論文關鍵詞：科學教育科學探究建構主義學習觀系統科學
論文摘要：科學探究是新課程理念提出的卓有成效的教學方式。文章從科學探究的含義出發，挖掘其研究的理論依據，論述了科學探究的過程和設計策略，以教學案例爲基拙，討論瞭如何在物理教學中實施科學探究。
課程改革的核心環節是課程實施。新課程中科學探究作爲一個獨具特色的課程領域，首次成爲我國基礎教育課程體系的有機組成，被公認爲是我國當前課程改革的一大亮點。科學課程透過科學探究的學習方式，讓學生體驗科學探究活動的過程和方法，發展初步的科學探究能力。《物理課程標準》(以下簡稱《標準》)將內容標準分爲兩部分:科學探究和科學內容。科學探究的提出在教學方式上本身是一個大的飛躍，而《標準》不僅要求把科學探究作爲重要的教學方式還要求成爲學生的學習目標，這更是一個大的飛躍。
現代教學旨在促進學生的多元智能的發展，而衡量多元智能的標準是:以能否解決現實生活中實際問題或生產及創造出社會需要的有效產品的能力爲核心。物理課程中科學探究方式的實施充分表現出:重視對學生終身學習願望、科學探究能力、創新意識及科學精神的培養，提高科學素養，它必將在現代教學和新課程改革中佔據更加重要的地位併發揮出更重要的作用。
一、科學探究的含義及理論基礎
(一)科學探究的含義
“探究”在《牛津英語詞典》中的定義是:“求索知識或資訊特別是求真的活動，是提問和質疑的活動。”大多數學者認爲，新課程《標準》中的科學探究指的是學生探究式學習活動而非科學家的科學探究，它實質上是一種思維創新方式、一種思維習慣、一種能力系列。明確了這一點，我們便可把科學探究定義爲:在教師的指導和幫助下，讓學生經歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程，學習科學的知識和技能，體驗科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學思想和精神，全面提高科學素養。在探究過程中，重在探索的過程而非結果，重在收集證據而非繁雜的計算，重在對結果的評價而不迷信結果。
(二)科學探究的理論基礎
1.科學本質和教育的本質統一於科學探究。科學是什麼?在國際基礎教育中，目前對於“科學的本質”的看法是一個富於色彩的爭論，至今沒有一個公認的結論。美國《國家科學教育標準》提出:科學是格物致知的'一種途徑，其基本特點是以實證爲判斷尺度，以邏輯作論辯的武器，以懷疑作審視的出發點。人們一般認爲，科學是科學知識、科學方法和科學精神三個方面組成的不可分割的有機整體。而教育，它的本質是傳承人類文化，促進人的社會化，因而呈現出人的發展功能或育人功能。只有將科學寄於探究，教育的目的才能實現，科學教育是科學探究過程的簡約復現。
2.現代建構主義學習觀是科學探究的理論先驅。現代建構主義認爲，學生是學習的主體，學生要獲得知識的提高，必須經歷兩次心理的自我調節，這是任何人都不能替代的。不難看出，建構主義對教師和學生的作用有了重新的定位，學習者不是知識的被動接受者，而是知識的主動建構者。它要求學生在學習過程中用探究法、發現法去建構知識，教學過程不再是一個同步的，而是一個異步的、發散式的思維過程。我們乒，有序建構的學習觀爲科學探究提供了理論先導。
3.系統科學的三個基本原理提供了科學探究的方法論。系統論、控制論、資訊論以系統論爲代表，統稱系統科學。學習者必須把自己置於一個開放的、有漲落的、遠離平衡態的系統，運用控制論的調控與反饋原理調控探究目標的實施，運用資訊論的有序原理對知識進行有序建構，透過吸收、輸出、反饋和評價等對資訊進行加工，構成一個有序的科學探究過程，並抓住資訊各部分的聯繫，形成整體結構，發揮整體功能。使教育系統、教學系統乃至學習者個人系統成爲一個開放的、有漲落的系統，從而達到有序，是當代教育、教學改革的一個思路。
