高中物理探究式教学模式的理论和实践研究

高中物理探究式教学模式的理论和实践研究大丰高级中学丁秀梅一、课题的现实背景及意义《基础教育课程改革纲要》明确指出：“改变课程实施过于强调接受学习，死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参于，乐于探究，勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”“教师在教学过程中应与学生积极互动，共同发展，要处理好传授知识与培养能力的关系，注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中实习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。在教育部颁布的课程标准中也明确提出物理课程的目的是提高全体学生的科学素养；要真正落实新课标的要求，促进学生科学素养的全面发展，则需要深入开展课堂教学改革，实现教学方式的多样化，要求开展以探究为核心的教学，使高中物理教学充分体现科学探究的思想，从而改变以知识传授为主的传统教学方式，逐步形成以促进学生发展为主的现代物理教学方式。物理探究教学作为培养学生科学素养的最有效的教学模式之一，近年来，我国掀起了物理探究教学研究的热潮，这是时代发展的需求，是科学教育的需求，是学生发展的需求。开展物理探究教学模式的研究迫在眉睫。其目的在于将科学家的研究引入课堂，让学生在以类似科学探究的方式学习科学，使他们不仅获得科学知识，同时还掌握科学方法，培养科学精神。由于探究学习在我国尚处于起步阶段，对于探究学习的理论框架逐步搭起，把科学探究的理论运用于高中物理教学则刚刚开始。由于物理探究教学模式对教学过程、教学组织形式、课堂教学策略等方面都提出了自己的要求，习惯于传统教学模式的教师要理解并运用此教学模式，在正确理解科学探究、设计和实施探究教学等多方面教师都还面临着许多困惑。因此，在这样的教育教学背景下，通过对高中物理探究教学模式的案例课题的研究，具有深广的意义和价值。二、探究式教学的概述及教学现状美国《科学探究与国家科学教育标准》对探究式教学进行了界定：探究式教学是指学生在教师指导下,以类似科学研究的方式去获取知识的一种教学形式。2003年我国普通高中物理课程标准研制工作组编写的《普通高中物理课程标准(实验)》提出科学探究有七大要素：(1)发现并明确提出所要研究的问题；（2）猜想与假设；(3)制定探究计划、设计实验方案；(4)通过观察、实验等多种方法收集各种数据；(5)对所得数据加以分析与论证；(6)评估，吸取经验教训，改进探究方案，并发现新的问题；(7)交流与合作。在高中物理教学中通过对这七个部分的要求可以帮助学生提高五种能力：（1）理解能力；（2）推理能力；（3）设计和完成实验的能力；（4）获取知识的能力；（5）分析综合能力。在高中物理课程中进行科学探究活动就是要从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个方面让学生得到全面发展。简单地说，就是培养具有科学素养的新世纪公民。因为一个具备科学素养的公民，就应该理解科学中重要的概念和原理，熟悉自然世界并承认其多样性和统一性，能够运用科学知识和科学思维方式考虑和处理个人与社会问题。国外经长期的理论探索与教学实践，以科学哲学、认知心理学、主体教育理论为基础，提出一系列各具特色的教学模式。如杜威从实用主义立场建立探究式教学的“问题教学法”理论；萨其曼将科学家的创造性探索活动与教学法相结合，建立由事实到理论的“探究训练”模式；施瓦布提出的“生物科学探究”模式则注重模拟生物学家的探究过程，积极引导学生树立正确的科学理念及掌握科学方法，特别是实验方法；安顿.