究内容如下页图2所示。
从图2可见，第一，该探究内容的题目“探究胡克定律”就提出了要研究的问题，以唤起学生对相关物理知识的注意与思考；第二，提出“根据你使用弹簧测力计的体验，你的猜想是什么？与同学讨论交流一下”，进一步引导学生进行猜想与假设，并在讨论与交流的过程中设计出具体的实验方案；第三，探究内容还对收集数据的表格及处理实验数据的方法都做了详细的描述，说明该探究内容对进行实验和收集数据的方法进行了指导；第四，探究内容中指出“实验中，你使用了哪些器材？通过实验得出什么结论？”，以引导学生进行分析与论证。由此可知，该探究内容包含了提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验和收集数据、分析与论证5个探究要素。通过该探究活动，引导学生经历从提出问题到解决问题的思维过程，既可以加深学生对胡克定律内容的理解又有利于培养学生的科学探究能力。
（2）“讨论与思考”栏目中的科学探究内容
“讨论与思考”栏目中的科学探究内容常常以提问的形式呈现，注重探究过程中的互动，通过设置科学探究问题，为学生提供讨论与交流的机会，旨在引导学生以问题为中心展开讨论，在相互交流与合作的过程中学习物理知识，掌握物理规律。这样设计有利于调动学生的主观能动性和参与意识。例如，《怎样描述运动的快慢（续）》这一节中的“讨论与思考”如图3所示。
由图3可以看出，该探究内容是通过一则有趣的小故事引入探究问题的。教师引导学生围绕该问题进行思考、分析、讨论。在此过程中，他们既可以表达自己的观点，也可以了解别人的观点，通过不断的反思与评价，总结归纳出正确的结论。在教师的引导下运用学过的“瞬时速度”的知识解答该问题，学生很容易找到答案，这样有利于调动大部分学生的学习积极性。
（3）“课外活动”栏目中的科学探究内容
“课外活动”栏目中的科学探究内容主要通过引导学生运用已有的知识和经验对自然现象和生活实践进行观察，查阅资料，书写科学研究报告或制作简单的物理仪器的方式呈现。此栏目向学生介绍多种探究思路，没有规定具体的探究步骤，让学生自己设计并完成探究任务。这样有助于锻炼学生思维的广阔性，提高他们的创新能力和分析与论证的能力。例如，《共点力的平衡及其应用》一节中的“课外活动”内容如图4所示。
由图4易见，该探究内容是关于学生所熟知的桥的调研和桥模型的制作，学生需要通过报纸、刊物、书籍、互联网等途径搜集题目中需要的资料，并且只有在仔细分析搜集到的资料的基础上，才能制作出桥的模型。这样设计有利于提高学生收集信息、分析资料的能力以及动手实践能力。此外，该探究内容并没有规定具体的探究步骤，这样不仅有利于学生从多角度进行探究，而且有利于学生创造潜力的开发，促进学生之间的交流。
（4）“课题研究”栏目中的科学探究内容
“课题研究”栏目中的科学探究内容大多以探究性实验的形式呈现，探究的主题一般是关于某个物理概念或物理规律的研究，在设计具体内容时，往往都点拨研究思路和研究方法，引导学生自己设计并实施实验。该栏目中的部分探究活动需要借助DIS实验系统实施，完成这些科学探究活动不仅有助于学生认识物理学与信息技术之间的联系，而且有利于培养学生运用现代化工具处理物理问题的能力。例如，《匀变速直线运动的规律》一节中的“课题研究”如图5所示。
由图5可知，第一，题目“实验研究匀变速直线运动”指明探究内容是对匀变速直线运动规律的研究；第二，栏目中指出“请你利用打点计时器研究匀变速直线运动”，不但使学生明确了研究对象，而且指出了研究方法；第三，栏目中指出“要求自己设计数据表，画出小车运动的图象，算出加速度的大小”，注重引导学生自己动手做实验、记录数据、分析处理数据；第四，栏目中指出“有条件的话，请利用DIS实验系统进行研究”，为教学留下发挥的空间，一方面，有利于不同学校根据现实条件实施有效教学，另一方面有利于体现信息技术与物理教学的整合，引导并促使学生提高信息处理能力。
（5）“多学一点”栏目中的科学探究内容
“多学一点”栏目中的内容是为了满足学有余力的学生学习物理的进一步要求，该栏目中的科学探究内容旨在引导学生对相关物理知识和物理规律进行更深入的思考，常常以实验的方式呈现。例如，《摩擦力》一节中的“多学一点”如图6所示。