二、科學探究的基本過程
科學探究是一種過程，有一定的活動程序或階段。尾科學探究中，學生雖然也要經歷科學探究的基本過程，用科學探究方法和思維方式去發現“新知識”，但與科學復的科學探究是有區別的:一是科學家探究的問題結論是到知的，學生探究的問題結論對學生雖然是未知的，但相又人類整體而言是已知的;二是科學家探究的目的是發現霎理或創造出具有社會意義和價值的新產品，而學生的科7探究其基本目的是培養學生的創新素質，強調探究過程又學生個體發展的意義;三是科學家的科學探究一般要經掃複雜曲折，甚至是漫長的過程，而學生的科學探究則是杆據教學需要精心設計和組織的，它對實際的探究過程進千了篩選和重組，成爲適合學生探究學習的典型化、簡約仁了的活動過程;四是科學家在科學探究過程中是完全獨立的主體，而學生由於受自身知識基礎、能力發展水平和美心發展不成熟的制約，使他們還需要在教師的指導和幫到下才能順利進行。
學生的科學探究活動雖然和科學家的有所不同，但確幾個基本過程是相同的:提出問題一建立猜想與假定一帶訂計劃一獲取事實與論據一檢驗與評價一表達與交流《從這幾個要素中我們看到，科學探究過程突出了學生主動、生動地學習，突出學生親自感悟，培養多向思維，真正能運用各種能動感官，生動體驗，真正提高獲得新知的靛力。
三、物理教學中科學探究活動的設計策略
(一)關注過程，着眼科學素養的培養
科學探究離不開四個W:What，Why，HOW，Who。教學活動需要產生一種參與願望強烈、互動性強、不怕困難、嚴謹求實的科學探究氛圍。教師要善於設計教學情境，既要營造熱烈的課堂氣氛，又要善於抓住學生思維的閃光點，適時點撥，串起學生思維火花的珍珠，培養學生的科學素養，巧妙把握課堂教學的全局。
(二)關注應用，着眼能力提高
科學探究的開端是發現和提出問題，問題是科學探究的關鍵。恰當的問題特別是應用性強與生活緊密相關的問題，會激起學生強烈的探究慾望、思考衝動，激發起創新聯想，從而獲得新的知識和方法的頓悟與突破。不僅僅是獲得了有意義的學習經歷，而且知識遷移、綜合能力及數據記錄與處理能力、正確運用科學語言和文字表述能力、對結論進行評述和分析能力等都應得到鍛鍊和提高。
(三)關注體臉，着眼情感、態度、價值觀
物理學具有的實踐性、應用性和創新性，爲科學探究提供了極其豐富的價值內容。從培養人、塑造人的角度，注重了學生能力的培養和素質的提高，對於培養學生熱愛科學，勇於實踐，加強學生對科學、技術和社會關係的認識，發展學生對於科學技術的興趣和愛好，十分有益。科學探究活動的過程，應重視學生在興趣與動機、自信與意志、態度與習慣等方面的表現，用科學研究薰陶學生，使學生受到唯物論、辯證法、認識論和科學方法論及愛國主義方面的教育。
(四)關注形式，着眼促進成長
學生在科學探究活動中所經歷的猜想、推測、設計、討論、歸納、交流、評價等等過程，無不充滿着發散、合作與取長補短的“景觀”，每一次的探究歷程，就是一次科學精神、科學態度和科學方法的錘鍊，就是一次心智的成長，將成爲他們終身學習的瑰寶。教師在教學中要大膽切實開展科學探究活動，不漏掉“半數”學生，超越課本，真正帶領學生進人探究人類科學知識的境界。
四、科學探究活動的教學設計示例
(一)創設情境示例—“蒸發少，教學的引入
第一步:教師用溼毛巾在乾淨的黑板上寫下“學習愉快”四個字，引導學生進人問題情境。
(1)老師送給大家的四個字發生了什麼現象?
(2)生活中你發現過類似的現象嗎?
(3)這一現象是怎麼產生的?
第二步:引導學生參與實驗的設計和討論。
(1)以兩個同學爲一個小組發一張溼毛巾，你能提供哪些方法使毛巾變幹?實際做一做。
(2)你能將這些方法進行歸類嗎?
教師將學生回答的方法逐一寫在事先準備好的空白紙片上，用實物投影儀展示，再引導學生對各種方法歸類，進一步提問。 (3)你能否用簡潔的語言歸納出影響液體蒸發快慢的因素?