劳森等提出的由概念探讨、概念介绍、概念运用三个阶段组成的“学习环”模式；“5e”模式则进一步运用认知科学新发现，对“学习环”进行改进，建立由“吸引--探索--解释--加工--评价”五个阶段紧密结合的教学模式，使探究式教学更完备、更符合学生认知特点。我国从八十年代起开始对探究式教学展开理论与实践研究，特别随全面推进素质教育的不断深入，探究式教学逐渐成为教法探索的热点之一，并取得众多研究成果。例如：靳玉乐主编的《探究教学法》；由“研究性学习”设计编写委员会汇编的《研究性学习》丛书等。这些著作有些系统介绍了国内外有关探究教法研究成果,有些提出了将各种探究教学模式运用于基础教育中,还有的是各种探究教学实践指导资料。从2001年开始，我国各高中都在课程中安排了研究性学习，每周两课时。在这项活动中，很多老师也对研究性学习作了指导，大家感到虽然探究式教学设计复杂，在现行条件下教学组织难度大，缺少强化知识运用训练。探究式教学也不是唯一可行的教学方法，并不一定适用于所有物理内容的教学。但是大家都感到探究式教学不可否认有助于发展学生的科学素养，能有效激发学生的学习积极性、主动性，也有利于学生理解较为抽象的物理概念、规律，发展学生的探索能力。三、高中物理探究式教学模式的理论基础1、实用主义探究式教学理论杜威从实用主义立场出发，认为社会发展变幻莫测，充满危险，具有不确定性和不安定性。因而，“实用效果有用与否”就成为一切知识是否是真理的标准。他认为世界不存在永恒的真理，人在不确定的世界能延续下来不是靠“所谓的真理”，而是靠不断改造的经验，从根本上说是凭借着探究能力。杜威首次提出了较为系统的探究式教学理论，强调培养学生的主动性探索精神和解决实际问题的能力，可以说开辟了教学研究与实践的新领域，引起人们对学生主体性的极大关注以及师生在教育过程中的地位和作用的深刻反思。2、建构主义学习理论建构主义学习理论提倡的学习方法是教师指导下的、以学生为中心的学习；建构主义学习环境包含情境、协作、会话和意义建构等四大要素。建构主义强调在教学活动中：⑴明确“以学生为中心”；⑵重视“情境”对意义建构的重要作用；⑶强调“协作学习”对意义建构的关键作用；⑷在建构主义学习理论指导下的教学设计应是针对学习环境的设计而非教学环境的设计；⑸利用各种信息资源来支持“学”；⑹学习过程的最终目的是完成意义建构。3、探究式教学的信息加工理论20世纪中期，科学哲学家波普尔和科学史家库恩等人认为：科学知识是暂时的、相对的，而不是绝对的。科学在本质上是探究，处在不断发展和变化中。库恩还对当时的教育提出强烈批评，认为把教科书上的知识当作不变的真理，把实验仅当作验证科学概念和原理的方法去教学生，容易使他们形成绝对化的科学知识观、错误的科学方法论和片面的科学发展观。在这种背景下，萨其曼、施瓦布和加涅等人于是从信息加工的角度对探究式教学进行研究。他们从信息处理过程出发，认为教学与其着眼于知识的掌握，毋宁更注意教学信息处理过程本身，并建立了与此种思想相对应的探究式教学模式。4、人本主义的探究式教学理论人本主义探究式教学理论主要体现20世纪末期开始的美国科学教育改革运动中，指导这场改革的纲领性文献是《美国国家科学教育标准》。总体来讲，人本主义把科学看作是人类的一种事业，是人们观察和解释世界的一种方式。其所倡导的探究式教学，在目的、方法、内容和环境要求等方面无不体现出以人的发展为出发点，对学生个性的充分尊重及其能力的高度信任，以及对现实世界的高度重视。人本主义探究式教学理论不仅对学生提出了科学探究的具体目标，而且为了使科学教师能切实开展探究式教学，还列举了适合不同年级水平的探究式教学案例，使教师有据可依，具有较强的操作性。《美国国家科学教育标准》主张“对从学生们所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究，是科学教学所要采用的主要做法。”