從物理課程看科學(xué)探究

1、1從物理課程看科學(xué)探究從物理課程看科學(xué)探究張大昌（人民教育出版社北京100081）這次課程改革中，無(wú)論在初中還是在高中，科學(xué)領(lǐng)域的各門課程都十分強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)中的科學(xué)探究，研究文章很多，許多教師在實(shí)踐中做了各種形式的探索和嘗試，取得了令人矚目的成果，也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。今天，我們反思幾年來(lái)的研究和實(shí)踐，對(duì)科學(xué)課程中的科學(xué)探究有了更深刻的認(rèn)識(shí)。本文以中學(xué)物理課程為例，對(duì)科學(xué)探究談些看法。一、課程中的科學(xué)探究有三重意義一、課程中的科學(xué)探究有三重意義

2、第一，它是一種學(xué)習(xí)方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中獲取知識(shí)、體會(huì)科學(xué)方法、受到情感態(tài)度價(jià)值觀的熏陶。目前對(duì)這點(diǎn)已經(jīng)取得共識(shí)。第二，科學(xué)探究本身也是學(xué)習(xí)的內(nèi)容。平常所說(shuō)的知識(shí)包括了陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)1，怎樣進(jìn)行科學(xué)探究是一種程序性知識(shí)，以前我們對(duì)這類知識(shí)的學(xué)習(xí)不夠重視。在科學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生要通過(guò)對(duì)探究過(guò)程的反復(fù)體驗(yàn)，學(xué)會(huì)怎樣進(jìn)行科學(xué)探究。這在過(guò)去強(qiáng)調(diào)得不夠，應(yīng)該引起重視。第三，科學(xué)探究還是一種精神。要用這種精

3、神探索和研究自然規(guī)律，也要用這種精神學(xué)習(xí)整個(gè)課程中的所有內(nèi)容。這點(diǎn)尤為重要。例如，實(shí)驗(yàn)儀器的使用規(guī)則，雖然不是自然規(guī)律，但也可以通過(guò)科學(xué)探究來(lái)學(xué)習(xí)。有一種說(shuō)法，認(rèn)為學(xué)習(xí)這類內(nèi)容時(shí)不能進(jìn)行探究，只能嚴(yán)格要求，即使不明白其中的道理也要記住這些規(guī)則，否則這些重要的要求在學(xué)生頭腦中就不清晰，還可能損壞器材。其實(shí)，儀器的使用規(guī)則都是有道理的，學(xué)生應(yīng)該通過(guò)自己的探究來(lái)學(xué)習(xí)這些道理。天平的學(xué)習(xí)就是一例。在過(guò)去的教學(xué)中，教師生硬地告訴學(xué)生使用托盤天平的

4、三個(gè)步驟和要注意的兩點(diǎn)2，可以不講任何道理，學(xué)生只要記住了、照著做，就算達(dá)到要求了。按照新課程的理念，學(xué)生完全可以通過(guò)科學(xué)探究學(xué)習(xí)這些內(nèi)容。例1：想想做做――天平的使用方法3我們通過(guò)稱量橡皮、鉛筆的質(zhì)量來(lái)學(xué)習(xí)天平的使用方法。學(xué)習(xí)過(guò)程中要一邊操作一邊思考下面幾個(gè)問(wèn)題。●天平應(yīng)水平放置。你所用的天平有沒(méi)有檢查天平底座是否水平的裝置？應(yīng)怎樣調(diào)平？●天平使用前要使橫梁平衡。每臺(tái)天平都有平衡螺母，用來(lái)調(diào)整橫梁的平衡。你的天平的平衡螺母安裝在什么位

5、置？如果橫梁的左臂偏高，應(yīng)該向哪個(gè)方向旋動(dòng)平衡螺母？●你的砝碼盒中最小砝碼的質(zhì)量是多少？實(shí)際上，天平還能夠分辨出比它更小的質(zhì)量，這時(shí)就要靠游碼了。游碼相當(dāng)于一個(gè)“秤砣”，它每向右移動(dòng)一格，就等于在右盤中增加一個(gè)很小的砝碼。在你的天平上，一個(gè)這樣的小格相當(dāng)于多大質(zhì)量的砝碼？使用天平之前，應(yīng)該使游碼停留在什么位置？使用天平時(shí)，要求把待稱的物體放到左盤，在右盤中增減砝碼。為什么要這樣做？……關(guān)于天平的使用，你認(rèn)為還應(yīng)該注意什么問(wèn)題？3三、不同