教師的這一系列設問猶如給學生“乾枯的思維”下了一場“即時雨”，他們思維探究的火花被迅速點燃。教學活動全過程，學生自組織、自討論、自實驗、自總結、自表述，充分體現了學生主體特徵。學生心中洋溢的是發現者和創新者的自豪之感，從而產生主動學習、探究、創新的強烈衝動。
(二)整體設計示例—“浮力”的科學探究教學活動示例
1.創設情境，引人新課
讓學生把乒乓球投人水中，觀察後鼓勵學生描述看到的情景，鼓勵他們回憶生活中見到的輪船、氣球的情景。然後教師簡潔地指出:我們在描述他們時都用到了“浮”字。接着鼓勵學生想一想、說一說:乒乓球和輪船都受到了重力的作用，爲什麼還會浮起呢?抓住學生回答中的“有向上託的力”引導他們結合這個力的功效爲自己發現的力取一個名字—浮力，使新課引人既簡單又自然，又能給學生帶來自己發現創造的喜悅。
2.探究小循環一
突破“下沉的物體也受到浮力”的思維難點，並發現測浮力的一種方法(F,=一F)
〔提出問題〕學生先觀察金屬塊在水裏下沉，鼓勵學生提出問題。引導猜想:下沉的金屬塊也受浮力嗎?它受的浮力方向也向上嗎?
[探究方案]你能用一杯水、一隻彈簧秤、一個金屬塊對你的猜想進行驗證嗎?
讓學生透過交流和討論後得出:先稱金屬塊重力，再觀察它在水中時彈簧秤拉力F，比較‘和F的大小。
接着，讓學生親歷探究實踐、分析歸納、交流評價的過程，教師充分肯定學生的探究思維。
3.探究小循環二
突破浸人深度、物體密度、物體體積等相近因素干擾產生的思維障礙。
〔提出問題〕用手將乒乓球緩緩壓入水中，手會有什麼感覺?請就這一現象提出一個值得探究的問題。
學生充分猜想討論後，再確定如下探究方案:
1)用彈簧秤分別提起相同體積的銅塊、鋁塊，測出浸沒時二者受到的浮力;
2)用彈簧秤提起一金屬塊，逐漸增加浸人體積，觀察拉力的變化，明確浮力的變化;
學生透過第2)步，突破了浮力大小與深度有關的思維障礙，再引導學生反思採用什麼研究方法繼續探究—控制變量法。
3)用彈簧秤提着金屬塊在浸沒的條件下，改變浸人深度，觀察拉力和浮力的變化，總結影響浮力大小的因素。
4.探究小循環三
引導探索研究，經歷阿基米德原理的發現。
[提出問題]鼓勵學生玩一玩:在溢水杯中盛滿水，用彈簧秤提起金屬塊逐漸浸人，讓學生注意觀察並表達自己的發現;鼓勵猜想:浮力大小可能與排開的水的多少有關。
〔探究方案〕鼓勵學生自己設計驗證方案，經合作交流和討論後再確定:在溢水杯中盛滿水，用彈簧秤提起金屬塊測出‘，計算出F，同時用小桶承接排出的水，測出排水，再比較F浮與排水。
同樣讓學生親歷探究實踐、分析歸納、交流評價的過程，形成統一認識:F浮二‘排水，鼓勵學生用語言敘述，並拓展得出數學表達式:證明前面研究的浮力決定因素的正確性，使前後呼應起來。
如果說新課程的實施給教學改革提供了廣闊的舞臺的話，那麼科學探究把更多的學習主動權交給了學生。教師不再是面面俱到的有先見之明的講解者，而是成爲幫助學生獲得、建構和內化所學的知識，提高學生創新能力的導航人。這就要求教師要有強烈的自我發展意識，在教學藝術上下功夫，學習做一個優秀的課堂導演和設計師。
當然，和物理概念、規律一樣，物理教學中的科學探究也是物理教學的一部分，只有將科學探究放在整個物理教學的全過程中來研究，使其無論在維度上、深度上都要接近學生的最近發展區，與此相應，也只有讓學生在科學探究中深刻理解和掌握物理概念、規律和方法，並透過一定質和量的物理問題解決活動，才能使學生的科學素養和實際解決物理問題的能力得到真正的培養和昇華。