反对把探究式教学演变成纯粹的学术活动，使其脱离社会和学生个人的生活实际，而是围绕与社会和个人生活有紧密联系的重大现实问题进行。因而与施瓦布倡导的探究式教学相比，它更加切合教学实际，对广大师生更具吸引力。四、课题研究的目标和内容1、研究目标：通过研究探索出在科学探究教学思想、理论指导下，教师在进行物理探究式教学时展开的稳定、具体的教学框架结构。提出以培养学生的物理创新意识、创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨，以物理实验为主要教学方法，以学生自我评价为主要评价方式的，以学生为主体、以教师为主导、以学生自主探究为主线的，以建构主义“学与教”理论和认知工具理论为主要理论依据的，以学生自主学习为核心的“探究式”高中物理课堂教学模式。2、研究内容:（1）本课题将结合我校物理教学实际，主要研究：课堂教学中，在教师指导下的学生自主探究（动口、动手等）、认知参与（自主思考知识形成过程）和情感参与（兴趣、体验等）及合作、评价等策略，探索出物理课堂教学模式，提高课堂教学效率，促进学生的发展。通过研究探索出物理课堂自主探究的教学模式。（2）在实际教学中采用研究出的教学模式指导学生自主探究，帮助学生拟定合理的研究计划，选择恰当的方法。同时，教师提供一定的实验条件或必要的资料，由学生自己动手去实验或者查阅，来寻求问题的答案，提出某些假设。在实践中进一步完善自主探究的教学模式。五、课题研究方法1、文献法：自学有关文章、论文或经验等，借鉴前人研究的成果以指导课题研究，夯实课题研究的理论基础。（前期准备）2、行动研究法：在实施教学实验过程中，联系理论，不断探索学生自主探究的教学模式。（中期探索）3、经验总结法。运用研究的初步成果到教学实践中，及时总结实践经验和教训，修改、补充和完善高中物理教学中学生自主探究的教学模式，力争使研究水平上升到一定理论高度。（过程总结）六、课题研究的步骤主要分三个阶段：1、准备阶段：(2月—3月)①发动教师收集查阅相关资料，了解国内外在该领域的研究现状，了解已有的研究成果；②组织教师学习有关理论，开展专项培训，理解课题的意义，认识本课题研究的价值。③组织课题组骨干教师撰写课题申请书，向市课题规划指导小组申报立项。④组织教师撰写课题研究方案，规化课题研究各阶段的研究任务。2、实践探究阶段：(4月—10月)⑴筹办课题开题报告会。⑵4月进行理论研究，以便正确指导研究。⑶5月—6月利用理论研究成果在实际教学中运行，不断总结经验。⑶7月—8月对在实践中发现的问题进一步进行总结提升，从而完善教学模式。⑷9月将修改完善之后的教学模式方案再进行实践，最终形成结论。3、总结阶段:(10月—11月)①进行课题实验总结，形成课题研究总结报告。②整理实验资料，总结出具有特色的经验、成果。③举行课题实验的结题和鉴定活动。七、课题研究预期成果提出在物理课堂教学中，在教师指导下的学生自主探究（动口、动手等）、认知参与（自主思考知识形成过程）和情感参与（兴趣、体验等）及合作、评价等策略，探索出物理课堂教学模式，提高课堂教学效率，促进学生的发展。八、完成课题的可行性分析1、本课题是经课题组成员充分酝酿，深入讨论从而一致选择的课题，全体成员对本课题的研究的现实意义的理解是全面而深刻的，具有强烈的主客观需要，这为本课题的深入研究提供了强烈的人文基础。2、本课题一经选出后，课题组成员开展了分头准备，收集资料，开展相关的文献研究，对当前本课题的研究成果有了较为清晰的了解，这为今后的研究提供了丰富的理论基础。3、本课题一经提出，学校领导高度重视，大力支持我们申报本课题，这为本课题的研究提供了坚强的保障。九、课题组成员及分工姓名承担的任务丁秀梅课题主持人、组织开展课题研究、撰写结题报告王洪根资料收集、教师培训、指导沈明集体研究的组织和具体实施刘建娟资料收集、分析、整理和具体实施钱恒资源调配和具体实施金波资料收集和具体实施