6、問(wèn)題中的猜想與假設(shè)，它們的不確定性并不一樣三、不同問(wèn)題中的猜想與假設(shè)，它們的不確定性并不一樣科學(xué)的猜想與假設(shè)在本質(zhì)上不同于不負(fù)責(zé)任的亂說(shuō)，它是根據(jù)不充分的事實(shí)或不嚴(yán)格的推理得出的不太可靠的結(jié)論。在上面例1中，我們得出一個(gè)猜想――存在著另外一種相互作用，根據(jù)的是庫(kù)侖力的性質(zhì)和二力平衡的知識(shí)。但是，它仍然只是一個(gè)猜想，不是科學(xué)的結(jié)論，因?yàn)槲覀儾荒芘懦硗獾脑S多可能：兩個(gè)質(zhì)子之間只有庫(kù)侖力的作用，但庫(kù)侖定律在很小的距離上不適用；或者……不同探

7、究過(guò)程中做出的猜想與假設(shè)，它們的不確定性并不一樣。上面例2中的猜想與假設(shè)實(shí)際上已經(jīng)是對(duì)問(wèn)題的定性分析，不確定性很??；而例1中的猜想與假設(shè)則有極大的不確定性，特別是中學(xué)生做出這樣的猜想，更是如此。可以說(shuō)，中學(xué)教學(xué)中的科學(xué)探究最應(yīng)該注意的就是猜想與假設(shè)這個(gè)要素，猜想與假設(shè)是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素。這樣說(shuō)，是基于我們對(duì)科學(xué)過(guò)程的理解：科學(xué)定律不是根據(jù)有限的（盡管可能是大量的）事科學(xué)定律不是根據(jù)有限的（盡管可能是大量的）事實(shí)歸納實(shí)歸納出來(lái)的，

8、新知出來(lái)的，新知識(shí)的建立常常不在于的建立常常不在于實(shí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證據(jù)的多寡，而在于研究者的洞察力。據(jù)的多寡，而在于研究者的洞察力。科學(xué)中的重大發(fā)現(xiàn)是這樣，日常生活與工作中的新認(rèn)識(shí)、新見(jiàn)解也是這樣。新的高中物理課程包括了狹義相對(duì)論的少量?jī)?nèi)容。這樣做的主要目的是使學(xué)生在狹義相對(duì)論的學(xué)習(xí)中再一次體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程，即人們認(rèn)識(shí)世界的下述過(guò)程。學(xué)生在大致了解幾個(gè)關(guān)于“光速不變”的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)了矛盾（提出問(wèn)題），在此基礎(chǔ)上提出了“光速不變”原理和狹義相對(duì)

9、性原理（猜想與假設(shè)）。盡管麥克耳孫實(shí)驗(yàn)和其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)及天文觀測(cè)表明，光速不依賴于觀察者與光源之間的相對(duì)速度，但這只是有限的幾件事實(shí)，難以得出一般性的規(guī)律，因此我們只能把它叫做猜想與假設(shè)；至于狹義相對(duì)性原理，也只是因?yàn)椤皼](méi)有發(fā)現(xiàn)違背這個(gè)原理的事實(shí)”，也屬于猜想與假設(shè)的范疇。在這兩個(gè)猜想與假設(shè)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)邏輯推理得出了同時(shí)的相對(duì)性，進(jìn)而得出長(zhǎng)度的相對(duì)性和時(shí)間間隔的相對(duì)性8（分析與論證）。最后介紹對(duì)宇宙射線中μ子計(jì)數(shù)的解釋、狹義相對(duì)論的宏觀

10、驗(yàn)證，并簡(jiǎn)單提到它在粒子物理中的應(yīng)用。這段教學(xué)要使學(xué)生體會(huì)認(rèn)識(shí)世界的如下過(guò)程。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)觀測(cè)事實(shí)（或直接（或直接經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)）→猜想與假猜想與假設(shè)（兩個(gè)基本原理）（兩個(gè)基本原理）→邏輯邏輯分析（數(shù)學(xué)推理）分析（數(shù)學(xué)推理）→可檢驗(yàn)檢驗(yàn)的結(jié)論結(jié)論在這個(gè)案例中，兩個(gè)原理具有很大的不確定性，只有得出的大量結(jié)論都與事實(shí)一致時(shí)，才能說(shuō)當(dāng)初的猜想與假設(shè)在一定的條件下是正確的。新高中課程還要求極簡(jiǎn)單地介紹廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論的猜想與假設(shè)的不確定性就更