科学探究七要素[参考].pdf

科学探究科学探究 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 “科学探究”的目的 物理课程中，科学探究是学生积极主动地获取物理知识，认识和解决物理问题的重要 实践活动，其目的是让学生通过亲身经历和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 想和精神，理解科学的本质，挖掘智力潜能，培养科学探究能力、实事求是的科学态度和 敢于创新的探索精神 “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（七个探究要素和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 学探究的能力目标是对学生除“双基”以外要达成的另一目标要求；科学探究还是一种重 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和把握“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， 是物理教师应该着重思考和解决的问题。

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和课堂教学，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 “科学探究”的程度 由于不同阶段学生的生理特点区别，不同学生群体和个人的特点区别，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 是灵活多样的应当认识到：探究是一种多侧面、多形式的活动；又由于有些探究活动的 指导和开放程度不同，有些探究活动只包含了探究的部分要素和特征，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和整体的目标都是应该而且 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和描述 一提出问题能力的培养一提出问题能力的培养 “提出问题”是科学探究的前提，其能力要求有： 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。

能书面或口头表述这些问题 认识发现问题和提出问题对科学探究的意义 提出问题的能力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”，不是仅仅指带有问号的一般性问题，而是特指那些可以引起思考 和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 度去看旧的问题，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，特别在运算和推理方面比国外学生有 明显优势，但中国学生最大的缺撼，就是不善于提出问题，缺乏创新精神 没有问题就 难以诱发和激起求知欲，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， 是促进个体认知发展的重要途径，也是教会学生学会学习的方法之一而提出问题的前提 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 题和提出问题是进行科学探究的前提，也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： 1、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和内容，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和传播教学中，教师播放歌曲“黄河大合唱” 后，学生可以提出一系列问题：声音是怎样产生的？声音又是如何传入人耳的？等再如 “焦耳定律”这节课一开始，播放一段“电线着火”录像和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，并激发他们进一步探究的欲望 2、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他活动的过程中，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 和挖掘自身体验，并从中发现问题 3、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，营造宽松和谐的课堂学习氛围，同时教师应该主动参与学生的学习过 程，与同学一起思考，有足够的耐心和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，因而提问的方法和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 和厌烦因此，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 “问题提出”的层次 1、以“问题化”的陈述方式提问 这是一种就现象而现象提出的问题例如：某学生在河边玩耍，看见两女士在河边散 步，一位穿高跟鞋，另一位穿平跟鞋，尽管她们的体重看起来相同，但她们留在河边湿地 上的脚印深浅有明显的差异再例如：某学生在观看许多鸟类标本时，发现啄木鸟的嘴巴 和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 “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）、是何（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、说法和理论;比较新事物和旧理论之间的 矛盾和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吗？反之，实验中发现的规律、现象 能从理论上加以论证、解释吗? 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吗? 这规律是具有普遍性还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 立吗?会不会出现新的问题?比如说现实世界是有摩擦力的，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吗? 8、逆反法：正面的问题，反过来会怎样?正定理成立，逆定理也一定成立吗? 9、归纳法：有众多相似的现象，这些现象有共同点吗？它们遵循什么规律？ 4、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， 发现和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 他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，调动学生发现问题和提出问题的 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二猜想与假设能力的培养 “猜想与假设”是科学探究的先导，其能力要求有： 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 猜想与假设是科学思维的一种形式，是科学研究中重要的方法，也是对问题中事 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和指导性在猜想环节，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，通过对猜想的排查和做 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 1、猜想与假设应遵循的原则 1、合理性原则 猜想不是胡猜乱想，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 经验和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 设如探究影响蒸发快慢的因素中，学生根据生活中晾衣服时，一般把衣服张开在通风和 有太阳的地方的经验，提出蒸发的快慢与液体的表面积大小、与液体上方空气流动的快慢 及与液体的温度有关的假设，就有一定的事实依据，较为合理。

2、规律性原则 猜想与假设虽然是针对一些客观事实和现象而提出来的，但科学探究的目的不是解决 个别问题，而应是一类问题，寻找事物之间的普遍联系和一般规律因此，提出的猜想与 假设要具有某种规律性例如，在探究树荫下光斑的形成原因时，如提出“圆形的光斑是 由圆形的太阳形成的，与小孔形状无关”就不具有规律性，其他形状的光源发出光线通过 小孔后会形成怎样的光斑呢？在该探究中提出“光源发出的光通过屏障上的小孔后会在屏 上形成与光源形状相同，与小孔形状无关的光斑”把太阳这一种光源形成的现象扩展为 所有光源共同遵循的规律，假设验证后得到小孔成像的规律。