由图6很容易看出，文中第一段指出该探究活动所需的实验仪器、实验要求及实验结果，旨在引导学生明确实验的具体任务和探究目标，从而使探究活动更具有方向性和针对性。文中第二段明确指出了用所给器材直接测量压力和摩擦力所面临的困难，引导学生思考测量动摩擦因数的有效方法，旨在引导学生设计测量压力与摩擦力大小的方法。文中第三段指出“图3-37表示了你已经学到的背景知识，你能否借此设法测出动摩擦因数？”，说明探究内容，引导学生运用胡克定律的知识来设计测量动摩擦因数的方法。这样既有利于提高学生的科学探究能力，又有助于学生更加深入地理解动摩擦因数。
（6）“案例分析”和“家庭作业与活动”栏目中的科学探究内容
“案例分析”和“家庭作业与活动”两个栏目中的科学探究内容主要是以探究性习题的形式呈现，问题情境比较新颖，注重将生产和生活中的一些实际问题引入习题，引导学生运用所学的物理原理和规律进行探究。这样有利于培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。例如，《自由落体运动的规律》一节中的“家庭作业与活动”内容如图7所示。
由图7不难看出，该探究内容中要求学生测量教学大楼4楼阳台离地面的高度，题目情境贴近学生日常生活。题目中只要求说明实验原理，列出所需器材，写出需测量的物理量，并没有限定实验所用器材，充分体现了探究的开放性，为学生创造性的实验探究留下了较大空间。这样有利于学生创新思维的发挥，促使其根据不同的实验原理、选用不同的实验仪器进行探究。
二、科学探究内容的分布
以上分析表明，《物理1》中科学探究内容的呈现力图避免平铺直叙的陈述式，使其有利于教师发挥自主性，进行创造性教学。《物理1》的科学探究内容十分丰富，各章栏目中的探究内容统计如表1所示。
从表1的统计数据可看出《物理1》中的科学探究内容分布在不同章和各栏目中。
从章分布看，科学探究内容在《物理1》的各章中均有充分体现，其中，以第三章为最多；从栏目分布看，《物理1》在“家庭作业与活动”和“实验探究”栏目中设计了较多的探究活动。这两个栏目中的科学探究活动总数分别占总探究活动数目的24.56%和17.54%，这体现了教科书对培养学生的实验探究能力和运用所学物理知识解决实际问题的能力高度关注[3]。
分析可知，虽然《物理1》较充分地体现了科学探究活动，但是它仍然存在一些需要改进的地方：一是名称不同的小栏目在功能上有些重复，如“课题研究”与“课外活动”中的科学探究内容区别不大，“STS”栏目中呈现的内容基本上是物理知识在社会与生活中的应用，并没有涉及科学探究活动；二是有关物理学史的材料较少[4]，《物理1》各个栏目中通过物理学史呈现的科学探究活动较少；三是STS方面的科学探究内容较少，不利于学生充分了解物理学与科学、技术的联系。这些问题在一定程度上都会影响教师有效引导学生进行科学探究。
三、实施科学探究的有效策略
由上述分析可知，高中物理教科书十分重视科学探究的安排，把物理知识与科学探究融为一体，并且在不同栏目中以多样化的方式呈现。这种处理不仅体现了物理课程理念，而且体现了物理课程标准中科学探究既是学习内容又是重要学习方式的课程目标。因此，在物理教学实践中必须加强科学探究的有效实施。那么，物理教师在教学中如何实施科学探究？笔者认为，有效实施科学探究可采取以下策略。
策略一：恰当选择科学探究内容，合理设置探究目标
成功的探究教学，不仅要恰当选择具有探究价值的内容，而且要设置明确的探究目标。探究内容的恰当选择，是探究教学成功的前提；探究目标的合理设置，既有利于使学生掌握课程标准所规定的教学内容，又有利于其发展各种探究能力[5]。那么，如何恰当选择探究内容并设置合理的探究目标呢？笔者认为，探究内容既要具有探究的价值，又要与学生已有的知识经验相联系，符合学生的认知发展水平。这就要求教师在物理教学中充分发挥自身的主观能动性，根据具体教学需要从教科书中选出有探究价值的探究内容，必要时，教师还应该从课外资料中选择相关内容对其进行补充、拓展和延伸。探究内容确定之后，教师要科学地设置探究目标，做到以下几点：首先，教师应根据《普通高中物理课程标准（实验）》为学生设置一定的探究目标；其次，从包括教科书在内的相关资料中选出可以帮助学生达到这些目标的内容；最后，教师还应该精心组织并引导探究活动，让学生通过这些活动获得最佳学习效果。
例如，“探究加速度与力和质量的关系”是高中物理教学中重要的科学探究内容[6]，理解“加速度与力和质量的关系”也是学生学习牛顿第二定律的基础，因此，该内容具有探究价值。《物理1》的“课题研究”要求学生应用DIS系统探究加速度与力和质量的关系[7]，对于配备DIS实验系统的学校，可按照教科书中设计的内容和要求组织学生进行实验探究，但在一些条件相对落后还没有DIS实验系统的学校，这样就无法依据教科书的要求实施探究。面对这种现状，教师就要结合学校的实际，运用能够得到的实验器材设计实验，制定与探究实验相适应的探究目标，精心设计探究方案并组织、引导学生创造性地完成“课题研究”。
策略二：合理规划探究活动
要引导学生开展富有成效的科学探究活动，教师必须制定探究方案，合理规划探究活动。那么，如何合理规划探究活动呢？笔者认为，首先，要仔细分析科学探究内容，领悟探究内容设置的目的及其对提高学生科学探究能力的作用；其次，要结合实际对所选的探究内容进行分类，依据学生的认知发展规律，按照循序渐进、由简单到复杂的原则设计探究活动的顺序；第三，结合学生的实际规划探究活动的开展方式并引导学生有效实施探究。规划探究活动时，教师既要重视如何在课堂中指导学生强化对科学探究内容的理解，优化课堂教学结构[7]，又要重视如何引导学生结合日常生产生活经验实施探究活动。
例如，《摩擦力》[8]一节中设计了四个科学探究活动，从教科书设计的目的和作用看，“探究滑动摩擦力的大小”旨在引导学生通过探究实验，掌握滑动摩擦力的计算公式；“体验静摩擦力”旨在通过联系学生已有的生活经验，设计探究活动，引导学生体验静摩擦力是存在的；“测定动摩擦因数”旨在引导学生自己设计测量动摩擦因数的方法；“防滑鞋实验”旨在引导学生运用摩擦力的知识，对生活实践进行观察，书写科学报告。依据教科书的设计意图，探究活动可以按照如下顺序展开：首先，引导学生探究滑动摩擦力的大小，重点引导其设计实验方案和步骤，学习探究方法；其次，引导学生设计测定动摩擦因数的方案，注重分析学生可能存在的问题及解决方案；第三，引导学生通过对比实验探究防滑鞋与普通鞋的摩擦力的异同，重点引导其收集资料和书写实验探究报告，了解物理知识在日常生活中的应用。
策略三：创设有利于开展探究活动的情境
探究过程中的创新是从问题开始的[9]，问题蕴含在情境中。因此，创设有利于开展探究活动的情境具有重要的意义。只有创设有利于开展探究活动的情境，才能为科学探究过程提供感知素材，搭建思维平台，激发学生的探究兴趣，促使其积极思维，从而培养其探究能力[10]。那么，如何创设探究活动的情境？笔者认为，教师要结合自身和学生的实际，根据客观条件和探究内容创造性地进行设计。
例如，“伽利略对落体运动的研究”[8]，教学时，如果学校有多媒体设备，教师可以利用多媒体向学生展示比萨斜塔的图像资料，并配合生动的文字介绍，让学生感到自己仿佛到了比萨斜塔旁[11]；利用多媒体模拟牛顿管实验，让学生感知在没有空气阻力的情况下，轻重物体下落得一样快。如果学校没有多媒体设备，教师可通过容易取得的粉笔和纸片设计对比实验的方法创设情境[12]，如分别让硬币和纸片、纸片和纸团、硬币和纸团从同一高度下落，引导学生观察实验现象。
策略四：运用物理学史料引导科学探究
物理学的研究思想和方法是物理学家经过长期的科学探究，逐步摸索、积累、形成和发展起来的。因此，物理学家的事迹为实施科学探究提供了很好的素材。在物理探究教学中融入物理学史，能使科学探究与思想方法教育有机结合起来，运用物理学史料引导科学探究是可行的。那么，如何运用物理学史料呢？笔者认为，第一，结合具体的探究内容，通过多种渠道主动搜集与其相关的物理学史料；第二，运用物理学史料引导学生进入探究情境；第三，在实施科学探究的过程中，为学生介绍有代表性的物理学家的研究过程，并引导学生总结研究方法和研究思路。
例如，在讲解“电磁感应”[13]时，教师首先应搜集有关奥斯特探究“电生磁”和法拉第探究“磁生电”的相关资料；其次，通过讲解奥斯特探究电生磁的过程及逆向思维的方法，引导学生深入思考：既然电能转化为磁，那么磁也应该能转化为电。这样既有利于激发学生的探究兴趣，又有助于引导其快速进入探究情境；最后，教师还应该向学生仔细讲解法拉第及其他物理学家研究电磁感应现象的具体过程，并引导学生总结这些科学家采用的研究方法和研究思路。如此教学，既有利于激发学生的探究兴趣，又有助于培养其科学探究能力。
科学探究是高中物理的重要内容，本文仅以沪科版高中《物理1》为例，初步分析了物理教科书中章首导读以及章内各栏目中科学探究内容的呈现形式，统计了各章各栏目中科学探究内容的分布情况，并提出了实施科学探究的有效策略。希望我们的研究能对物理教学中科学探究的实施有所帮助。